CN113529198A - 光变色聚丙烯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种光变色聚丙烯纤维，其包括约98～99重量份的聚丙烯、0.2～0.8重量份的光变色剂、0.1～1重量份的紫外光吸收剂以及0.1～1重量份的光安定剂，其中紫外光吸收剂包括
Figure DDA0002479270350000011
光安定剂包括

Description

光变色聚丙烯纤维及其制备方法
技术领域
本发明是有关于一种纺织材料，且特别是有关于一种光变色聚丙烯纤维以及光变色聚丙烯纤维的制备方法。
背景技术
在全球化的趋势下，纺织产业正面临强大的竞争压力，纺织业者必须不断地研发新的技术与多元化的产品，才能面对全世界的竞争。
光变色纤维是一种在受到光刺激后可以自动改变颜色的纤维。光变色纤维在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射(或热的作用)下，又会发生可逆变化回到原来的颜色。光变色纤维主要运用于娱乐服装、安全服装、装饰品以及防伪标识等等。然而，现有的制备方法均相当复杂，且制作出的光变色纤维容易有黄化现象以及光变色寿命不长等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光变色聚丙烯纤维以及光变色聚丙烯纤维的制备方法，使用单一主成分熔融纺丝的技术，可制备出不易黄化、具有降低纤维底色效果的光变色纤维，以及延长光变色纤维在受到光刺激后改变颜色的使用寿命。
本发明提供一种光变色聚丙烯纤维，其包括约98～99重量份的聚丙烯、0.2～0.8重量份的光变色剂、0.1～1重量份的紫外光吸收剂以及0.1～1重量份的光安定剂。上述紫外光吸收剂包括
Figure BDA0002479270340000011
上述光安定剂包括
Figure BDA0002479270340000021
其中n为10～14。
在本发明的一实施例中，光变色聚丙烯纤维更包括0.2～0.3重量份的抗氧化剂。
本发明提供另一种光变色聚丙烯纤维的制备方法，其包括以下步骤。制备光变色母粒，包括将95重量份的聚丙烯以及5重量份的光变色剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述光变色母粒。制备紫外光吸收剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述紫外光吸收剂母粒，其中所述紫外光吸收剂包括
Figure BDA0002479270340000022
制备光安定剂母粒，其包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成光安定剂母粒，其中所述光安定剂包括
Figure BDA0002479270340000023
且n为10～14。进行母粒混合步骤，混合100重量份的所述光变色母粒、10～100重量份的所述紫外光吸收剂母粒、10～100重量份的所述光安定剂母粒以及760～800重量份的聚丙烯母粒，以得到光变色聚丙烯混合物。进行熔融纺丝步骤，对所述光变色聚丙烯混合物进行熔融纺丝，以得到所述光变色聚丙烯纤维。
在本发明的一实施例中，光变色聚丙烯纤维的制备方法更包括以下步骤。制备抗氧化剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述抗氧化剂母粒。在上述母粒混合步骤中加入25重量份的所述抗氧化剂母粒，以形成所述光变色聚丙烯混合物。
在本发明的一实施例中，上述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂，包括螺旋状亚磷酸酯及其衍生物。
在本发明的一实施例中，上述亚磷酸酯类抗氧化剂具有由式(1)至式(4)中任一个所表示的结构：
Figure BDA0002479270340000031
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的光变色聚丙烯纤维的制备方法使用单一主成分熔融纺丝的技术，藉由添加特定比例且包括有
Figure BDA0002479270340000032
的紫外光吸收剂以及包括有
Figure BDA0002479270340000033
(n为10～14)的光安定剂于聚丙烯中，以及藉由添加特定比例的亚磷酸酯类抗氧化剂，可制备出不易黄化、具有降低纤维底色效果的光变色纤维，以及延长光变色纤维在受到光刺激后改变颜色的使用寿命。
具体实施方式
以下的揭露内容提供许多不同的实施例或实例，以实现本发明的不同特征。特定实例的组成及布局叙述如下，以简化本发明。当然这些仅是实例，并非用以限制。
本发明提供一种光变色聚丙烯纤维，其包括约98～99重量份的聚丙烯、0.2～0.8重量份的光变色剂、0.1～1重量份的紫外光吸收剂以及0.1～1重量份的光安定剂。值得注意的是，上述紫外光吸收剂包括
Figure BDA0002479270340000041
且上述光安定剂包括
Figure BDA0002479270340000042
其中n为10～14。
本发明选用聚丙烯(polypropylene，PP)作为基材，主要优点在于其除了具有较高的耐冲击性、强韧的机械性质以及抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀之外，还可以降低含水率造成的影响。详细的说，纺织材料含水率越高越可能影响其物理机械性质，如强力、伸长率、电阻和比重等，甚至对后续的纺丝加工都有一定程度上的困难。
在多个实施例中，上述光变色剂为受到紫外光/阳光照射下可以产生变色现象的光变色剂，其能吸收紫外光/阳光照射的能量，产生分子结构的改变而产生颜色变化；而当失去紫外光/阳光照射的能量后，则回复原本的分子结构及原本的颜色。在一实施例中，上述光变色剂的材料可包括螺恶嗪(spirooxazine)及其衍生物。在一实施例中，上述光变色剂可包括螺丝(spiroyarn)及其衍生物。具体来说，上述光变色剂为受到紫外光/阳光照射下会变成紫色的光变色剂，例如是购自崇裕科技的型号NCC#12。
在一实施例中，上述光变色剂可具有由以下式(I)或式(II)所表示的结构：
Figure BDA0002479270340000043
Figure BDA0002479270340000044
其中在所述式(I)中，各R1包括氢、溴、-N2O、C1～C6的烷基或C1～C6的烷氧基；n为1～3的整数，当n等于或大于2时，两个或两个以上的R1可彼此连接形成C6-C10的芳香环；R2包括氢或C1～C6的烷基；以及R3包括氢、亚胺基(imino group)或5元或6元的含氮杂环基。
更具体地说，上述光变色剂可具有由式(I-1)至式(I-10)中任一个所表示的结构：
Figure BDA0002479270340000051
Figure BDA0002479270340000061
在多个实施例中，紫外光吸收剂能够将高能量的紫外线光能转换成热能或具有无破坏性的长光波释放出来，从而避免光源中的紫外线所引起的黄变、光泽度降低及物性减弱等问题。在多个实施例中，紫外光吸收剂包括三嗪类紫外线吸收剂。在一实施例中，紫外光吸收剂包括2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚(2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol)，其化学结构为
Figure BDA0002479270340000062
在一实施例中，上述紫外光吸收剂的分子量为425。具体来说，上述紫外光吸收剂例如是购自永光化学的型号Eversorb 41FD。
在多个实施例中，光安定剂可有效地抑制光致降解物理和化学过程。由于高分子材料长期暴露在阳光下或置于强萤光下，吸收了紫外线的能量，而引起自动氧化反应，导致聚合物的降解，使得制品变色、发脆、性能下降，进而无法使用。因此，光安定剂的添加能够捕捉造成劣化的自由基，阻断光、氧老化的连锁反应，有效保护高分子，避免光热老化所引起的黄变、光泽度降低及物性减弱等问题。在一实施例中，光安定剂包括由丁二酸(butanedioic acid)、二甲酯(dimethyl ester)与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇(4-hydroxy-2,2,6,6-tertamethyl-1-piperdine ethanol)所形成的聚合物，其化学结构为
Figure BDA0002479270340000063
其中n为10～14。在一实施例中，上述光安定剂的分子量为3100～4000。具体来说，上述光安定剂例如是购自永光化学的型号Eversorb 94FD。
在多个实施例中，光变色聚丙烯纤维还包括0.2～0.3重量份的抗氧化剂。在多个实施例中，抗氧化剂包括亚磷酸酯类抗氧化剂，其包括螺旋状亚磷酸酯及其衍生物。由于亚磷酸酯类抗氧化剂与聚丙烯相容性佳，能够耐聚丙烯加工温度。此外，相较于受阻酚类抗氧化剂，本发明选择使用亚磷酸酯类抗氧化剂，可以顺利进行连续熔融纺丝，提高纺丝效能。
在本发明的光变色聚丙烯纤维中，藉由添加特定比例的亚磷酸酯类抗氧化剂于聚丙烯中，可明显改善纤维加工中产生的黄化现象，使变色效果更为明显，还可以有效地降低纤维底色。在本发明中，将亚磷酸酯类抗氧化剂的含量控制在0.2～0.3重量份之间，可达到最佳的纺丝效能及降低纤维底色的效果。
在一实施例中，上述亚磷酸酯类抗氧化剂可具有由式(1)至式(4)中任一个所表示的结构：
Figure BDA0002479270340000071
在一实施例中，上述亚磷酸酯类抗氧化剂例如是购自奇钛科技的型号Revonox608。在另一实施例中，上述亚磷酸酯类抗氧化剂例如是购自永安化学的型号Everaox 168、201、204等等。
在一实施例中，本发明的光变色聚丙烯纤维还包括约0.05～0.1重量份的固体分散剂。在一实施例中，上述固体分散剂包括聚酯型分散剂。在一实施例中，上述固体分散剂例如是购自EMS-Griltex的型号D1377E。
上述所列举的各组分的示范性结构或产品型号，仅仅为说明起见，并不用于限定本发明。各组分也可以使用其他结构或其他产品型号，只要能制备出本发明的光变色聚丙烯纤维即可。
本发明另提供一种光变色聚丙烯纤维的制备方法，其包括以下步骤。首先，制备光变色母粒，包括将95重量份的聚丙烯以及5重量份的光变色剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述光变色母粒。在一实施例中，可于上述制备光变色母粒的步骤中，额外添加0.1重量份的固体分散剂并均匀混合。在一实施例中，粉体细化步骤为干式研磨，将粒径大小研磨至约300～400nm之间，操作条件为在转速500rpm下研磨3分钟。在一实施例中，粉体分散步骤的操作条件为在转速500rpm下分散10分钟。在一实施例中，混练造粒步骤的混练温度为220～240℃，螺杆转速为200rpm。
接着，制备紫外光吸收剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述紫外光吸收剂母粒，其中所述紫外光吸收剂包括
Figure BDA0002479270340000081
在一实施例中，可于上述制备紫外光吸收剂母粒的步骤中，额外添加0.1重量份的固体分散剂并均匀混合。在一实施例中，粉体细化步骤为干式研磨，将粒径大小研磨至约300～400nm之间，操作条件为在转速500rpm下研磨3分钟。在一实施例中，粉体分散步骤的操作条件为在转速500rpm下分散10分钟。在一实施例中，混练造粒步骤的混练温度为220～240℃，螺杆转速为200rpm。
然后，制备光安定剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成光安定剂母粒，其中所述光安定剂包括
Figure BDA0002479270340000082
且n为10～14。在一实施例中，可于上述制备光安定剂母粒的步骤中，额外添加0.1重量份的固体分散剂并均匀混合。在一实施例中，粉体细化步骤为干式研磨，将粒径大小研磨至约300～400nm之间，操作条件为在转速500rpm下研磨3分钟。在一实施例中，粉体分散步骤的操作条件为在转速500rpm下分散10分钟。在一实施例中，混练造粒步骤的混练温度为220～240℃，螺杆转速为200rpm。
将约100重量份的光变色母粒、10～100重量份的所述紫外光吸收剂母粒、10～100重量份的所述光安定剂母粒以及760～800重量份的聚丙烯母粒进行混合，以得到光变色聚丙烯混合物。
再进行熔融纺丝步骤，对上述光变色聚丙烯混合物进行熔融纺丝，以得到所述光变色聚丙烯纤维。在一实施例中，纤维纺丝条件的纺丝温度为220～230℃，卷取速度为700m/min。
在一实施例中，光变色聚丙烯纤维的制备方法还包括制备抗氧化剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述抗氧化剂母粒。并且在上述母粒混合步骤中加入25重量份的所述抗氧化剂母粒，以形成如上所述的光变色聚丙烯混合物。在一实施例中，粉体细化步骤为干式研磨，将粒径大小研磨至约300～500nm之间，操作条件为在转速500rpm下研磨3分钟。在一实施例中，粉体分散步骤的操作条件为在转速500rpm下分散10分钟。在一实施例中，混练造粒步骤的混练温度为220～240℃，螺杆转速为200rpm。
以下的实施例是用以详述本发明的特定态样，并使本发明所属技术领域中具有通常知识者得以实施本发明。然而，以下的实施例不应用以限制本发明。以下，将列举多个比较例与实施例以验证本发明的功效。
实验例1:母粒制备
在本实验例中，依据下表一的母粒配方，制备出光变色母粒、抗氧化剂母粒、紫外光吸收剂母粒以及光安定剂母粒。
表一
Figure BDA0002479270340000101
注1：单位均为重量份或重量份
注2：光变色剂为购自崇裕科技的型号NCC#12，具有通式(I-10)的结构
注3：抗氧化剂为购自奇钛科技的型号Revonox 608
注4：分散剂为购自EMS-Griltex的型号D1377E
注5：紫外光吸收剂为购自永光化学Eversorb 41FD
注6：光安定剂为购自永光化学Eversorb 94FD
实验例2:制备光变色聚丙烯纤维并进行性质测试
在本实验例中，选用不同的紫外光吸收剂和光安定剂组合以及组成物间不同的比例，以制备出如下表二的各种光变色聚丙烯纤维。这些光变色聚丙烯纤维的纤维机械性质经测试后皆具有良好的纺丝效能。
表二
Figure BDA0002479270340000111
注1：组成物配方中的单位均为重量份
注2：光变色剂为购自崇裕科技的型号NCC#12，具有通式(I-10)的结构
注3：第一紫外光吸收剂为购自永光化学Eversorb 12
注4：第二紫外光吸收剂为购自永光化学Eversorb 41FD
注5：第一光安定剂为购自永光化学Eversorb 90
注6：第二光安定剂为购自永光化学Eversorb 94FD
注7：抗氧化剂为购自奇钛科技的型号Revonox 608
实验例3:紫外光光照测试
在本实验例中，使用紫外光照射这些光变色聚丙烯纤维，其变色效果及L*a*b*色彩空间性质如下表三。
表三
Figure BDA0002479270340000121
注1：L*代表亮度
注2：a*代表颜色对立维度，若a*值为正(+)代表受测式样偏红；a*值为负(-)代表受测式样偏绿
注3：b*代表颜色对立维度，若b*值为正(+)代表受测式样偏黄；b*值为负(-)代表受测式样偏蓝
注4：◎代表变色性极佳；△代表变色性不佳；X代表不变色
由表三可知，比较例1与比较例2的相异之处在于，比较例1是使用未添加抗氧化剂的配方，由于纤维已产生黄化现象，因此纤维并没有产生变色效果。虽然，比较例2是使用添加抗氧化剂的配方，但是在拉长紫外光的光照时数后，其变色效果仍不如预期。
从比较例3和比较例4可以看出，使用添加第一紫外光吸收剂(购自永光化学Eversorb 12)的配方，在拉长紫外光照射时数后，其变色效果不佳或不变色。因此，紫外光吸收剂较佳地应选择第二紫外光吸收剂(购自永光化学Eversorb 41FD)。再从比较例5及比较例6中可看出，使用添加第一光安定剂(购自永光化学Eversorb 90)的配方，在拉长紫外光照射时数后，其变色效果亦不佳或不变色。因此，光安定剂较佳地应选择第二光安定剂(购自永光化学Eversorb 94FD)。
比较例7仅使用添加第二紫外光吸收剂而不含有第二光安定剂的配方，其变色效果不佳。比较例8仅使用添加第二光安定剂而不含有第二紫外光吸收剂的配方，其变色效果不佳。由上可知，应搭配使用第二紫外光吸收剂和第二光安定剂才会有如本发明实施例1至实施例4具有极佳变色效果的光变色聚丙烯纤维的优点。
从实施例1及实施例2的L*a*b*值可看出，添加有抗氧化剂配方的纤维，其纤维颜色偏白。也就是说，添加有抗氧化剂配方的光变色聚丙烯纤维具有降低纤维底色的效果。再从实施例3及实施例4中可看出，将第二紫外光吸收剂的添加量控制在0.1～1重量份且将第二光安定剂的添加量控制在0.1～1重量份，可在提高紫外光光照时数的情况下延长光变色聚丙烯纤维的使用寿命。
实验例4:对色测试
在本实验例中，使用潘通(Pantone)色号与比较例和本发明实施例在变色后进行对色，其色号如下表四。这些光变色聚丙烯纤维在受到紫外光/阳光照射下会变成紫色。
表四
Figure BDA0002479270340000141
综上所述，在本发明的光变色聚丙烯纤维中，藉由添加特定比例且包括有
Figure BDA0002479270340000151
的紫外光吸收剂以及包括有
Figure BDA0002479270340000152
(n为10～14)的光安定剂于聚丙烯中，可延长光变色纤维在受到光刺激后改变颜色的使用寿命。此外，藉由添加特定比例的亚磷酸酯类抗氧化剂，可以降低纤维底色并使纤维变色效果更为明显。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，但其他实施方式亦有可能。因此，所请请求项的精神与范围并不限定于此处实施方式所含的叙述。
任何熟习此技艺者可明了，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种光变色聚丙烯纤维，其特征在于，包括：
98～99重量份的聚丙烯；
0.2～0.8重量份的光变色剂；
0.1～1重量份的紫外光吸收剂，且所述紫外光吸收剂包括
Figure FDA0002479270330000011
以及
0.1～1重量份的光安定剂，且所述光安定剂包括
Figure FDA0002479270330000012
其中n为10～14。
2.如权利要求1所述的光变色聚丙烯纤维，其特征在于，更包括0.2～0.3重量份的抗氧化剂。
3.如权利要求2所述的光变色聚丙烯纤维，其特征在于，其中所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂，包括螺旋状亚磷酸酯及其衍生物。
4.如权利要求2所述的光变色聚丙烯纤维，其特征在于，其中所述亚磷酸酯类抗氧化剂具有由式(1)至式(4)中任一个所表示的结构：
Figure FDA0002479270330000013
Figure FDA0002479270330000021
5.一种光变色聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括：
制备光变色母粒，包括将95重量份的聚丙烯以及5重量份的光变色剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述光变色母粒；
制备紫外光吸收剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述紫外光吸收剂母粒，其中所述紫外光吸收剂包括
Figure FDA0002479270330000022
制备光安定剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成光安定剂母粒，其中所述光安定剂包括
Figure FDA0002479270330000031
其中n为10～14；
进行母粒混合步骤，混合100重量份的所述光变色母粒、10～100重量份的所述紫外光吸收剂母粒、10～100重量份的所述光安定剂母粒以及760～800重量份的聚丙烯母粒，以得到光变色聚丙烯混合物；以及
进行熔融纺丝步骤，对所述光变色聚丙烯混合物进行熔融纺丝，以得到所述光变色聚丙烯纤维。
6.如权利要求5所述的光变色聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，更包括：
制备抗氧化剂母粒，包括将90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化剂均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成所述抗氧化剂母粒；以及
在所述母粒混合步骤中加入25重量份的所述抗氧化剂母粒，以形成所述光变色聚丙烯混合物。
7.如权利要求6所述的光变色聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，其中所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂，其包括螺旋状亚磷酸酯及其衍生物。
8.如权利要求6所述的光变色聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，其中所述亚磷酸酯类抗氧化剂具有由式(1)至式(4)中任一个所表示的结构：
Figure FDA0002479270330000032
Figure FDA0002479270330000041
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