CN108193306A - 一种抗紫外型聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗紫外型聚乳酸纤维，所述的抗紫外型聚乳酸纤维，以重量百分比计，包括以下原料组分：抗紫外型母粒1‑20％、聚乳酸切片 余量；所述的聚乳酸切片的粘均分子量为：6.0×10⁴ ‑ 3.0×10⁵。所述的抗紫外型母粒，以质量百分比计，由以下原料组分熔融混炼制得：偶联剂修饰抗紫外无机纳米粒子20‑40%、肉桂酸酯类紫外线吸收剂10‑20%、抗氧化剂0.05‑1%及聚乳酸切片 余量。本发明的抗紫外型聚乳酸纤维，在保持聚乳酸纤维原有的力学性能条件下，显著提高了纤维的抗紫外效果。

Description

一种抗紫外型聚乳酸纤维及其制备方法

技术领域：

本发明涉及抗紫外纤维领域，具体涉及一种抗紫外型聚乳酸纤维及其制备方法，属于功能纤维技术领域。

背景技术：

随着全球经济的发展，石油需求日益增长，而石油资源日益递减。我国是合成纤维生产大国，产量已连续十五年居世界第一位，纤维及其纺织品的生产总值占我国GDP的10％左右，出口创汇占1/4，在国民经济中占十分重要地位。而我国化学纤维的发展受制于石油资源，资源短缺的情况越来越严重，同时也带来可日益严重的环境污染问题。把合成纤维产业研究开发的重点转向资源可再生生物可降解材料至关重要。

聚乳酸纤维是目前唯一一种来自于再生植物资源的生物降解聚酯材料，也是目前工业化应用最具前景的生物材料。聚乳酸纤维具有亲肤抑菌、吸湿排汗、手感爽滑的特点，可广泛应用于婴幼儿、成人护理产品，贴身衣物、家纺产品以及医疗用品等。可广泛地替代石油基的聚酯涤纶纤维和部分丙纶纤维。

现有的聚乳酸的抗紫外效果较差，对波长大于225nm的紫外线几乎可以全部透过。通过后期染整的方式将抗紫外线助剂附着在纤维上面，可以达到优异的抗紫外线效果。但此种方法存在着一系列的缺点：一方面，防晒织物经过反复的洗涤之后，抗紫外线效率会逐渐下降；另一方面，由于聚乳酸纤维的耐热性差，后期染整易出现收缩问题，因此后整理方法并不适用于聚乳酸纤维；第三，后整理使用的一般为苯并三唑类或二苯甲酮类有机紫外线吸收剂，此类抗紫外线助剂为联苯结构，具有一定的毒性，长期接触人体存在着安全隐患。尤其是苯并三唑类紫外吸收剂，会在人体中聚集，长期接触对人体有毒性作用，并会影响鸟类和海洋生物的生殖能力。2006年，日本将此物质列入《化学物质控制法》中的“第一等级监控化学物质”，并禁止生产和进口此类产品以及含该化学物质的产品。

发明内容：

针对以上现有技术的问题，本发明提供一种抗紫外线型聚乳酸纤维及其制备方法，实现以下发明目的：提高聚乳酸纤维抗紫外性能，制备方法简单环保，成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗紫外型聚乳酸纤维，所述的抗紫外型聚乳酸纤维，以重量百分比计，包括以下原料组分：抗紫外型母粒1-20％、聚乳酸切片 余量；

所述的聚乳酸切片的粘均分子量为：6.0×10⁴ - 3.0×10⁵。

所述的抗紫外型母粒，以质量百分比计，由以下原料组分熔融混炼制得：偶联剂修饰抗紫外无机纳米粒子20-40%、肉桂酸酯类紫外线吸收剂10-20%、抗氧化剂0.05-1%及聚乳酸切片 余量。

所述的偶联剂修饰抗紫外无机纳米粒子：由偶联剂改性无机纳米粒子得到；

所述的肉桂酸酯类紫外吸收剂为肉桂酸钾、对-甲氧基肉桂酸盐、 对-甲氧基肉桂酸丙酯、对-甲氧基肉桂酸戊酯、对-甲氧基肉桂酸环己基酯中的一种或者多种；

所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂DTLP、抗氧剂626、抗氧剂BHT、抗氧剂264、抗氧剂2112、抗氧剂AO-60、亚磷酸三丁酯以及亚磷酸三苯酯中的一种或几种；

所述的聚乳酸切片的粘均分子量为：6.0×10⁴ -3.0×10⁵。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；

所述的无机纳米粒子为纳米级二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁、碳酸钙、氧化铅、氮化钛中的一种或多种。

所述的聚乳酸抗紫外母粒，以重量份计，包括以下原料组分：聚乳酸切片5.6-17.5份、4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯 0-2.5份、对-甲氧基肉桂酸丙酯 0-1.875份、改性抗紫外无机纳米粒子4.5-5份、抗氧剂1010 0-0.025份、亚磷酸三丁酯 0-0.05份。

一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：配置偶联剂水解溶液、偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子、聚乳酸抗紫外母粒的制备、抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备以及抗紫外型聚乳酸纤维的制备。

所述配置偶联剂水解溶液：配置体积浓度为60-95%的乙醇水溶液，滴加乙酸至溶液PH值达到4-5，加入体积浓度为5-20%的偶联剂，搅拌1-3小时至偶联剂完全水解，得到偶联剂水解溶液。

所述偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子：将抗紫外无机纳米粒子置于高速搅拌机中，搅拌的同时，将偶联剂水解溶液滴加于高速搅拌机中，偶联剂总加入量为无机纳米粒子质量的0.1-5%，搅拌时间为0.5-2小时；搅拌结束后将粉体取出，置于自然环境中陈化1-24小时，之后烘干，得到偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子。

所述聚乳酸抗紫外母粒的制备：称取预干燥后的聚乳酸切片与肉桂酸酯类紫外吸收剂备用；

取一部分肉桂酸酯类紫外吸收剂加入聚乳酸切片中搅拌，充分润滑聚乳酸切片，依次再加入偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子、抗氧剂，搅拌均匀后，从双螺杆挤出机主进料口下料；

将剩余的肉桂酸酯类紫外吸收剂从液体进料口进料；共混造粒，造粒温度为 160-220℃，得到聚乳酸抗紫外母粒。

所述抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备：

取预干燥的聚乳酸切片和聚乳酸抗紫外母粒，分别从纺丝机主螺杆的主进料口和侧进料口下料，经熔融纺丝，纺丝温度为180-240℃，卷绕速度为500-4000m/min，喷丝孔形状可以是但不限定于圆形、三角形、三叶形、四叶形、多叶形、中空形、异形中空形、菱形、T字形或十字形截面等；得到抗紫外型聚乳酸初生纤维；

所述抗紫外型聚乳酸纤维的制备：对抗紫外型聚乳酸初生纤维进行牵伸，牵伸温度为80-125℃，牵伸倍数为1-6 倍；得到抗紫外型聚乳酸纤维。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的抗紫外型聚乳酸纤维，在保持聚乳酸纤维原有的力学性能条件下，显著提高了纤维的抗紫外效果，单根纤维的线密度为1.4-1.8丹尼尔，日光紫外线 (UVA) 透射比为0.317-0.637，日光紫外线(UVB) 透射比为0.153-0.230，紫外线防护系数UPF为51-78。

（2）本发明抗紫外型聚乳酸纤维，安全环保，无毒，无析出，经过多次水洗抗紫外效率仍然保持；

（3）本发明制备方法简单环保，合适工业规模化生产。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权力要求书所限定的范围。

实施例1 一种抗紫外型聚乳酸纤维及其制备方法

一种抗紫外型聚乳酸纤维，以重量百分比计，包括以下原料组分：聚乳酸切片95%和聚乳酸抗紫外母粒5%；所述的聚乳酸：粘均分子量1×10⁵。

所述的聚乳酸抗紫外母粒，以重量份计，包括以下原料组分：聚乳酸切片17.5份、4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯 2.5份、改性抗紫外无机纳米粒子5份、抗氧剂1010 0.025份；所述的聚乳酸：粘均分子量7×10⁴；

所述的改性抗紫外无机纳米粒子：由纳米二氧化钛：纳米氮化钛以8:2的重量比混合而成的抗紫外无机纳米粒子，经体积浓度为15%的硅烷偶联剂KH560改性得到；所述硅烷偶联剂的加入量为抗紫外无机纳米粒子质量的1.5%。

一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配置偶联剂水解溶液

配置体积浓度为70%的乙醇水溶液425ml；

向上述乙醇水溶液中滴加乙酸至溶液PH值达到4；然后加入75ml硅烷偶联剂KH560，搅拌1小时至偶联剂完全水解，得到偶联剂水解溶液；所述硅烷偶联剂KH560：体积浓度为15%。

步骤2、偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子

称取5kg的抗紫外无机纳米粒子，所述抗紫外无机纳米粒子由纳米二氧化钛：纳米氮化钛以8:2的重量比混合而成；

将抗紫外无机纳米粒子置于高速搅拌机中，高速搅拌的同时，将偶联剂水解溶液滴加于高速搅拌机中；搅拌的速度为30~100rpm，搅拌时间为1小时；

所述偶联剂的加入量为抗紫外无机纳米粒子质量的1.5%。

搅拌结束后，将粉体取出，置于自然环境中陈化3小时，之后于烘箱中干燥彻底，干燥至含水量低于50ppm为佳；得到改性抗紫外无机纳米粒子。

步骤3、聚乳酸抗紫外母粒的制备

使用除湿干燥系统，将聚乳酸切片进行预干燥，温度设定为100℃，干燥至切片含水量50ppm以下，得到预干燥的聚乳酸切片。

所述的聚乳酸：粘均分子量7×10⁴。

称取17.5kg预干燥的聚乳酸切片，称取4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯2.5kg，备用；

取0.5kg 4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯加入17.5kg聚乳酸切片中，搅拌，充分润滑聚乳酸切片；然后，依次再加入改性抗紫外无机纳米粒子5kg、抗氧剂1010 25g；

将上述物料搅拌均匀后，从双螺杆挤出机的主进料口下料；

取剩余的2kg 4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯，从液体进料口下料，利用压力泵按照一定速度（液体进料与主进料的下料速度比为23:2）注入双螺杆挤出机中；

进行共混造粒，控制造粒温度为195℃，得到聚乳酸抗紫外母粒。

步骤4、抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备

使用除湿干燥系统，将聚乳酸切片进行预干燥，温度设定为100℃，干燥至切片含水量50ppm以下，得到预干燥的聚乳酸切片。

所述聚乳酸：粘均分子量1×10⁵。

称取上述预干燥的聚乳酸切片95kg和聚乳酸抗紫外母粒5kg，分别从纺丝机主螺杆的主进料口和侧进料口下料，经熔融纺丝，控制纺丝温度为200℃，卷绕速度为2000m/min；得到截面为圆形的抗紫外型聚乳酸初生纤维。

步骤5、抗紫外型聚乳酸纤维的制备

对抗紫外型聚乳酸初生纤维进行牵伸，控制牵伸温度为95℃，牵伸倍数为2.1倍；得到抗紫外型聚乳酸纤维。

所得抗紫外型聚乳酸纤维：单根纤维的线密度为1.8丹尼尔，日光紫外线(UVA)透射比为0.637，日光紫外线(UVB)透射比为0.230，紫外线防护系数UPF为51。

实施例2 一种抗紫外型聚乳酸纤维及其制备方法

一种抗紫外型聚乳酸纤维，以重量百分比计，包括以下原料组分：聚乳酸切片92%和聚乳酸抗紫外母粒8%；所述的聚乳酸：粘均分子量1.8×10⁵。

所述的聚乳酸抗紫外母粒，以重量份计，包括以下原料组分：聚乳酸切片5.6份、对-甲氧基肉桂酸丙酯 1.875份、改性抗紫外无机纳米粒子5份、亚磷酸三丁酯 0.05份；所述的聚乳酸：粘均分子量1×10⁵；

所述的改性抗紫外无机纳米粒子：由纳米二氧化钛：纳米氧化锌以5:5的重量比混合而成的抗紫外无机纳米粒子，经体积浓度为8%的硅烷偶联剂钛酸四丁酯改性得到；所述硅烷偶联剂的加入量为抗紫外无机纳米粒子质量的2%。

一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配置偶联剂水解溶液

配置体积浓度为90%的乙醇水溶液1150ml；

向上述乙醇水溶液中滴加乙酸至溶液PH值达到4；然后，加入100ml硅烷偶联剂钛酸四丁酯，搅拌1小时至偶联剂完全水解，得到偶联剂水解溶液；所述的硅烷偶联剂钛酸四丁酯：体积浓度为8%。

步骤2、偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子

称取4.9kg的抗紫外无机纳米粒子，所述抗紫外无机纳米粒子由纳米二氧化钛：纳米氧化锌以5:5的重量比混合而成；

将抗紫外无机纳米粒子置于高速搅拌机中，高速搅拌的同时，将偶联剂水解溶液滴加于高速搅拌机中；搅拌的速度为30~100rpm，搅拌时间为1小时；

所述偶联剂的加入量为抗紫外无机纳米粒子质量的2%。

搅拌结束后，将粉体取出，置于自然环境中陈化3小时，之后于烘箱中干燥彻底，干燥至含水量50ppm为佳，得到改性抗紫外无机纳米粒子。

步骤3、聚乳酸抗紫外母粒的制备

使用除湿干燥系统，将聚乳酸切片进行预干燥，温度设定为100℃，干燥至切片含水量50ppm以下，得到预干燥的聚乳酸切片。

所述聚乳酸：粘均分子量1×10⁵。

称取5.6kg预干燥后的聚乳酸切片，称取对-甲氧基肉桂酸丙酯1.875kg，备用；

取0.375kg对-甲氧基肉桂酸丙酯加入5.6kg聚乳酸切片中，搅拌，充分润滑聚乳酸切片；然后，依次再加入偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子5kg、亚磷酸三丁酯50g；

将上述物料搅拌均匀后，从双螺杆挤出机的主进料口下料；

取剩余的1.5kg 对-甲氧基肉桂酸丙酯，从液体进料口下料，利用压力泵按照一定速度（液体进料与主进料的下料速度比为22:3）注入双螺杆挤出机中；

进行共混造粒，控制造粒温度为200℃，得到聚乳酸抗紫外母粒。

步骤4、抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备

使用除湿干燥系统，将聚乳酸切片进行预干燥，温度设定为100℃，干燥至切片含水量50ppm以下，得到预干燥的聚乳酸切片。

所述聚乳酸：粘均分子量1.8×10⁵。

称取上述预干燥的聚乳酸切片57.5kg和聚乳酸抗紫外母粒5kg，分别从纺丝机主螺杆的主进料口和侧进料口下料，经熔融纺丝，控制纺丝温度为225℃，卷绕速度为1700m/min；得到截面为圆形的抗紫外型聚乳酸初生纤维。

步骤5、抗紫外型聚乳酸纤维的制备

对抗紫外型聚乳酸初生纤维进行牵伸，控制牵伸温度为105℃，牵伸倍数为3.5倍；得到抗紫外型聚乳酸纤维。

所得抗紫外型聚乳酸纤维：单根纤维的线密度为1.4丹尼尔，日光紫外线 (UVA)透射比为0.317，日光紫外线(UVB) 透射比为0.153，紫外线防护系数UPF为78。

除特殊说明的外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述的比值均为质量比。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗紫外型聚乳酸纤维，其特征在于：所述的抗紫外型聚乳酸纤维，以重量百分比计，包括以下原料组分：抗紫外型母粒1-20％、聚乳酸切片 余量；

所述的聚乳酸切片的粘均分子量为：6.0×10⁴ - 3.0×10⁵。

2.根据权利要求1所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维，其特征在于：

所述的抗紫外型母粒，以质量百分比计，由以下原料组分熔融混炼制得：偶联剂修饰抗紫外无机纳米粒子20-40%、肉桂酸酯类紫外线吸收剂10-20%、抗氧化剂0.05-1%及聚乳酸切片 余量。

3.根据权利要求2所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维，其特征在于：

所述的偶联剂修饰抗紫外无机纳米粒子：由偶联剂改性无机纳米粒子得到；

所述的肉桂酸酯类紫外吸收剂为肉桂酸钾、对-甲氧基肉桂酸盐、 对-甲氧基肉桂酸丙酯、对-甲氧基肉桂酸戊酯、对-甲氧基肉桂酸环己基酯中的一种或者多种；

所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂DTLP、抗氧剂626、抗氧剂BHT、抗氧剂264、抗氧剂2112、抗氧剂AO-60、亚磷酸三丁酯以及亚磷酸三苯酯中的一种或几种；

所述的聚乳酸切片的粘均分子量为：6.0×10⁴ -3.0×10⁵。

4.根据权利要求3所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维，其特征在于：

所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；

所述的无机纳米粒子为纳米级二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁、碳酸钙、氧化铅、氮化钛中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维，其特征在于：

所述的聚乳酸抗紫外母粒，以重量份计，包括以下原料组分：聚乳酸切片5.6-17.5份、4-甲氧基肉桂酯-2-乙基己酯 0-2.5份、对-甲氧基肉桂酸丙酯 0-1.875份、改性抗紫外无机纳米粒子4.5-5份、抗氧剂1010 0-0.025份、亚磷酸三丁酯 0-0.05份。

6.一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：配置偶联剂水解溶液、偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子、聚乳酸抗紫外母粒的制备、抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备以及抗紫外型聚乳酸纤维的制备。

7.根据权利要求6所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：所述配置偶联剂水解溶液：配置体积浓度为60-95%的乙醇水溶液，滴加乙酸至溶液PH值达到4-5，加入体积浓度为5-20%的偶联剂，搅拌1-3小时至偶联剂完全水解，得到偶联剂水解溶液。

8.根据权利要求6所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：所述偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子：将抗紫外无机纳米粒子置于高速搅拌机中，搅拌的同时，将偶联剂水解溶液滴加于高速搅拌机中，偶联剂总加入量为无机纳米粒子质量的0.1-5%，搅拌时间为0.5-2小时；搅拌结束后将粉体取出，置于自然环境中陈化1-24小时，之后烘干，得到偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子。

9.根据权利要求6所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：

所述聚乳酸抗紫外母粒的制备：称取预干燥后的聚乳酸切片与肉桂酸酯类紫外吸收剂备用；

取一部分肉桂酸酯类紫外吸收剂加入聚乳酸切片中搅拌，充分润滑聚乳酸切片，依次再加入偶联剂改性抗紫外无机纳米粒子、抗氧剂，搅拌均匀后，从双螺杆挤出机主进料口下料；

将剩余的肉桂酸酯类紫外吸收剂从液体进料口进料；共混造粒，造粒温度为 160-220℃，得到聚乳酸抗紫外母粒。

10.根据权利要求6所述的一种抗紫外型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：

所述抗紫外型聚乳酸初生纤维的制备：

取预干燥的聚乳酸切片和聚乳酸抗紫外母粒，分别从纺丝机主螺杆的主进料口和侧进料口下料，经熔融纺丝，纺丝温度为180-240℃，卷绕速度为500-4000m/min；得到抗紫外型聚乳酸初生纤维；

所述抗紫外型聚乳酸纤维的制备：对抗紫外型聚乳酸初生纤维进行牵伸，牵伸温度为80-125℃，牵伸倍数为1-6 倍；得到抗紫外型聚乳酸纤维。