CN105440280B - 一种防辐射尼龙6树脂的制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及功能性纺织材料领域，为解决目前防辐射纤维的防辐射效能明显不足的问题，本发明提出了一种防辐射尼龙6树脂的制备方法及其在防辐射细旦尼龙6纤维上应用。将己内酰胺单体与吸波粒子熔融共混后再经原位聚合反应得到防辐射尼龙6树脂，防辐射尼龙6树脂经熔融纺丝方法制得防辐射细旦尼龙6纤维，该方法工艺简单可行，产品性能稳定持久，利于推广。

Description

一种防辐射尼龙6树脂的制备方法与应用

技术领域

本发明涉及功能性纺织材料领域，具体说涉及一种防辐射尼龙6树脂的制备方法及其在防辐射细旦尼龙6纤维上应用。

背景技术

逾半个世纪以来，随着高科技的快速发展,种类繁多的科技产品、办公室用和家用电器被制造出来并被广泛应用,大大提高了人们的工作效率,彻底改变了人们的生活方式。但各种电器在给我们带来便利的同时,也带来了许多潜在危害：家用电器、办公电子和手机电脑等成为电磁波辐射的最大来源。电磁辐射又称电子烟雾，是指电磁场能量以频率 3-30000MHz 电磁波的形式向外发射。电磁波辐射已被世卫组织列为继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源，成为危害人类健康的隐形“杀手”，长期而过量的电磁辐射会对人体生殖、神经和免疫等系统造成伤害，成为皮肤病、心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因。因此如何发现和有效地利用防辐射新材料以减少电磁辐射对人体的危害显得相当重要，目前已有的个体防护用品---防护服就成为保护人体不受或尽量降低电磁辐射的危害的最后一道防线。因此防护服的原材料---各种防辐射纤维及面料开发就应运而生。

防辐射纤维是一种新型的功能性纤维，一般利用金属纤维与其他纤维混纺成纱，再织成布，成为具有良好防辐射效果的织物。其中所用的金属纤维既可以是纯粹由无机金属材料制成的纤维（如不锈钢纤维），也可以是在金属纤维的表面上涂一层塑料后制成的纤维，还可以是外包金属的镀金属纤维。但是这种包含金属丝或镀金属纤维有其局限性：一来制作工艺复杂、成本高；二来不能长期保持稳定防辐射效果；另外做成的面料手感发硬，穿着不舒适。

尼龙纤维织物具有吸汗、轻质、韧性佳、回弹性好、抗酸碱等特点，是最适合人类穿着的人造织物之一，在防护服上的应用也是尼龙纤维的主要用途之一。然而，随着人们生活水平的提高，对于纺织品尤其是防护服的要求也越来越高：要求穿着舒适性、功能性、美观性兼具。但是目前常规防辐射服装面料产品，一般其纤维丝或金属丝较粗因此存在手感粗糙、柔软性差、吸水透气性差和穿着不舒适等问题，难以满足消费者要求。如何解决这些问题以制造出既美观又舒适而且防护效果持久的防护服是一个重要的研究课题。

目前关于防辐射纤维及面料有较多报道，例如专利CA104228196A公开了一种防辐射面料，是由金属纤维呈网状分布在面料夹层中，达到防辐射效果。实用新型专利CN201905291U报道了一种防辐射纤维的帽子，包括棉料层、 镀银纤维层以及尼龙层面料，具有一定防辐射效果。而专利CA103526329A公开了一种防辐射纤维的制造方法，是将含有防辐射纳米微粉的母粒与塑料切片进行熔融共混纺丝，制备出防辐射纤维,屏蔽效能可达到45dB。但是该专利阐述的是纳米微粉与塑料切片通过熔融共混挤出制得母粒，之后再通过与切片树脂熔融共混纺丝制得防辐射纤维。但是该方法将纳米微粉与塑料切片进行简单的熔融共混，属于固体-固体共混，纳米微粉又极易团聚，所以极易导致纳米微粉在塑料基体中分散不匀，影响随后的纺丝进程以及纤维的防辐射效能，具有明显不足。

发明内容

为解决目前防辐射纤维的防辐射效能明显不足的问题，本发明提出了一种防辐射尼龙6树脂的制备方法及其在防辐射细旦尼龙6纤维上应用。该方法工艺简单可行，产品性能稳定持久，利于推广。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种防辐射尼龙6树脂的制备方法为己内酰胺单体与吸波粒子熔融共混后再经原位聚合反应得到防辐射尼龙6树脂。

原位聚合反应过程是：将吸波粒子与己内酰胺单体熔体共混，经进料泵送入聚合管顶端，而后添加开环剂及分子量稳定剂进行聚合，所述聚合反应过程中温度控制分三个阶段，物料在聚合管上段，温度为240～290℃，在聚合管中段，温度为235～275℃，在聚合管下段，温度为230～260℃，聚合时间为10～20h。作为优选，聚合管选自常压直型连续聚合管（VK管）。

作为优选，所述开环剂选自蒸馏水或无离子水，开环剂用量为己内酰胺单体质量的1～5%；分子量稳定剂选自醋酸、己二酸、N,N'-二(2,2,6,6- 四甲基-4-哌啶基)-间苯二甲酰胺（简称SEED）中的一种或几种，使用量为己内酰胺单体质量的0.1～0.5%。

作为优选，所述的吸波粒子的粒径小于等于1000nm，吸波粒子为稀土化合物与助剂的混合物，所述的稀土化合物选自稀土氧化物或配合物，其中，所述的稀土金属选自镧、铒、钐、钇中的一种或多种，所述的助剂选自纳米氧化铁、磁性铁粉、钛酸钡粉中一种或几种，助剂用量为吸波粒子总重量的10～60%。

作为优选，吸波粒子与己内酰胺单体的重量比为0.8～10.0：100。

本发明采用在己内酰胺单体聚合前添加改性剂吸波粒子，通过原位聚合工艺而制得防辐射尼龙6树脂，可以使吸波粒子在尼龙基体中均匀分散，而不会产生团聚效应，从而使随后的纺丝进程稳定，所得纤维产品的质量稳定，性能可靠；

所述的一种防辐射尼龙6树脂的制备方法制得的防辐射尼龙6树脂在防辐射细旦尼龙6纤维上的应用。所述防辐射细旦尼龙6纤维的单丝纤度为1.0～3.3dtex，断裂伸长率为28～45%，断裂强度为3.2～4.5cN/dtex；纤维条干为0.9～2.0。

防辐射尼龙6树脂经熔融纺丝方法制得防辐射细旦尼龙6纤维。具体步骤如下所述：

（1）将防辐射尼龙6切片树脂投料进螺杆中熔融，经螺杆进入熔体管道挤压入喷丝组件，经海砂过滤，喷丝孔挤出，其中所述螺杆直径35mm，长径比35，海砂选自20～50目粗砂与50～80目细砂两种不同粒径的复配物。螺杆压力在12～16Mpa，喷丝孔直径为0.18～0.35mm，喷丝孔的长径比2.5～4，喷丝板上喷丝孔12～48个。作为优选，海砂在总重量不变的情况下，细砂与粗砂的质量比为1：0.5～2。

（2）缓冷及单体抽吸：在纺丝组件与侧吹风冷却过程中增有缓冷及单体抽吸装置，因所纺纤维单丝纤度小，丝束比表面积较大，而且添加的吸波粒子散热快，导致丝束冷却速度较快，致使纤维结晶变脆，不宜进一步拉伸，需添加缓冷装置，缓冷区域长度约为15～20cm；另外，尼龙6纺丝时，易分解产生己内酰胺单体或低聚物，若不及时除去，会对纤维条干及不匀率产生影响，因此需添加单体抽吸装置。

（3）冷却：由于丝束孔数较少，为降低操作难度，简化工艺，采用常规侧吹风冷却工艺即可。其中侧吹风吹出的风温18～30℃，湿度60～80%，风速0.2～0.5m/s。

（4）上油集束：经环吹风冷却的纤维经油雾喷嘴集束上油，因为含有吸波粒子，纤维丝束间及丝束与接触器件表面摩擦严重，易造成纤维表面损伤、毛丝或断丝，所以需加大油剂的浓度，提高上油率。所用油剂为重量分数为10～15%的锦纶油剂蒸馏水乳液。

（5）卷绕：上油丝束经第一热辊、第二热辊、第三导丝辊、吐丝头进入卷绕头卷绕纺丝，所述第一热辊温度为30～100℃，第二热辊温度为100～170℃，第二、第一热辊之间的牵伸比为1.1～1.3，第三导丝辊与卷绕头之间速度的超喂率为3～6%，卷绕速度为3500～5000m/min。满卷率达到90%以上。

本技术发明可在常规高速纺丝设备上生产该种防辐射细旦尼龙6FDY长丝，工艺简单，操作方便，长丝产品性质稳定，防辐射效果显著且持久，穿着舒适性佳。利用本发明纤维的织物在电磁辐射频率0.15 MHz~3 GHz 范围内的屏蔽效能达45dB 以上。

本发明与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明采用聚合前添加吸波粒子，与一般的熔融共混制成母粒后再进行纺丝相比，该工艺简单可行；而且所得纤维性能稳定，品质更优，防辐射效果持久稳定同时也降低了能耗，符合节能减排的政策和要求。

（2）使用本发明的防辐射尼龙6树脂和生产方法可以得到纤度约为1.0～3.3dtex的防辐射细旦尼龙6纤维，该纤维的强度和断裂伸长率均符合后织造要求，而且与传统的含金属丝以及粗旦纤维织成的防辐射织物手感粗硬相比，该发明制得的防辐射细旦尼龙6纤维手感柔软，穿着舒适性佳，由此提升了尼龙6纤维产品的科技含量及附加值。

附图说明

图1为本发明的工艺路线图；

图2为实施例1吸波粒子的电子扫描显微镜图片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法，用量均已重量份计。

实施例1

将重量份为100的己内酰胺单体，助剂纳米氧化铁0.2份，稀土化合物碳酸镧1.8份熔体共混，经进料泵送入聚合管顶端后添加开环剂蒸馏水1.5份、分子量稳定剂己二酸0.3份进行聚合，所述聚合反应过程中温度控制分三个阶段，物料在聚合管上段，温度为240℃，在聚合管中段，温度为250℃，在聚合管下段，温度为260℃，聚合时间为15h，得到防辐射尼龙6树脂1。

吸波粒子的粒径1000nm，吸波粒子的电子扫描显微镜图片（粒径）如图2所示。

实施例2

将重量份为100的己内酰胺单体，助剂磁性铁粉0.5份，稀土化合物碳酸钇3.0份熔体共混，经进料泵送入聚合管顶端，而后添加重量份为1.5的开环剂无离子水及重量份为0.3的分子量稳定剂醋酸进行聚合，所述聚合反应过程中温度控制分三个阶段，物料在聚合管上段，温度为290℃，在聚合管中段，温度为275℃，在聚合管下段，温度为250℃，聚合时间为10h，得到防辐射尼龙6树脂2。

吸波粒子的粒径800nm。

实施例3

将重量份为100的己内酰胺单体，助剂钛酸钡粉0.8份，稀土化合物氧化镧4.2份熔体共混，经进料泵送入聚合管顶端，而后添加重量份为1.5的开环剂蒸馏水及重量份为0.3的分子量稳定剂SEED进行聚合，所述聚合反应过程中温度控制分三个阶段，物料在聚合管上段，温度为270℃，在聚合管中段，温度为235℃，在聚合管下段，温度为230℃，聚合时间为20h，得到防辐射尼龙6树脂3。

吸波粒子的粒径800nm。

应用例1

如图1所示：将实施例1聚合得到的防辐射尼龙6切片树脂1熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件中，通过喷丝板上的喷丝孔使尼龙6熔体以细丝态挤出，再经单体抽吸和缓冷装置后进入侧吹风冷却成型，上油集束和卷绕得到微细旦尼龙6 FDY纤维成品，其中，螺杆直径35mm，长径比35，熔体在螺杆挤出机中各区的温度分别是257℃、260℃、260℃、260℃，纺丝温度是259℃；经海砂过滤，喷丝孔挤出，海砂质量为280g，其中20～50目粗砂100g，50～80目细砂180g，螺杆压力在12Mpa，采用的喷丝板孔数为48个，孔径为0.20mm，孔径长度为0.7mm；在纺丝组件与侧吹风冷却过程中增有缓冷及单体抽吸装置，其中缓冷区域长度约为15cm，侧吹风吹出的风温18℃，湿度60%，风速0.2m/s。上油集束中所用油剂为重量分数为10%的锦纶油剂蒸馏水乳液，上油丝束经第一热辊、第二热辊、第三导丝辊、吐丝头进入卷绕头卷绕纺丝，所述第一热辊温度为30℃，第二热辊温度为100℃，第二、第一热辊牵伸比为1.28，超喂率为6%，卷绕速度为3500m/min，通过调整计量泵转速，得到卷绕丝纤度为1.0dtex的防辐射细旦尼龙6FDY纤维。

力学性能测试强度达到4.5cN/dtex，断裂伸长率在30%。经测试，纤维织物的防辐射效能达到45dB。

应用例2：

如图1所示：将实施例2聚合得到的防辐射尼龙6切片树脂2熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件中，通过喷丝板上的喷丝孔使尼龙6熔体以细丝态挤出，再经单体抽吸和缓冷装置后进入侧吹风冷却成型，上油集束和卷绕得到微细旦尼龙6 FDY纤维成品，其中，螺杆直径35mm，长径比35，熔体在螺杆挤出机中各区的温度分别是255℃、258℃、258℃、258℃，纺丝温度是258℃；经海砂过滤，喷丝孔挤出，海砂质量为280g，其中20～50目粗砂140g，50～80目细砂140g，螺杆压力在14Mpa，采用的喷丝板孔数为24个，孔径为0.24mm，孔径长度为0.7mm；在纺丝组件与侧吹风冷却过程中增有缓冷及单体抽吸装置，其中缓冷区域长度约为18cm，侧吹风吹出的风温24℃，湿度70%，风速0.3m/s。上油集束中所用油剂为重量分数为12%的锦纶油剂蒸馏水乳液，上油丝束经第一热辊、第二热辊、第三导丝辊、吐丝头进入卷绕头卷绕纺丝，所述第一热辊温度为70℃，第二热辊温度为140℃，第二、第一热辊牵伸比为1.18，超喂率为4.2%，卷绕速度为5000m/min，通过调整计量泵转速，得到卷绕丝纤度为2.0dtex的防辐射细旦尼龙6FDY纤维。

力学性能测试强度达到4.2cN/dtex，断裂伸长率在34%。经测试，纤维织物的防辐射效能达到53dB。

应用例3：

如图1所示：将实施例3聚合得到的防辐射尼龙6切片树脂3熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件中，通过喷丝板上的喷丝孔使尼龙6熔体以细丝态挤出，再经单体抽吸和缓冷装置后进入侧吹风冷却成型，上油集束和卷绕得到微细旦尼龙6 FDY纤维成品，其中，螺杆直径35mm，长径比35，熔体在螺杆挤出机中各区的温度分别是253℃、256℃、256℃、256℃，纺丝温度是256℃；经海砂过滤，喷丝孔挤出，海砂质量为280g，其中20～50目粗砂180g，50～80目细砂100g，螺杆压力在16Mpa，采用的喷丝板孔数为12个，孔径为0.30mm，孔径长度为0.7mm；在纺丝组件与侧吹风冷却过程中增有缓冷及单体抽吸装置，其中缓冷区域长度约为20cm，侧吹风吹出的风温30℃，湿度80%，风速0.5m/s。上油集束中所用油剂为重量分数为15%的锦纶油剂蒸馏水乳液，上油丝束经第一热辊、第二热辊、第三导丝辊、吐丝头进入卷绕头卷绕纺丝，所述第一热辊温度为100℃，第二热辊温度为170℃，第二、第一热辊牵伸比为1.10，超喂率为3.5%，卷绕速度为4000m/min，通过调整计量泵转速，得到卷绕丝纤度为3.3dtex的防辐射细旦尼龙6FDY纤维。

力学性能测试强度达到3.9cN/dtex，断裂伸长率在37%。经测试，纤维织物的防辐射效能达到60dB。

Claims (6)

1.一种防辐射尼龙6树脂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为己内酰胺单体与吸波粒子熔融共混后再经原位聚合反应得到防辐射尼龙6树脂；

所述的制备方法为：将吸波粒子与己内酰胺单体熔体共混，经进料泵送入聚合管顶端，而后添加开环剂及分子量稳定剂进行聚合，所述原位聚合反应过程中温度控制分三个阶段，物料在聚合管上段，温度为240～290℃，在聚合管中段，温度为235～275℃，在聚合管下段，温度为230～260℃，聚合时间为10～20h；

所述的吸波粒子的粒径小于等于1000nm，吸波粒子为稀土化合物与助剂的混合物，所述的稀土化合物选自稀土氧化物或配合物，其中，所述的稀土金属选自镧、铒、钐、钇中的一种或多种，所述的助剂选自纳米氧化铁、磁性铁粉、钛酸钡粉中一种或几种，助剂用量为吸波粒子总重量的10～60%。

2.根据权利要求1所述的一种防辐射尼龙6树脂的制备方法，其特征在于，吸波粒子与己内酰胺单体的重量比为0.8～10.0：100。

3.一种如权利要求1或2所述的一种防辐射尼龙6树脂的制备方法制得的防辐射尼龙6树脂在防辐射细旦尼龙6纤维上的应用，其特征在于：防辐射尼龙6树脂经熔融纺丝方法制得防辐射细旦尼龙6纤维，将防辐射尼龙6切片树脂投料进螺杆中熔融，经螺杆进入熔体管道挤压入喷丝组件，经海砂过滤，喷丝孔挤出，其中所述螺杆直径35mm，长径比35，海砂为20～50目与50～80目两种不同粒径的复配物，螺杆压力在12～16Mpa，喷丝孔直径为0.18～0.35mm，喷丝孔的长径比2.5～4，喷丝板上喷丝孔12～48个。

4.根据权利要求3所述的一种防辐射尼龙6树脂在防辐射细旦尼龙6纤维上的应用，其特征在于，所述防辐射细旦尼龙6纤维的单丝纤度为1.0～3.3dtex，断裂伸长率为28～45%，断裂强度为3.2～4.5cN/dtex；纤维条干为0.9～2.0。

5.根据权利要求3所述的一种防辐射尼龙6树脂在防辐射细旦尼龙6纤维上的应用，其特征在于，在纺丝组件与侧吹风冷却过程中设有缓冷及单体抽吸装置，其中缓冷区域长度为15～20cm，侧吹风吹出的风温18～30℃，湿度60～80%，风速0.2～0.5m/s。

6.根据权利要求3所述的一种防辐射尼龙6树脂在防辐射细旦尼龙6纤维上的应用，其特征在于，上油集束中所用油剂为重量分数为10～15%的锦纶油剂蒸馏水乳液，上油丝束经第一热辊、第二热辊、第三导丝辊、吐丝头进入卷绕头卷绕纺丝，所述第一热辊温度为30～100℃，第二热辊温度为100～170℃，第二、第一热辊之间的牵伸比为1.1～1.3，第三导丝辊与卷绕头之间速度的超喂率为3～6%，卷绕速度为3500～5000m/min。