CN114645457A - 一种易于着色且耐老化的无纺布及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无纺布技术领域，具体涉及一种易于着色且耐老化的无纺布及其制备方法，该无纺布包括无纺布主体、接枝链和二氧化硅纳米颗粒，无纺布主体由聚丙烯材料制成，接枝链含羧基且接枝在无纺布上，二氧化硅纳米颗粒附着在无纺布主体上。该无纺布易于着色且颜色不容易因光照而褪色，提高无纺布的耐老化性能，适用于户外用途。

Description

一种易于着色且耐老化的无纺布及其制备方法

技术领域

本发明涉及无纺布技术领域，具体涉及一种易于着色且耐老化的无纺布及其制备方法。

背景技术

无纺布又称非织造布，是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列形成的纤维网络结构，纤维或者长丝通过机械、热粘或化学等方法加固。非织造布突破了传统的纺织原理,它具有透气性、保温性、低密度等优点，与纺织布相比，无纺布生产性高、生产速度快、原料来源广，无纺布被广泛应用于医疗卫生、装饰、服装等领域。随着无纺布技术的发展，无纺布也越来越多地应用到户外领域，例如在户外防尘罩、遮阳帽、遮阳伞、户外广告牌、帐篷、户外背包、户外运动服等方面也有广阔的应用前景。随着生活水平的提高，人们对于户外用无纺布产品的色彩设计要求也越来越高，但现有的无纺布产品特别是常用的聚丙烯无纺布产品着色性能较差，且无纺布着色后容易随光照时间增长而褪色，耐老化性能差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种易于着色且耐老化的无纺布，该无纺布易于着色且颜色不容易因光照而褪色，提高无纺布的耐老化性能。本发明的另一目的是提供该无纺布的制备方法。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种易于着色且耐老化的无纺布，其包括无纺布主体、接枝链和二氧化硅纳米颗粒，无纺布主体由聚丙烯材料制成，接枝链含羧基且接枝在无纺布上，二氧化硅纳米颗粒附着在无纺布主体上。

优选地，接枝链为(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯共聚接枝链。

优选地，接枝链中(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的质量比为1：(5～8)。

优选地，(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯中的至少一种。

优选地，无纺布主体的接枝率为5～8％。

优选地，相对于无纺布主体的质量为100％，二氧化硅纳米颗粒的质量为3～5％。

优选地，二氧化硅纳米颗粒在带有接枝链的无纺布主体上原位生成。

优选地，无纺布主体的克重为30～50g/m2。

为实现本发明的另一目的，本发明提供了上述任一技术方案所述的一种易于着色且耐老化的无纺布的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：准备聚丙烯无纺布作为无纺布主体；

步骤二：将无纺布主体进行辐照，然后放入含(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第一液体中进行接枝反应；

步骤三：将步骤二所得的接枝无纺布放入含硅氧烷单体的第二液体中浸渍，原位生成纳米二氧化硅。

优选地，在步骤二中，辐照是在空气中进行，辐照剂量为5～10kGy；第一液体还含有醇类、酮类、酯类中的至少一种有机溶剂；(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的总浓度为80～100g/L；接枝反应在50～60℃下进行。

优选地，在步骤三中，第二液体含有氨水、正硅酸乙酯和乙醇。

本发明与现有技术相比有益效果在于：

本发明的易于着色且耐老化的无纺布通过在聚丙烯无纺布主体上接枝含羧基的接枝链并附着二氧化硅纳米颗粒，羧基具有一定的极性和反应活性，二氧化硅上也具有一定的极性基团例如羟基等，能够提高无纺布对染料的结合力，提高染料着色效果。同时羧基等基团具有π键电子云，能够提高染料分子的稳定性，二氧化硅纳米颗粒能够反射紫外线，使得本发明的无纺布不易褪色，提高染色无纺布的耐老化性能。本发明的无纺布制备方法步骤简单，且改性均匀，使得无纺布能够均匀着色。

具体实施方式

本发明的易于着色且耐老化的无纺布主要包括无纺布主体、接枝链和二氧化硅纳米颗粒。本发明的易于着色且耐老化的无纺布可以通过含有染料的溶液浸渍染色或涂布染色后作为单层的无纺布产品使用，也可以与其他层状材料层叠形成多层结构，例如与聚乙烯薄膜复合制备防水材料。

其中无纺布主体由聚丙烯材料制成，例如可以由聚丙烯或者由含有改性添加剂的聚丙烯组合物材料制成。优选地，本发明的无纺布主体克重为30～50g/m²，使得无纺布的纤维之间具有合适的间隙，便于在无纺布主体侧面及其深度方向上接枝接枝链和纳米二氧化硅。

接枝链含有羧基，该接枝链以共价接枝的方式连接在无纺布上，羧基具有一定的极性和反应活性，能够提高对染料的结合力，提高染料着色能力，同时羧基等基团为π键电子云，与染料分子大π键相互作用，能够提高染料分子的稳定性，避免染料分子容易在光照条件下氧化导致褪色。优选地，接枝链为(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的共聚物，(甲基)丙烯酸能够提供羧基，(甲基)丙烯酸酯能够和(甲基)丙烯酸一同提供羰基基团。可以通过调整接枝链中(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的比例，调整接枝链中羧基的含量，优选地接枝链中(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的摩尔比为1：(5～8)，能够提供足够比例的羧基以获得所需的对染料的结合力。(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯中的至少一种，优选地(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸甲酯具有价格低、原料易得等优点。可以通过调节无纺布主体的接枝率来调节羧基和羰基的含量，优选地无纺布主体的接枝率为5～8％，在该接枝链范围内接枝链能够获得良好的对染料分子的结合、稳定能力，并且不至于过多地影响聚丙烯无纺布主体中聚丙烯分子链的规整性，进而影响聚丙烯无纺布主体的力学强度。

二氧化硅纳米颗粒附着在无纺布主体上，二氧化硅纳米颗粒表面会带有羟基等极性基团，起到提高对染料结合力的作用，且纳米二氧化硅对紫外线有一定的反射作用，进一步提高无纺布材料整体及其结合的染料的耐老化性能。优选地，相对于无纺布主体的质量为100％，二氧化硅纳米颗粒的质量为3～5％，即可起到较好的耐老化性能改进作用。优选地，二氧化硅纳米颗粒在带有接枝链的无纺布主体上原位生成，一方面二氧化硅能够牢固地附着到无纺布主体上，另一方面接枝链上的羧基也能提高对二氧化硅的结合力。

该易于着色且耐老化的无纺布的制备方法主要包括以下步骤：

步骤一：准备聚丙烯无纺布作为无纺布主体，该无纺布主体可以是聚丙烯材料熔喷或针刺形成，或者可以是市售的聚丙烯无纺布。

步骤二：将无纺布主体进行辐照，然后放入含(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第一液体中进行接枝反应。辐照是在空气中进行，辐照能够使得聚丙烯的次甲基上形成自由基，辐照后的无纺布主体立即放入第一液体中，能够引发单体聚合。辐照剂量为5～10kGy，在形成自由基的同时避免辐照过量导致聚丙烯降解。第一液体还含有醇类、酮类、酯类中的至少一种有机溶剂，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯溶解在有机溶剂中以聚丙烯上的自由基为引发进行溶液聚合。优选地，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的总浓度为80～100g/L，接枝反应在50～60℃下进行，反应条件温和。接枝反应完成后优选对所得的接枝无纺布用清水进行洗涤，除去未反应的单体、溶剂以及副反应均聚物。

步骤三：将步骤二所得的接枝无纺布放入含硅氧烷单体的第二液体中浸渍，原位生成纳米二氧化硅。优选地，第二液体含有氨水、正硅酸乙酯和乙醇，氨水能够催化正硅酸乙酯水解，通过乙醇控制极性可以调节水解速度和粒径大小，第二液体优选在接枝无纺布浸入前30min内配置的。在完成原位反应后，优选对无纺布进行烘干。

采用上述步骤可以批量化生产易于着色且耐老化的无纺布，例如可以将无纺布中间产品松散地绕成卷并放入对应的液体中进行反应。

以下将通过具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的易于着色且耐老化的无纺布的制备方法如下：

步骤一：准备聚丙烯无纺布，该聚丙烯无纺布是通过熔喷的方法制得，该无纺布的克重为50g/m²。

步骤二：配置第一液体，该第一液体含有甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和乙醇，甲基丙烯酸的浓度为10g/L,甲基丙烯酸甲酯的浓度为80g/L。将该无纺布进行辐照，辐照剂量为5kGy。将辐照后的无纺布立即浸入第一液体中进行反应，反应温度为50℃，反应时间为4h。反应结束后将接枝无纺布用清水洗涤3次。

步骤三：配置第二液体，该第二液体包括氨水、正硅酸乙酯、乙醇和水，例如可以在氨水、水和乙醇的溶液(氨水20质量份、水15质量份，乙醇100质量份)中加入正硅酸乙酯(30质量份)后混合而成。配置好第二液体后立即将步骤二所得的接枝无纺布浸入该液体，浸渍2h后取出，清洗后在60℃的鼓风烘箱中烘干6h。

将步骤二制得的接枝无纺布烘干后计算接枝率为5.2％。将步骤三制得的无纺布烘干后计算得到二氧化硅纳米颗粒的质量为3.1％。

实施例2

本实施例的易于着色且耐老化的无纺布的制备方法与实施例1基本相同，区别在于辐照剂量不同。通过改变辐照剂量制备不同的样品，具体如下表所示。

实施例编号	辐照剂量	接枝率	二氧化硅纳米颗粒质量
				实施例2-1	10kGy	8.1％	3.9％
实施例2-2	15kGy	9.6％	4.2％

实施例3

本实施例的易于着色且耐老化的无纺布的制备方法与实施例1基本相同，区别在于甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的浓度不同。通过改变甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的浓度制备不同的样品，编号和辐照剂量如下表所示。

实施例4

本实施例的易于着色且耐老化的无纺布的制备方法与实施例1基本相同，区别在于正硅酸乙酯的用量不同。通过改变正硅酸乙酯用量制备不同的样品，具体如下表所示。

实施例编号	正硅酸乙酯用量	接枝率	二氧化硅纳米颗粒质量
				实施例4-1	50质量份	5.0％	4.8％
实施例4-2	70质量份	5.2％	6.1％

将原始的聚丙烯无纺布以及实施例1至4制得的无纺布浸入染液中进行染色，染液中染料为偶氮类染料，染料溶度为20g/L。将染色后烘干并经三次水洗后的无纺布的LAB值与染液的LAB值进行比较，色差在3以内为着色效果良好，色差在3至6为着色效果中等，色差在6以上为着色效果差。在该无纺布上裁取样品按照ASTM D5035-11(2015)进行拉伸测试。在该无纺布上裁取样品按照ASTM G154-16循环1进行紫外光照试验，老化天数为14天，试验后对无纺布产品进行色差测试和拉伸测试。色差是L、a、b值之差的平方之和的方根。试验结果如下表所示。

对上述试验结果进行分析，由实施例2-2与实施例1、实施例2-1比较可知，实施例2-2增加辐射剂量后虽然接枝量增加、二氧化硅载量增加，但是由于聚丙烯受到辐射容易分解，辐射剂量大于10kGy后聚丙烯无纺布力学性能下降较大，因此优选辐射剂量为5～10kGy。由实施例3-1至3-3可知，甲基丙烯酸比例较少会导致二氧化硅装载量较少，进而影响无纺布的光照稳定性，同时与染料结合性变差，染料作色效果降低；甲基丙烯酸比例较大则会导致无纺布力学性能下降严重。由实施例4-1至4-2可知，二氧化硅纳米颗粒质量超过5.0％后对无纺布的着色效果、力学性能和耐老化性能影响不明显，为降低成本，二氧化硅纳米颗粒质量优选为3％至5％。

最后强调的是，上述仅为本发明的优选实施例，并不限制本发明。凡在本发明的精神之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于包括无纺布主体、接枝链和二氧化硅纳米颗粒，所述无纺布主体由聚丙烯材料制成，所述接枝链含羧基且接枝在所述无纺布上，所述二氧化硅纳米颗粒附着在所述无纺布主体上。

2.如权利要求1所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述接枝链为(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯共聚接枝链。

3.如权利要求2所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述接枝链中(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的质量比为1：(5～8)。

4.如权利要求2所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述(甲基)丙烯酸酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯中的至少一种。

5.如权利要求2所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述无纺布主体的接枝率为5～8％。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于相对于所述无纺布主体的质量为100％，所述二氧化硅纳米颗粒的质量为3～5％。

7.如权利要求1-5任一项所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述二氧化硅纳米颗粒在带有所述接枝链的所述无纺布主体上原位生成。

8.如权利要求1-5任一项所述的一种易于着色且耐老化的无纺布，其特征在于所述无纺布主体的克重为30～50g/m2。

9.如权利要求1-8任一项所述一种易于着色且耐老化的无纺布的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：准备聚丙烯无纺布作为无纺布主体；

步骤二：将所述无纺布主体进行辐照，然后放入含(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的第一液体中进行接枝反应；

步骤三：将步骤二所得的接枝无纺布放入含硅氧烷单体的第二液体中浸渍，原位生成纳米二氧化硅。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：

在步骤二中，辐照是在空气中进行，辐照剂量为5～10kGy；所述第一液体还含有醇类、酮类、酯类中的至少一种有机溶剂；(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的总浓度为80～100g/L；接枝反应在50～60℃下进行；

在步骤三中，所述第二液体含有氨水、正硅酸乙酯和乙醇。