CN109234842A - 一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维及其制备方法，这种夜光间位芳纶纤维在离开有光环境后能够在黑暗环境中发出余辉，其制备方法包括夜光剂分散液的制备、聚合液的制备、皮层纺丝液和芯层纺丝液的制备，选择能够制得皮芯结构纤维的喷丝板，采用湿法纺丝进行纺丝，再经过凝固浴、水洗、烘干、热处理、卷曲、切断等过程，本方法得到的夜光间位芳纶的光余辉可持续10小时以上，且具有阻燃、高断裂强度、高伸长和成本低等特点，对于特殊领域的夜间作业人员的生命安全保障具有非常重要的意义。

Description

一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织纤维技术领域，具体涉及一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维及其制备方法。
背景技术
间位芳纶即聚间苯二甲酰间苯二胺，它其具有本质阻燃、耐腐蚀、耐高温等特性，被广泛应用于高温烟尘过滤、个体防护等领域，因而是一种非常重要的特种高性能纤维。
在个体防护领域，由于间位芳纶纤维具有本质阻燃特性，使其相对于其它纤维具有明显优势，因而使用纯间位芳纶制成的制品被广泛应用于救援服、森林灭火服及其它防护领域，它对于相关领域内作业人员的生命安全起到非常重要保护作用。但是，对夜间工作等一些特殊场合、特殊时间工作的人员，由于所处环境具有光线不足和能见度低的问题，虽然相关间位芳纶防护产品上带有反光带等产品，但若在高温下或在无外来光线照射的情况下，该反光带由于无法耐高温或无法自身发光导致其无法正常发挥作用。
夜光纤维是一种能在无外来光线的情况下自身发光的纤维，它主要是在纤维制备过程中，将发光材料事先添加于聚合物中，经纺丝制得夜光纤维。目前，发光材料主要分为自发光型和蓄光型，自发光型发光材料主要有采用放射性发光材料（如硫化锌）而使其使用受到限制，只能在某些特殊领域使用。蓄能型夜光材料是指在有光的环境中吸光后，在黑暗环境由于释放能量而发光的发光材料。由于蓄能型发光材料不含放射性物质，因此比较安全，近年来得到快速发展，尤其是稀土铝酸盐和硅酸盐类类蓄光型长余辉夜光材料，由于其节能环保、安全、亮度高、余辉时间长等优点成为研究热点。
经查调研，目前相关文献及市场上尚无夜光类间位芳纶产品制备技术及产品，因此，开发一种低成本、能够发光的夜光间位芳纶纤维对于满足夜间工作的相关工作人员来说具有非常重要的作用，即使无外来光线时，在漆黑的环境中该类间位芳纶防护产品也能起到防护、警示和引导的作用，采用该夜光间位芳纶纤维制成的织物或绳索等产品可广泛用于夜间作业的纺织服装、航空航海、消防应急、交通运输等领域。
发明内容
本发明的目的在于针对现有特殊服装或防护中的使用需求，提供一种不仅具有阻燃、断裂强度高、伸长好等特点，而且在漆黑的环境中能起到防护、警示和引导的作用的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维及其制备方法。
这一种皮芯结构的夜光间位芳纶纤维，包括皮层，被皮层包覆的芯层，所述皮层的有机相中无序分散无机相的蓄光型夜光剂微粒，使得该纤维在离开有光环境后能够在黑暗环境中发出余辉。
进一步地，所述蓄光型夜光剂微粒为稀土铝酸盐或硅酸盐类夜光剂微粒，粒径为2-6微米。
进一步地，所述稀土铝酸盐夜光剂微粒具体为SrAl2O4: Eu2+,Dy 3+，所述硅酸盐类夜光剂微粒具体为SrMgSi2O6:Eu2+,Dy3+。
这种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，包括如下步骤：
1）夜光剂分散液的制备：在搅拌下，向溶剂中加入分散剂，再将研磨好的夜光剂微粒分散于溶剂中；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种，所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种，所述分散剂与所述溶剂的质量比为0.008:1 ~ 0.015:1，所述夜光剂微粒在整个分散液中的质量百分比为12% ~ 19%；
2）两种聚合液的制备：通过间苯二甲酰氯与间苯二胺在与步骤1）为同溶剂的溶剂中进行聚合反应、然后加入氧化钙、氢氧化钙或氨气中和剂中和聚合液中溶解的氯化氢、过滤除去中和生成的盐，分别制得一种聚合物质量百分浓度为18%~ 23%、另一种聚合物质量百分浓度为25%~ 29%的两种浓度的聚合液；
3）纺丝液的制备：将步骤1）制备的夜光剂分散液与步骤2）制备的较高浓度的聚合液搅拌混合均匀后形成皮层纺丝液；较低浓度的聚合液直接作为芯层纺丝液；
4）选择能够制得皮芯结构纤维的喷丝板，分别将步骤3）制得的皮层纺丝液和芯层纺丝液作为原料，采用湿法纺丝进行纺丝，再经过凝固浴、水洗、烘干、热处理、卷曲、切断等过程，制得夜光间位芳纶纤维。
进一步地，所述喷丝板的芯及外环的入口直径大于出口直径，且其剖面呈现梯形，其中芯孔的出口直径与外环出口宽的比值为4.5:1 ~ 8:1。
进一步地，所述纺丝液中夜光剂微粒的质量百分比为3% ~ 13%。
进一步地，其特征在于所述凝固浴为含有5% ~13%质量百分比的铝酸盐或硅酸盐水溶液，所用盐为钠盐或钾盐，凝固浴温度为25℃~ 45℃。
进一步地，所述水洗的次数为3 ~ 8次，所述烘干的温度为136℃~ 168℃，所述热处理的温度为176℃~ 205℃。
相对于无夜光的普通间位芳纶纤维，本发明的夜光间位芳纶的主要性能虽然较普通间位芳纶纤维性能略有下降，但完全能满足服装或其它防护对高断裂强度、高伸长间位芳纶纤维性能的要求，而且能够产生时长可达10小时以上的余辉。同时，由于只有皮层含有夜光剂，相对于生产所有纤维中都含有夜光剂的纤维来说，该方法成本低约12%-17%。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。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。
实施例一
一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，包括的步骤为：
取460g间苯二胺溶于4.0L N,N-二甲基乙酰胺中，再向其中分批加入总量约850g间苯二甲酰氯进行聚合，聚合完成后，加入氨气中和聚合液中溶解的氯化氢，过滤除去中和生成的氯化铵后，得到聚合物浓度为21%的聚合液。
在搅拌下，向N,N-二甲基乙酰胺中加入聚乙二醇辛基苯基醚，再将夜光剂SrMgSi2O6:Eu2+研磨至粒径为2-5微米后分散于其中，制得夜光剂混合物中夜光剂的质量分数为12%，所用聚乙二醇辛基苯基醚与N,N-二甲基乙酰胺的质量比为0.009:1。在搅拌下，将该夜光剂混合物加入纸聚合物质量百分含量为21%的聚合液中，保持分散后夜光剂在间位芳纶聚合液中的质量分数为3%。
将上述制备好的夜光间位芳纶聚合液用于纺丝，纺丝所采用的方法为湿法纺丝，聚合液经过喷丝板成丝后，进入凝固浴液进行凝固，凝固浴液为含有质量百分含量8%硅酸钠水溶液，所用凝固浴的温度为26℃。经过凝固浴后，纤维在经过3次水洗、138℃烘干及177℃热处理后，最终制得1D的夜光间位芳纶纤维。
实施例二
一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，包括的步骤为：
取460g间苯二胺溶于3.74L N,N-二甲基甲酰胺中，再向其中分批加入总量约850g间苯二甲酰氯进行聚合，聚合完成后，加入氧化钙中和聚合液中溶解的氯化氢，过滤除去中和生成的氯化钙后，得到聚合物浓度为22%的聚合液。
在搅拌下，向N,N-二甲基甲酰胺中加入聚乙烯基吡咯烷酮，再将夜光剂SrAl2O4:Dy 3+研磨至粒径为2-5微米后分散于其中，制得夜光剂混合物中夜光剂的质量分数为16%，所用聚乙烯基吡咯烷酮与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为0.012:1。在搅拌下，将该夜光剂混合物加入纸聚合物质量百分含量为22%的聚合液中，保持分散后夜光剂在间位芳纶聚合液中的质量分数为8%。
将上述制备好的夜光间位芳纶聚合液用于纺丝，纺丝所采用的方法为湿法纺丝，聚合液经过喷丝板成丝后，进入凝固浴液进行凝固，凝固浴液为含有质量百分含量9%铝酸钾水溶液，所用凝固浴的温度为35℃。经过凝固浴后，纤维在经过5次水洗、151℃烘干及183℃热处理后，最终制得5D的夜光间位芳纶纤维。
实施例三
一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，包括的步骤为：
取460g间苯二胺溶于3.6L N,N-二甲基乙酰胺中，再向其中分批加入总量约850g间苯二甲酰氯进行聚合，聚合完成后，加入氧化钙、氢氧化钙或氨气等中和剂中和聚合液中溶解的氯化氢，过滤除去中和生成的盐后，得到聚合物浓度为23%的聚合液。
在搅拌下，向N,N-二甲基乙酰胺中加入质量百分比为1:1的聚乙二醇辛基苯基醚和聚乙烯基吡咯烷酮，再将夜光剂SrAl2O4: Eu2+研磨至粒径为2-5微米后分散于其中，制得夜光剂混合物中夜光剂的质量分数为19%，所用聚乙二醇辛基苯基醚与N,N-二甲基乙酰胺的质量比为0.015:1。在搅拌下，将该夜光剂混合物加入纸聚合物质量百分含量为23%的聚合液中，保持分散后夜光剂在间位芳纶聚合液中的质量分数为13%。
将上述制备好的夜光间位芳纶聚合液用于纺丝，纺丝所采用的方法为湿法纺丝，聚合液经过喷丝板成丝后，进入凝固浴液进行凝固，凝固浴液为含有质量百分含量12%铝酸钾水溶液，所用凝固浴的温度为44℃。经过凝固浴后，纤维在经过8次水洗、165℃烘干及204℃热处理后，最终制得13D的夜光间位芳纶纤维。

Claims (8)

1.一种皮芯结构的夜光间位芳纶纤维，其特征在于：该纤维包括皮层，被皮层包覆的芯层，所述皮层的有机相中无序分散无机相的蓄光型夜光剂微粒，使得该纤维在离开有光环境后能够在黑暗环境中发出余辉。
2.根据权利要求1所述的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维，其特征在于：所述蓄光型夜光剂微粒为稀土铝酸盐或硅酸盐类夜光剂微粒，粒径为2-6微米。
3.根据权利要求2所述的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维，其特征在于：所述稀土铝酸盐夜光剂微粒具体为SrAl2O4: Eu2+,Dy 3+，所述硅酸盐类夜光剂微粒具体为SrMgSi2O6:Eu2 +,Dy3+。
4.权利要求1-3任一所述一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）夜光剂分散液的制备：在搅拌下，向溶剂中加入分散剂，再将研磨好的夜光剂微粒分散于溶剂中；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种，所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种，所述分散剂与所述溶剂的质量比为0.008:1 ~ 0.015:1，所述夜光剂微粒在整个分散液中的质量百分比为12% ~ 19%；
2）两种聚合液的制备：通过间苯二甲酰氯与间苯二胺在与步骤1）为同溶剂的溶剂中进行聚合反应、然后加入氧化钙、氢氧化钙或氨气中和剂中和聚合液中溶解的氯化氢、过滤除去中和生成的盐，分别制得一种聚合物质量百分浓度为18%~ 23%、另一种聚合物质量百分浓度为25%~ 29%的两种浓度的聚合液；
3）纺丝液的制备：将步骤1）制备的夜光剂分散液与步骤2）制备的较高浓度的聚合液搅拌混合均匀后形成皮层纺丝液；较低浓度的聚合液直接作为芯层纺丝液；
4）选择能够制得皮芯结构纤维的喷丝板，分别将步骤3）制得的皮层纺丝液和芯层纺丝液作为原料，采用湿法纺丝进行纺丝，再经过凝固浴、水洗、烘干、热处理、卷曲、切断等过程，制得夜光间位芳纶纤维。
5.根据权利要求4所述的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述喷丝板的芯及外环的入口直径大于出口直径，且其剖面呈现梯形，其中芯孔的出口直径与外环出口宽的比值为4.5:1 ~ 8:1。
6.根据权利要求4所述的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中夜光剂微粒的质量百分比为3% ~ 13%。
7.根据权利要求4的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述凝固浴为含有5% ~13%质量百分比的铝酸盐或硅酸盐水溶液，所用盐为钠盐或钾盐，凝固浴温度为25℃~ 45℃。
8.根据权利要求4的一种皮芯结构夜光间位芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述水洗的次数为3 ~ 8次，所述烘干的温度为136℃~ 168℃，所述热处理的温度为176℃~ 205℃。
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