CN107523987A - 一种紫外屏蔽剂及制备高性能抗紫外织物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外屏蔽剂及制备高性能抗紫外织物的方法，属于芳纶应用技术领域。一种紫外屏蔽剂，包括氧化锌4‑6份、氧化钛4‑6份及石墨1‑2份；制备高性能抗紫外织物的方法包括：1）紫外屏蔽剂改性，2）喷涂，3）后处理，采用本技术方案，增加芳纶1414抗性，提高芳纶1414制品稳定性，提升产品销售额。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外屏蔽剂及制备高性能抗紫外织物的方法，尤其的，涉及一种防止芳纶纤维老化的紫外屏蔽剂及制备高性能抗紫外芳纶纤维的方法，属于芳纶应用技术领域。
背景技术
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414、PPTA纤维，制备这种纤维所用聚合物单体为对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺，其分子结构酰胺基团在苯环对位（1，4）位。其聚合物单体为：
其聚合物为：
芳纶1414作为特种纤维和复合材料在航天、航空、交通、通讯等领域获得了广泛的应用。近十年来，芳纶1414的特性逐步被人们认识，需求量与日俱增。据有关资料，到2005年我国需求量将超过2kt/a以上，其主要用途及需求量为：（1）通讯电缆增强用纤维约200t/a；（2）高压贮罐用增强纤维约200t/a；（3）高强度绳、缆约200t/a；（4）防弹衣、头盔、护膝200-300t/a；（5）高压容器用增强纤维约200t/a；（6）芳纶浆粕（代替短纤维石棉、橡胶塑料增强用纤维）将超过300t/a；（7）军用特种芳纶50t/a；（8）煤矿、港口用阻燃运输带约100-200t/a；（9）体育用品（赛艇、游艇、球拍等）约200t/a；（10）高级轿车、矿山载重车轮胎帘子线约200k/a；此外，在特种耐高温薄膜、纸、印刷电路基板、低线胀系数材料、芳纶/铝复合板材等方面均有着较好的应用前景。在目前我国芳纶应用领域新建一套芳纶1414生产装置，主要用于生产国内尚处于空白和市场急需的品种、牌号，缓解国内芳纶的供需矛盾，不但可以减少进口、节约外汇，还可争取打入国际市场出口创汇。
由于芳纶的力学性能及耐热性能十分优良，又加上其具有优良的性价格比，市场竞争力强大，据估计，杜邦公司芳纶及其制品每年产生的利润起码有80亿元，仅芳纶一个品种的利润就超过了我国化纤工业的总利润。尽管如此，芳纶1414纤维也存在抗压强度低、耐紫外辐射性能较低、表面与树脂结合力弱等缺陷。除了材料本身的内在性质外，不可忽视的是外界环境对材料性能的影响，针对芳纶1414而言主要是光老化作用，这种作用使得材料发生降解、老化和劣化，导致制品机械性能会逐渐下降，产生变脆、龟裂和发黄现象甚至完全破坏而无法使用，因此芳纶1414在光长期作用下的安全使用问题也迫切需要解决。
《中国安全生产科学技术》第6卷第2期2010年4月发表了“芳纶1414在光辐射下的安全化研究发展”，其中，叙述了芳纶1414的耐光性研究现状及耐光防护技术，目前主要采用涂层防护措施来阻止光线直接照射到织物上，涂层材料可分为有机类紫外线屏蔽涂层和无机类紫外线屏蔽涂层，无机紫外线屏蔽剂不仅具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒、无刺激性，使用安全，而且还是光谱屏蔽剂，对紫外线的中波、长波都有屏蔽作用；而有机紫外屏蔽剂屏蔽紫外线的波段短、副作用大，对人体易产生化学性过敏，并不同程度地存在毒性和刺激性。
于2010年06月02日，公开了一种公开号为CN101718034A，专利名称为“一种纳米紫外屏蔽剂和用于制备高性能抗紫外织物的方法”的发明专利，该专利公开了一种料配比硝酸亚铈100、叔丁胺1-5、油酸5-20及甲苯70-130；经过溶解、加热、离心和烘干后，得纳米紫外屏蔽剂；再将纳米紫外屏蔽剂分散在甲苯或水中，超声分散，织物浸润，后将织物烘干，得高性能抗紫外织物。该制备方法简单，成本低，条件简单，该制备方法可制得与纳米材料产生化学结合的抗紫外织物，对于抗紫外织物的研制有着巨大的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种紫外屏蔽剂及制备高性能抗紫外织物的方法，进而增加芳纶1414对紫外线抗性，提高芳纶1414制品稳定性，提升产品销售额。
一种紫外屏蔽剂，包括如下成分：
氧化锌4-6份、氧化钛4-6份及石墨1-2份。
进一步的，所述紫外屏蔽剂，包括如下成分：氧化锌5份、氧化钛5份及石墨1份。
一种制备高性能抗紫外织物的方法，包括如下步骤：
A.紫外屏蔽剂改性
将紫外屏蔽剂称取后，置于容器中，再向容器中加入8-10倍体积比的去离子水，利用恒温磁力搅拌器加热及搅拌，然后向容器中加4.5-6.5%质量比的表面改性剂溶液，在90-95°C条件下，搅拌0.3-0.8h；随后，将浆液进行真空抽滤，并利用去离子水清洗4-5次；最后，在70-75°C条件下，烘干10-12h，研磨，过筛，得改性后的紫外屏蔽剂；
B．喷涂
以步骤A中改性后的紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为120-150 KW，温度为10000-15000K的条件下，以送粉量为40-50g/min和速度为25-27kg/h对芳纶1414进行喷涂，得带有涂层的芳纶1414；
C.后处理
将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理。
进一步的，所述表面改性剂包括硅油、硬脂酸纳和硬脂酸中的一种或多种。
进一步的，所述表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液，对紫外屏蔽剂表面改性效果较好。
进一步的，在A步骤中，所述表面改性剂溶液以0.1-0.2ml/s的速度被加入至容器中。
进一步的，在A步骤中，所述改性后的紫外屏蔽剂为直径为8-9nm粉末。
进一步的，在C步骤中，所述油为普通的润滑油。
喷涂后，芳纶1414涂层厚度为10-15mm，涂层密度为≥95%，芳纶1414织物的紫外线透过率为10-15%，芳纶1414织物的被降解度减小65-75%。
紫外屏蔽剂工作原理为：
光线与物质的作用有透射、反射和吸收三种，而采用紫外屏蔽剂涂层阻断紫外线直接照射到织物上。紫外屏蔽剂包括有机类紫外线屏蔽涂层和无机类紫外线屏蔽涂层，有机类紫外线屏蔽涂层对紫外线进行能量转换，将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波，从而达到防紫外辐射目的；而无机类紫外线屏蔽涂层主要通过对入射紫外线反射或折射，达到防紫外线辐射的目的，其没有光能的转化作用，只利用紫外屏蔽剂与芳纶1414结合，增加织物表面对紫外线的反射和散射作用，以防止紫外线透过织物而破坏芳纶抗性甚至损害人体皮肤。
表面改性剂工作原理：
表面改性剂为一种两性结构的物质，其分子中的一部分基团可与无机填料表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，另一部分基团可与有机高分子发生化学反应或物理缠绕。表面改性犹如架在无机填料和有机高分子之间的具有特殊功能的分子桥，使两种表面性质差异很大的材料紧密结合，从而形成新型复合材料。
采用本发明，带来的有益技术效果为：
1）在本发明中，氧化锌和氧化钛为屏蔽剂，作为芳纶1414涂层原料，具有极好的降解紫外线作用，其不仅具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒、无刺激性，使用安全，还是光谱屏蔽剂，对紫外线的中波、长波都有屏蔽作用，同时，氧化锌和氧化钛具有抗菌、消毒和除臭作用。紫外屏蔽剂的使用，有效增加芳纶1414对紫外线的抗性，提高芳纶1414制品稳定性，提升产品销售额；
2）在本发明中，石墨质软、有滑腻感，性质稳定，可抗摩擦，并有润滑作用。在屏蔽剂中添加石墨，以及氧化锌、氧化钛及石墨三种物质配比的设置，一方面可增加紫外屏蔽剂本身的质感特性，增加其性质稳定；另一方面，促使紫外屏蔽剂在芳纶1414上的附着性，保持芳纶1414特性的同时，扩大芳纶1414利用范围，增加芳纶1414的抗紫外性能；
3）在本发明制备高性能抗紫外织物的方法中，先对紫外屏蔽剂进行改性，增加涂层对抗紫外线性能，同时又改善其与基料（芳纶1414）之间的结合力。经过改性后的紫外屏蔽剂，芳纶1414织物的紫外线透过率为10-15%，芳纶1414织物的被降解度减小65-75%；
4）在本发明中，以紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为120-150 KW，温度为10000-15000K的条件下，以送粉量为40-50g/min和速度为25-27kg/h对芳纶1414进行喷涂，利用层流等离子的特性，提高芳纶1414涂层质量；由于层流等离子热量集中，离子弧稳定性好，没有电极熔耗，输出热量均匀，便于控制，这样使得熔铸区热量分布均匀，材料熔合充分均匀，排气浮渣都充分，收缩应力分布均匀，且不会对芳纶1414产生危害；采用层流等离子喷涂，连续工作时间长，喷涂质量稳定，结合力高，噪音为30-50 dB，孔隙率为0.5-5%，表面细腻，几乎无大气卷入，与真空喷涂相当；同时，层流等离子设备控制精度高，对涂层区和过渡区的控制方便，且均匀度好，应力分配更容易控制合理；层流等离子束为一种电离弧，比弧焊机热量更集中，所以加热速度更快，能控制基体温度不致太高，避免引起退火变形，以激光束、电子束和湍流等离子等加热速度无法比拟；
5）在本发明中，将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理，增加涂层与织物之间的结合力，并起润滑作用。同时，上油处理，为后续的芳纶1414使用做准备，便于芳纶1414的存储及再加工；
6）在本发明中，表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液，对紫外屏蔽剂表面改性效果较好；
7）在本发明中，表面改性剂溶液以0.1-0.2ml/s的速度被加入至容器中，调节表面改性剂溶液与紫外屏蔽剂之间的反应速度，增加紫外屏蔽剂表面改性质量；
8）在本发明中，改性后的紫外屏蔽剂为直径为8-9nm粉末，该粉末大小的设置，增加涂层质量，在原料一定的条件下，改善涂层对紫外光线的抗性；
9）在本发明中，芳纶1414涂层厚度为10-15mm，涂层密度为≥95%，芳纶1414织物的紫外线透过率为10-15%，芳纶1414织物的被降解度减小65-75%。
具体实施方式
下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种紫外屏蔽剂，包括如下成分：
氧化锌4份、氧化钛4份及石墨1份。
一种制备高性能抗紫外织物的方法，包括如下步骤：
A.紫外屏蔽剂改性
将紫外屏蔽剂称取后，置于容器中，再向容器中加入8倍体积比的去离子水，利用恒温磁力搅拌器加热及搅拌，然后向容器中加4.5%质量比的表面改性剂溶液，在90°C条件下，搅拌0.3h；随后，将浆液进行真空抽滤，并利用去离子水清洗4次；最后，在70C条件下，烘干10h，研磨，过筛，得改性后的紫外屏蔽剂；
B．喷涂
以步骤A中改性后的紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为120KW，温度为10000K的条件下，以送粉量为40/min和速度为25kg/h对芳纶1414进行喷涂，得带有涂层的芳纶1414；
C.后处理
将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理。
进一步的，所述表面改性剂为硅油。
进一步的，所述表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液，对紫外屏蔽剂表面改性效果较好。
进一步的，在A步骤中，所述表面改性剂溶液以0.1ml/s的速度被加入至容器中。
进一步的，在A步骤中，所述改性后的紫外屏蔽剂为直径为8nm粉末。
喷涂后，芳纶1414涂层厚度为10mm，涂层密度为95%，芳纶1414织物的紫外线透过率为10%，芳纶1414织物的被降解度减小65%。
实施例2
一种紫外屏蔽剂，包括如下成分：
氧化锌6份、氧化钛6份及石墨2份。
一种制备高性能抗紫外织物的方法，包括如下步骤：
A.紫外屏蔽剂改性
将紫外屏蔽剂称取后，置于容器中，再向容器中加入10倍体积比的去离子水，利用恒温磁力搅拌器加热及搅拌，然后向容器中加6.5%质量比的表面改性剂溶液，在95°C条件下，搅拌0.8h；随后，将浆液进行真空抽滤，并利用去离子水清洗5次；最后，在75°C条件下，烘干12h，研磨，过筛，得改性后的紫外屏蔽剂；
B．喷涂
以步骤A中改性后的紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为150 KW，温度为15000K的条件下，以送粉量为50g/min和速度为27kg/h对芳纶1414进行喷涂，得带有涂层的芳纶1414；
C.后处理
将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理。
进一步的，所述表面改性剂为硬脂酸。
进一步的，所述表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液，对紫外屏蔽剂表面改性效果较好。
进一步的，在A步骤中，所述表面改性剂溶液以0.2ml/s的速度被加入至容器中。
进一步的，在A步骤中，所述改性后的紫外屏蔽剂为直径为9nm粉末。
喷涂后，芳纶1414涂层厚度为15mm，涂层密度为97%，芳纶1414织物的紫外线透过率为15%，芳纶1414织物的被降解度减小75%。
实施例3
一种紫外屏蔽剂，包括如下成分：
氧化锌5份、氧化钛5份及石墨1.5份。
一种制备高性能抗紫外织物的方法，包括如下步骤：
A.紫外屏蔽剂改性
将紫外屏蔽剂称取后，置于容器中，再向容器中加入9倍体积比的去离子水，利用恒温磁力搅拌器加热及搅拌，然后向容器中加5.5%质量比的表面改性剂溶液，在93°C条件下，搅拌0.5h；随后，将浆液进行真空抽滤，并利用去离子水清洗5次；最后，在73°C条件下，烘干11h，研磨，过筛，得改性后的紫外屏蔽剂；
B．喷涂
以步骤A中改性后的紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为130 KW，温度为120002的条件下，以送粉量为45g/min和速度为26kg/h对芳纶1414进行喷涂，得带有涂层的芳纶1414；
C.后处理
将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理。
进一步的，所述表面改性剂为硅油、硬脂酸纳和硬脂酸的组合。
进一步的，所述表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液，对紫外屏蔽剂表面改性效果较好。
进一步的，在A步骤中，所述表面改性剂溶液以0.15ml/s的速度被加入至容器中。
进一步的，在A步骤中，所述改性后的紫外屏蔽剂为直径为8.5nm粉末。
喷涂后，芳纶1414涂层厚度为12mm，涂层密度为96.5%，芳纶1414织物的紫外线透过率为13%，芳纶1414织物的被降解度减小70%。
Claims (8)
1.一种紫外屏蔽剂，其特征在于，包括如下成分：
氧化锌4-6份、氧化钛4-6份及石墨1-2份。
2.根据权利1所述的紫外屏蔽剂，其特征在于，所述紫外屏蔽剂包括如下成分：氧化锌5份、氧化钛5份及石墨1份。
3.一种根据权利要求1-2中任意一项所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.紫外屏蔽剂改性
将紫外屏蔽剂称取后，置于容器中，再向容器中加入8-10倍体积比的去离子水，利用恒温磁力搅拌器加热及搅拌，然后向容器中加4.5-6.5%质量比的表面改性剂溶液，在90-95°C条件下，搅拌0.3-0.8h；随后，将浆液进行真空抽滤，并利用去离子水清洗4-5次；最后，在70-75°C条件下，烘干10-12h，研磨，过筛，得改性后的紫外屏蔽剂；
B．喷涂
以步骤A中改性后的紫外屏蔽剂为涂料，采用层流等离子发生器在功率为120-150 KW，温度为10000-15000K的条件下，以送粉量为40-50g/min和速度为25-27kg/h对芳纶1414进行喷涂，得带有涂层的芳纶1414；
C.后处理
将步骤B处理后的芳纶1414，进行上油处理。
4.根据权利要求3所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，所述表面改性剂包括硅油、硬脂酸纳和硬脂酸中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，所述表面改性剂在加入至容器前，将表面改性剂溶于无水乙醇中，配制为表面改性剂溶液。
6.根据权利要求3所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，在A步骤中，所述表面改性剂溶液以0.1-0.2ml/s的速度被加入至容器中。
7.根据权利要求3所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，在A步骤中，所述改性后的紫外屏蔽剂为直径为8-9nm粉末。
8.根据权利要求3所述的制备高性能抗紫外织物的方法，其特征在于，喷涂后，芳纶1414涂层厚度为10-15mm，涂层密度为≥95%，芳纶1414织物的紫外线透过率为10-15%，芳纶1414织物的被降解度减小65-75%。
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