CN106032650A - 难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法 - Google Patents

难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种把难染性纤维构成的丝含浸于紫外线硬化涂层液，从而形成薄膜涂层后，使紫外线硬化涂层液硬化的方法，相对于以往的热硬化方式，具有约70％节能率，由于燃烧时不排放二氧化碳、高转化率，可省略水洗工序，使得不仅能够提供环保型制造方法，而且可以提供难染性纤维的薄膜彩色涂层方法，该涂层方法具有优秀的粘合力，能够通过分散各种功能性物质，来赋予各种性能。

Description

难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法
技术领域
本发明涉及对颜色表现难的工业用纤维，利用紫外线的光学涂层，进行薄膜彩色涂层的方法，尤其涉及一种节约能源及环保型丝涂层制造方法。
背景技术
随着在世界范围内，对于能源枯竭的担忧及环境变化的关注越来越高涨，替代能源及节能相关政策必不可少的出现于国家政策之中，为减少对自然环境的危害因素而努力。这种国内外环境制约强化政策中，由于在所有纤维产业的能源消耗之中，约70％用于染色及加工上的湿法工艺，致使纤维产业对于碳排放权的负担增加。
用于纤维的颜色表现的工序有，首先为原液染色工序，在制造纤维时，向原料中添加颜料；其次为染色工序，在丝或织物形态下，通过燃料进行；第三为涂层工序，以含有颜料或染料的调制剂进行。从化学层面来看，纤维是由巨大的化学分子形成的高分子，染料渗透于非晶区域，从而产生反应的染色工序最为普遍。在此情况下，除了染料，还会添加匀染剂、添加剂、酸或碱度调节剂等化学药品，为了让染料易于渗透，必须相伴有较高的热量，如此才能实现颜色表现。
对于很难以染色工序进行颜色表现的难染性纤维，虽通过把颜料添加到纤维原料内部的原液染色工序实现颜色表现，但是在多种颜色表现上是限制性的，且由于纤维高分子内的颜料分散及纤维制造工序上的难度而使得成本较高，从而使产业化非常有局限性。而且虽然作为后续工序的涂层工序的优点在于成本低，可体现各种颜色，但由于纤维与涂层液的粘合力不合格，而使耐摩擦牢度很差，并且由于使用借助树脂的热熔融或低粘度树脂的含浸及热硬化方式的高热，与工序上发生的诸多问题，因此使生 产速度缓慢，致使量产化可行性很低。
难染性纤维是指利用在以往已普及的借助染料及其他添加剂、热水的染色工序很难颜色表现的纤维。这是由于纤维高分子以坚硬的高分子链而构成或具有无法与染料进行反应的化学结构，使得染料的渗透及耐久性不足而导致的。作为聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)纤维与高性能工业用纤维，此种纤维有玻璃纤维、超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weigh Polyethylene，UHMWPE)、芳纶纤维、碳纤维、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚苯并恶唑(Polybenzoxazole，PBO)、聚苯并咪唑(Polybenzimidazole，PBI)等，属于高强度、高耐热纤维，由于存在上述问题，相较于服装，多用于工业。
玻璃纤维的情况下，通常成分结构左右目标产品的物性，如果在用于颜色表现的原液染色工序中，如果在作为主成分的氧化硅内部混合染料或颜料，则会无法预测产品的物性变化，致使颜色表现困难。PE、PP纤维是聚烯烃纤维种类，不存在可与染料进行反应的染色机，使得颜色表现困难很难表达色彩。之外，UHMWPE、芳纶、PBO、PBI等高性能纤维的情况下，由于高分子结构及非晶区域已被最小化，使得染料渗透很难，使得颜色表现困难。另外，碳纤维通过碳化工序，结构上只由碳而构成，使得纤维本身就是深黑色的，因此颜色表现困难。
难染性纤维当中UHMWPE的情况下，由于以以往已普及的燃料，颜色要先很难，最近有开发出新燃料的事例。通过在以往已普及的分散燃料的色素母体进行纤维高分子与类似的烷基取代来合成超疏水性染料后，以染色工序，实现颜色表现。但由于纤维本身的耐热性差，在使用高温热水的染色工序中，有可能引发纤维本身的物性变化，使得染料的量产及商用化困难，且很难适用于其他难染性纤维，很难进行应用。因此，对于很难通过现有颜色表现工序的原液染色工序或染色工序进行颜色表现的难染性纤维来说，需要一种全新的颜色表现工序，且所形成的颜色表现需要满足纤维的固有物性变化小、易于普及，价格低廉的要求。
如上所述，颜色表现工序中，为了改善借助摩擦的涂层的耐久性和生产率问题，涂层工序可以利用紫外线硬化，适用颜色涂层于纤维。紫外线 硬化可在数秒或数分钟内完成液态树脂的完全硬化，因此可以提高生产率，由于形成光滑的表面从而能够提高借助摩擦的牢度。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)大韩民国公开专利第10-2011-0101755号(2011年09月16日公开)
(专利文献2)大韩民国专利授权第10-1383087号(2014年04月08日公告)
发明内容
因此，本发明的技术问题为，提供一种相对于以往的热硬化丝涂层方式具有约70％左右的节能率，并且在燃烧时不排放二氧化碳、由于高转化率(degree of conversion)而能够省略水洗工序的环保型制造方法，而且还提供一种具有优秀的粘合力的，以薄膜彩色涂层对难染性纤维的颜色表现方法。
因此，本发明提供一种难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其特征在于，准备混合有颜料0.9～10重量％，紫外线硬化型单体30～89重量％，紫外线硬化型低聚物10～40重量％及光引发剂0.1～10重量％的紫外线硬化涂层液后，把难染性纤维丝含浸于所述紫外线硬化涂层液后，使之通过一定压力的轧辊，在所述难染性纤维丝表面，形成薄膜涂层后，沿着从地表垂直的方向进行所述已进行涂层的难染性纤维丝，照射波长范围为260～395nm的紫外线，使所述紫外线硬化涂层液硬化。
下面，对本发明进行详细地说明。
本发明的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法为，把难染性纤维构成的丝含浸于紫外线硬化涂层液，从而形成薄膜涂层后，使紫外线硬化涂层液硬化的方法。将用于颜色表现的颜料和紫外线硬化树脂，以适当的浓度进行调配之后，通过照射紫外线光，硬化所述调配液，从而制造已进行颜色表现的难染性纤维的方法。
本发明中，作为薄膜彩色涂层对象的难染性纤维丝是选自玻璃纤维丝、聚乙烯(Polyethylene，PE)纤维丝、聚丙烯(Polypropylene，PP)纤维丝、超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weigh Polyethylene，UHMWPE)纤维丝、芳纶纤维丝、碳纤维丝、聚酰亚胺(Polyimide，PI)纤维丝、聚苯并恶唑(Polybenzoxazole，PBO)纤维丝、聚苯并咪唑(Polybenzimidazole，PBI)纤维丝中的任意一个以上，是很难通过以往普及的借助染料及其他添加剂、热水的染色工序实现颜色表现的纤维。
本发明中，为涂层于所述难染性纤维丝的紫外线硬化涂层液，使用混合颜料0.9～10重量％、紫外线硬化型单体30～89重量％、紫外线硬化型低聚物10～40重量％及光引发剂0.1～10重量％的紫外线硬化涂层液。
所述紫外线硬化涂层液中的颜料，优选地使用对紫外线具有颜色耐久性的有机颜料，可使用偶氮系、萘酚系、酞菁系中的任意一种。
通常，用于紫外线硬化涂层液的树脂，大部分由丙烯酸酯系列的低聚物、单体构成，按难染性纤维的表面特性，可适用如下单体和低聚物。
优选地，所述紫外线硬化涂层液中的紫外线硬化型单体选自甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)，、丙烯酸异冰片酯(Isobonyl acrylate)、丙烯酸四氢呋喃甲酯(Tetrahydrofurfuryl acrylate)、丙烯酸-2-羟乙酯(2-hydroxyethyl acrylate)、甲基丙烯酸-2-羟乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate)、丙烯酸-2-羟丙酯(2-hydroxy-propyl acrylate)、丙烯酸正丁酯(n-butyl acrylate)、己二醇二丙烯酸酯(Hexanediol diacrylate)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Etoxy Etoxy ethylacrylate)、丙烯酸十八酯(Octadecyl acrylate)中的任意一个以上。
所述紫外线硬化涂层液中的紫外线硬化型低聚物可选自聚氨酯(polyurethane)系丙烯酸酯、环氧系丙烯酸酯、不饱和聚酯系丙烯酸酯、乙烯系丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate)中的任意一个以上。如此地，使用各种的单体及低聚物的原因是为了制造让涂层与纤维之间的粘合力优秀的调配液，是为了调配具有与纤维表面特性类似物性的涂层液而选择的。
优选地，所述紫外线硬化涂层液中的光引发剂使用选自二苯甲酮、 Irgacure 184(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl ketone)、Irgacure 1173(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone)、Irgacure 907(2-methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-mor-pholinyl)-1-propanone)、Darocure TPO(Diphenyl(2，4，6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide)中的任意一个以上，以与紫外线照射波长形成一致。
在如此准备的所述紫外线硬化涂层液中含浸难染性纤维丝之后，让所述难染性纤维通过具有一定压力的轧辊，使得在所述难染性纤维丝表面形成薄膜涂层。所述轧辊进行施压，以在纤维丝表面使调配液形成一定厚度的涂层，因此可以根据涂层厚度，判断涂有颜色的丝织制可行性。用于形成一定厚度涂层的轧辊部应由可调节压力的柔软材质的橡胶或硅材质形成。对轧辊的压力调节是用于调节纤维丝表面的涂层厚度的装置，如果压力过高则有可能出现薄膜过薄或部分未形成涂层的问题，使得会降低颜色均匀性，如果压力过低，则涂层就会过厚，根据液态涂层液的流动，降低硬化后的涂层均匀度下降，使得有可能无法进行利用涂层丝的织制。
之后，沿着从地表垂直的方向进行所述已进行涂层的难染性纤维丝，照射波长范围为260～395nm的紫外线，让所述紫外线硬化涂层液发生硬化。优选地，所述紫外线照射使用金属卤化物灯和紫外线LED进行照射，其中所述金属卤化物灯为将选自Fe、Ga、Mg中的任意一个以上的金属物质添加至汞灯而成的，而所述紫外线LED使用能够照射最长的长波(395nm)的紫外线LED。这是因为照射大于汞灯波长的紫外线时可以在数秒或数分钟内完成涂层的硬化，可提高生产率。照射紫外线LED时，可在常温(20～30℃)下完成硬化，因此易于适用于对热敏感的纤维材料。另外，可在所述紫外线照射工序的前后，补充设置红外线(Infrared)干燥部，进行红外线干燥工序。其目的在于干燥所含水分或使用水溶性或水分散性调配液时，通过干燥水分，提高硬化度。
所述紫外线硬化部应沿着从地表垂直的方向进行工作，这是为了让执行含浸及轧辊工序后的涂布调配液维持一定厚度的薄膜。如果以平行于地表的方向设计时，则由于液态调配液在重力作用下呈现垂直于涂层方向的流动性，因此很难形成一定的薄膜涂层。
本发明中，从纤维丝的涂层液含浸开始，到紫外线照射工序为止，优选地，沿着从地表垂直的方向进行工序。这是为在进行含浸及轧辊工序之后，使已涂层的调配液维持一定厚度的薄膜。如果以与地表平行的方向或具有一定角度的方向设计时，则由于液态调配液在重力作用下呈现垂直于涂层执行方向的流动性，因此沿着丝，形成圆形凝结现象，使得无法形成一定的薄膜涂层，无法制造出符合于使用用途的织物。
因此，本发明提供的一种相对于以往的热硬化丝涂层方法，具有约70％左右的节能率，并且在燃烧时不排放二氧化碳、由于高转化率(degree of conversion)而能够省略水洗工序的环保型涂层方法，而且提供一种具有优秀的粘合力，且分散各种功能性物质，从而赋予各种性能的，用于难燃性纤维的颜色表现的涂层方法。
附图说明
图1是表示根据本发明的已完成涂层的难染性纤维的相片。
具体实施方式
下面的实施例是非限定性的例示出的本发明难染性纤维薄膜彩色涂层方法。
【实施例1】
混合酞菁(phthalocyanine)系有机颜料(Blue)8重量％、甲基丙烯酸甲酯(Methyl methacrylate)单体50重量％、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(Etoxy Etoxy ethylacrylate)单体5重量％、己二醇二丙烯酸酯(Hexanediol diacrylate)单体2重量％、丙烯酸四氢呋喃甲酯(Tetrahydrofurfuryl acrylate)单体5重量％、聚乙烯醇缩丁醛(Polyvivyl butyral)低聚物20重量％、作为光引发剂二苯甲酮(Benzophenone)5重量％、Irgacure 1173 3重量％、Darocure TPO 2重量％，从而准备紫外线硬化涂层液之后，将作为难染性 纤维的超高分子量聚乙烯纤维丝行进向装有所述涂层液的含浸部，涂布一定量的涂层液后，通过两个轧辊，以一定压力(1MPa)进行施压从而形成薄膜涂层后，沿着从地表垂直的方向，照射波长范围为260～395nm的紫外线，通过光学硬化对液态涂层液进行硬化，最后在复卷机(rewinder)部以螺旋形进行盘绕。对作为完成涂层工序的难染性纤维的超高分子量聚乙烯薄膜彩色涂层的物性试验结果如下表1所示。
【表1】

Claims (9)

1.一种难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
准备混合有颜料0.9～10重量％、紫外线硬化型单体30～89重量％、紫外线硬化型低聚物10～40重量％及光引发剂0.1～20重量％的紫外线硬化涂层液后，
把难染性纤维丝含浸于所述紫外线硬化涂层液后，
使之通过一定压力的轧辊，在所述难染性纤维丝表面，形成薄膜涂层后，
沿着从地表垂直的方向进行所述已进行涂层的难染性纤维丝，照射波长范围为260～395nm的紫外线，使所述紫外线硬化涂层液硬化。
2.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述难染性纤维丝是选自玻璃纤维丝、聚乙烯纤维丝、聚丙烯纤维丝、超高分子量聚乙烯纤维丝、芳纶纤维丝、碳纤维丝、聚酰亚胺纤维丝、聚苯并恶唑纤维丝、聚苯并咪唑纤维丝中的任意一个以上。
3.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述紫外线硬化涂层液中的颜料是对于紫外线具有颜色耐久性的有机颜料。
4.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述紫外线硬化涂层液中的紫外线硬化型单体是选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸四氢呋喃甲酯、丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、丙烯酸正丁酯、己二醇二丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸十八酯中的任意一个以上。
5.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述紫外线硬化涂层液中的紫外线硬化型低聚物是选自聚氨酯系丙烯酸酯、环氧系丙烯酸酯、不饱和聚酯系丙烯酸酯、乙烯系丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一个以上。
6.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述紫外线硬化涂层液中的光引发剂是选自二苯甲酮、Irgacure 184、Irgacure 1173Irgacure 907、Darocure TPO中的任意一个以上。
7.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述紫外线照射是借助金属卤化物灯和紫外线LED的照射，其中所述金属卤化物灯为将选自Fe、Ga、Mg中的任意一个以上的金属物质添加至汞灯而成。
8.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
在所述紫外线照射工序的前后，补充进行红外线干燥工序。
9.根据权利要求1所述的难染性纤维丝的薄膜彩色涂层方法，其中，
所述难染性纤维丝的薄膜色彩涂布方法，从纤维丝的涂层液浸泡开始，到紫外线照射工序为止，均以垂直于地表的方向进行。
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