CN106012069B - 一种黄色夜光纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种黄色夜光纤维的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：(1)将偶联剂、无水乙醇、发出黄光的光转换剂和硅酸盐荧光材料混合，利用超声分散和机械搅拌将其充分混合，在一定温度下高速搅拌使之反应，反应一定时间后将无水乙醇烘干，将样品粉碎，制得黄色荧光材料；(2)将PA6切片干燥后与黄色荧光材料复合物进行预混，得到夜光母粒材料；(3)将PA6切片与夜光母粒均匀混合，干燥后进行熔融纺丝，经过上油、卷绕、拉伸后制得黄色夜光纤维。本发明制备出机械性能良好、色纯度高、余辉亮度优异的黄色夜光纤维。

Description

一种黄色夜光纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种黄色夜光纤维的制备方法，属于功能纺织材料技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，传统的纺织产品已经不能满足人们生活和生产的需求，丰富多样的功能纺织品应运而生，稀土夜光纤维就是功能纤维的一种，它能够储存光能并在黑暗中释放光能，不仅可以满足夜间作业的需要还可以起到标志提醒的作用，目前市场上已经出现了多种夜光纤维产品，主要应用于安全领域、装饰服饰领域、防伪领域。稀土夜光纤维又叫荧光纤维，稀土夜光纤维主要由成纤高聚物和稀土发光材料两部分构成，成纤高聚物是纤维的主体部分，稀土发光材料通过特殊的纺丝工艺嵌入到纤维体中，或经过涂覆处理结合在纤维的表面。稀土夜光纤维的发光机理为：吸收光能-储存光能-释放光能，当激发光源照射到纤维时，纤维体中的发光材料吸收光能，稀土离子的外层电子发生跃迁转变为激发态；当撤去光源，电子由激发态跃迁至基态，吸收的能量通过光能释放出来，形成发射光。稀土夜光纤维的发展依托于纺丝工艺的不断进步和稀土资源的开发，目前纺丝设备和工艺的发展已经非常成熟，我国稀土资源十分丰富，对稀土资源的开发和研究也达到了世界先进水平，这对于发光材料和发光纤维的应用前景十分有利，本发明所采用的发光材料为碱土硅酸盐长余辉发光材料，该发光材料稳定性良好，发光性能优异并且无放射性，对人体和环境不产生危害。
人类很早以前对可自行发光的物质就有一定的认知，比如夜明珠、夜光杯，而夜光纤维则是人类对自然科学的运用和创造，人们将发光材料应用到纺织领域，做成夜光服装、地毯、拖鞋等，在黑暗中起到很好的定位作用，很大程度上提高了安全性能。最早的夜光纤维是采用金属硫化物为发光体，将发光材料、纺丝助剂添加到基材中制备成发光纤维，1998年德国的一家公司利用这种方法开发出这种绿色的夜光纤维，因余辉时间短、物理化学性质不稳定等因素而没有取得广泛的应用，但是人们从此开始了对夜光纤维的探索和研究；美国Beaver Industries公司制备出发黄绿光的纤维并发表了专利，具体方法是在硫化锌上涂上铜和另一种材料，然后加入纤维体中；美国Glo-Tech公司研发的发光纤维是用磷做发光基体，然后添加锶和其它成分，然后将发光材料做成色母粒，在纺丝过程中添加到纤维基材中；2002年美国的研究人员将放射性元素添加到金属硫化物中，制成夜光纤维，虽然其亮度得到进一步提高，但放射性元素对人和环境能产生较大危害，因此没有得到应用。2004年，日本研究人员E.Shim研制了一种皮芯双组分夜光纤维，该纤维以发光材料和纤维基质分别做芯成分或壳成分，通过特种纺丝制成皮芯结构的夜光纤维，该皮芯结构使纤维的机械性能在很大程度上降低，影响了该纤维在纺织服装上的应用。
进入21世纪以后，中国对夜光纤维的研究取得了显著的成果，2002年无锡宏源化纤厂与江南大学联合研制的彩色与彩色光稀土夜光纤维，该纤维符合服用纤维的使用要求，已实现了产业化生产，填补了国内空白；2004年江南大学与江苏国达公司联合成功研制了稀土夜光纤维，并产业化，丰富了夜光纤维的品种。随着发光材料和夜光纤维的研究越来越成熟，能够通过更完善的手段去客观评价发光材料的发光性能，闫彦红等研究得出：夜光纤维颜料颜色越深，发光纤维的发光亮度越低；颜料颜色越浅，发光亮度越高；朱亚楠通过研究有机颜料对稀土夜光纤维光谱的影响，制备出以铝酸盐为发光中心的红色夜光纤维。夜光纤维用的发光材料主要有铝酸盐和硅酸盐两种，而早期流行的金属硫化物和硫氧化物，因为对环境污染和不稳定性而不被使用，铝酸盐的发光性能优异，硅酸盐成本相对较低而且稳定性更好。从发光颜色来分类，主要分为蓝色、绿色、黄绿色、黄色、红色，蓝色和黄绿色夜光纤维的研究以及工艺的发展十分迅速，产业化生产已经十分成熟，例如应用于环卫工作服、夜光毛绒玩具，由于黄色发光材料基质的晶格结构以及稀土离子外层电子的低能跃迁等因素，导致其激发波长很短、余辉时间也非常低，因此难以达到夜光纤维使用的要求。
本发明采用Sr2ZnSi2O7:Eu2+，Dy3+作为发光基体，采用硅烷偶联剂将黄色光转换剂结合到发光基体上，将硅酸盐发出的蓝绿光转换成黄光，并采用熔融纺丝法制备出黄色夜光纤维，该纤维可以吸收紫外光和可见光而且余辉性能优异，有效解决了激发波长短和余辉性能差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种黄色夜光纤维的制备方法，以克服现有夜光纤维色彩单一、黄色夜光纤维余辉亮度低的问题，本发明采用荧光材料和光转换剂结合的方式制备黄色荧光材料，采用熔融纺的方式制备出夜光纤维，获得了机械性能良好、色纯度高、余辉亮度优异的黄色夜光纤维。
按照本发明提供的技术方案，一种黄色夜光纤维的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：
(1)黄色发光材料的制备：将偶联剂、无水乙醇、黄光转换剂和荧光材料按质量比0.05～0.2:50～70:0.2～0.6:10混合，经超声分散处理20～40min，在封闭的反应体系中加热至50～75℃，快速搅拌40～90min使之反应，然后开口搅拌将乙醇挥发得到粘稠状反应物，然后在60～90℃的温度下烘干，研磨后即制得黄色荧光材料；
(2)将干燥后的PA6切片与黄色发光材料进行预混，得到夜光色母粒材料，PA6粉体与黄色荧光材料的质量比为2～4:1；
(3)将夜光母粒烘干后，采用双螺杆挤出机熔融造粒制成夜光母粒；
(4)将PA6切片与步骤(3)得到的夜光母粒均匀混合，PA6切片与夜光母粒的质量比为5～20:1；干燥后进行熔融纺丝。
在一个具体实施方式中，所述荧光材料为Sr2ZnSi2O7:Eu2+，Dy3+。
在一个具体实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
在一个具体实施方式中，所述氧蒽结构的光转换剂为：
Figure BDA0001032286040000051
在一个具体实施方式中，所述超声分散处理采用超声波分散仪或超声波清洗器，处理温度为50～70℃。
在一个具体实施方式中，所述黄色荧光材料研磨后的粒径为5～15μm。
在一个具体实施方式中，所述熔融纺丝的纺丝熔体温度为260～270℃。
在一个具体实施方式中，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000～4000m/min。
本发明所述黄色夜光纤维的制备方法，采用光转换的方法解决了黄色荧光材料激发波长短和余辉亮度低的问题，在保证纤维的强力和弹性满足使用要求的同时，也达到了使纤维发黄色荧光的效果，得到了余辉性能优异的黄色夜光纤维，拓展了荧光材料了应用范围，丰富了夜光纤维的色彩品种。
附图说明
图1为黄色发光材料的SEM图，比例尺单位为5μm。
图2为夜光纤维余辉曲线图；横坐标为时间，单位为s；纵坐标为亮度，单位为cd·m-2。
图3为夜光纤维发射光谱曲线；横坐标为波长，单位nm；纵坐标为相对强度，单位为a.u.。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明所使用的荧光材料为Sr2ZnSi2O7:Eu2+，Dy3+。本发明所述氧蒽结构的光转换剂为
Figure BDA0001032286040000061
实施例1：一种黄色夜光纤维的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)黄色荧光材料的制备：将硅烷KH550、无水乙醇、黄光转换剂和荧光材料按质量比0.05:50:0.2:10混合，经超声波清洗器在50℃的温度下处理40min，然后在封闭的反应体系中加热至55℃，快速搅拌90min使之反应，然后开口搅拌将乙醇挥发得到粘稠状反应物，然后在65℃的温度下烘干，研磨后即制得黄色荧光材料，粒径为5μm；
(2)将PA6切片置于真空转鼓干燥机中干燥4h，干燥温度为120℃，烘干后与黄色发光材料进行预混，PA6粉体与黄色荧光材料的质量比为2:1，得到夜光母粒；
(3)将PA6切片与步骤(2)得到的夜光母粒均匀混合，PA6切片与夜光母粒的质量比为5:1；混合后置于真空转鼓干燥机中干燥14h，干燥温度为120℃，烘干后进行熔融纺丝，纺丝熔体温度为260℃，纺丝速度为3000m/min，经过上油、卷绕、拉伸后制得黄色夜光纤维。
性能测试：
(1)扫描电镜：将实施例1步骤(1)制备的黄色荧光材料进行扫描电镜测试，图1为黄色荧光材料的外观形貌，可以看出黄色荧光材料的表面被很多的细微颗粒包覆，这些细微的颗粒就是氧蒽结构的光转换剂，它们通过硅烷偶联剂的作用结合在硅酸盐颗粒的表面。
(2)将实施例1得到的黄色夜光纤维进行长余辉及荧光发射测试，其结果如图2和图3所示。图2为夜光纤维的余辉衰减曲线，前200s内快速余辉快速衰减，200s之后衰减曲线趋于平缓，测得10h后的余辉值为0.43mcd·m-2，高于人眼能够识别的余辉亮度0.32mcd·m-2；如图3荧光发射光谱所示，发射峰波长在592nm，纤维发出的光为黄色，因此本发明制备的纤维为黄色夜光纤维，余辉亮度能够满足使用的要求。
实施例2：一种黄色夜光纤维的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)黄色荧光材料的制备：将硅烷KH560、无水乙醇、黄光转换剂和荧光材料按质量比0.1:60:0.4:10混合，经超声波分散仪在60℃的温度下处理30min，然后在封闭的反应体系中加热至65℃，快速搅拌70min使之反应，然后开口搅拌将乙醇挥发得到粘稠状反应物，然后在75℃的温度下烘干，研磨后即制得黄色荧光材料，粒径为15μm；
(2)将PA6切片置于真空转鼓干燥机中干燥4h，干燥温度为125℃，烘干后与黄色发光材料进行预混，PA6粉体与黄色荧光材料的质量比为3:1，得到夜光母粒；
(3)将PA6切片与步骤(2)得到的夜光母粒均匀混合，PA6切片与夜光母粒的质量比为10:1；混合后置于真空转鼓干燥机中干燥12h，干燥温度为125℃，烘干后进行熔融纺丝，纺丝熔体温度为265℃，纺丝速度为3500m/min，经过上油、卷绕、拉伸后制得黄色夜光纤维。
实施例3：一种黄色夜光纤维的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)黄色荧光材料的制备：将硅烷KH570、无水乙醇、黄光转换剂和荧光材料按质量比0.15:70:0.6:10混合，经超声波分散仪在70℃的温度下处理20min，在封闭的反应体系中加热至75℃，快速搅拌50min使之反应，然后开口搅拌将乙醇挥发得到粘稠状反应物，然后在85℃的温度下烘干，研磨后即制得黄色荧光材料，粒径为10μm；
(2)将PA6切片置于真空转鼓干燥机中干燥3h，干燥温度为130℃，烘干后与黄色发光材料进行预混，PA6切片与黄色发光材料的质量比为4:1，得到夜光母粒材料；
(3)将PA6切片与步骤(2)得到的夜光母粒均匀混合，PA6切片与夜光母粒的质量比为20:1；混合后置于真空转鼓干燥机中干燥10h，干燥温度为130℃，烘干后进行熔融纺丝，纺丝熔体温度为270℃，纺丝速度为4000m/min，经过上油、卷绕、拉伸后制得黄色夜光纤维。

Claims (2)

1.一种黄色夜光纤维的制备方法，其特征在于：包括，
将偶联剂、无水乙醇、氧蒽结构的黄光转换剂和荧光材料按质量比0.05～0.2:50～70:0.2～0.6:10混合，经超声分散处理20～40min，在封闭的反应体系中加热至50～75℃，快速搅拌40～90min使之反应，然后开口搅拌将乙醇挥发得到粘稠状反应物，然后在60～90℃的温度下烘干，研磨后即制得黄色发光材料；
将干燥后的PA6切片与黄色发光材料进行预混，得到夜光母粒，PA6切片与黄色发光材料的质量比为2～4:1；
将PA6切片与夜光母粒均匀混合，PA6切片与夜光母粒的质量比为5～20:1；干燥后进行熔融纺丝；
所述荧光材料为Sr2ZnSi2O7:Eu2+，Dy3+；
所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述黄色发光材料研磨后的粒径为5～15μm；
所述熔融纺丝的纺丝熔体温度为260～270℃，所述熔融纺丝的纺丝速度为3000～4000m/min；
所述氧蒽结构的黄光转换剂为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
2.如权利要求1所述的黄色夜光纤维的制备方法，其特征是：所述超声分散处理采用超声波分散仪或超声波清洗器，处理温度为30～70℃。
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