CN118441397A - 一种抗紫外线透气聚酯纤维面料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚酯纤维面料领域，公开了一种抗紫外线透气聚酯纤维面料及其制备方法，该聚酯纤维面料包括改性聚酯纤维和天然纤维，改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片50～70份、抗紫外改性剂10～25份、甲基丙烯酸羟乙酯3～8份、聚乙烯醇2～5份、引发剂0.5～5份、交联剂1～3份；抗紫外改性剂为季铵盐抗菌单体和γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷共同接枝二氧化钛纳米胶并与介孔氧化锌复合抗紫外改性剂，本发明通过将水溶液聚合法和静电纺丝技术相结合制备改性聚酯纤维，添加的抗紫外改性剂与甲基丙烯酸羟乙酯共聚，制备得到的面料表现出优异的透气透湿性，同时具备优异的抗紫外线和抗菌效果。

Description

一种抗紫外线透气聚酯纤维面料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚酯纤维面料技术领域，具体涉及一种抗紫外线透气聚酯纤维面料及其制备方法。
背景技术
聚酯纤维是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维，简称PET纤维。聚酯纤维因其优异的模量、强度、弹性、保形性和耐热性等优点，已经成为用途最广、消耗量最大的化纤品种之一，占纺织用纤维总量的50％以上，常用于家居、服饰、工业纺织品等领域，也是夏季服装常用的面料之一。
作为夏季和户外面料时，对紫外防护性能有一定的要求，而聚酯纤维自身的抗紫外性能不足，不能够满足人们对夏季和户外面料的需求，而且其与天然纤维和部分化学纤维相比，聚酯纤维亲水性较差，导致吸湿、透气能力不足，在穿着过程中易产生闷热感，降低了服装的舒适性，另外由于纤维的高表面积，聚酯纤维制成的纺织品在穿着过程中易吸附细菌，且细菌会在人体汗液等营养条件下迅速生长繁殖，对人体健康安全产生了危害。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种抗紫外线透气聚酯纤维面料及其制备方法，通过将水溶液聚合法和静电纺丝技术相结合制备改性聚酯纤维，添加的抗紫外改性剂与甲基丙烯酸羟乙酯共聚，制备得到的面料表现出优异的透气透湿性，同时具备优异的抗紫外线和抗菌效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料，包括改性聚酯纤维和天然纤维，所述改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片50～70份、抗紫外改性剂10～25份、甲基丙烯酸羟乙酯3～8份、聚乙烯醇2～5份、引发剂0.5～5份、交联剂1～3份；
所述抗紫外改性剂为季铵盐抗菌单体和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷共同接枝二氧化钛纳米胶并与介孔氧化锌复合抗紫外改性剂。
优选地，所述天然纤维为为棉、麻中的任意一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的任意一种；所述交联剂为戊二醛。
优选地，所述抗紫外改性剂的制备方法包括以下步骤：
A、取钛酸四丁酯、乙醇和去离子水混合搅拌15～30min，然后加入乙酸继续搅拌8～12h，得到二氧化钛纳米胶；
B、取N，N-二甲基正辛胺和甲苯溶剂于反应器中，通氮气保护，然后加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，置于75～90℃下搅拌反应24～36h，反应完成后旋蒸蒸馏、干燥，得到季铵盐抗菌单体；
C、向二氧化钛纳米胶中加入季铵盐抗菌单体、介孔纳米氧化锌和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，置于40～55℃下反应4～6h，得到抗紫外改性剂。
优选地，所述介孔纳米氧化锌的制备方法具体为：取乙酸锌和尿素溶于去离子水中，加入十二烷基硫酸钠搅拌混合，然后加入乙酸调节溶液pH为4～5，搅拌混合2～3h后移至水热釜中并于80～95℃下反应12～24h，反应完成后过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到介孔纳米氧化锌。
优选地，所述步骤B中N，N-二甲基正辛胺和3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：1～1.4。
优选地，所述步骤C中二氧化钛纳米胶、季铵盐抗菌单体、介孔纳米氧化锌和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为8～12：1～2：2～5：2～4。
优选地，所述改性聚酯纤维的制备方法包括以下步骤：
S1、取抗紫外改性剂和甲基丙烯酸羟乙酯混合，然后加入聚乙烯醇和引发剂，得到混合液；
S2、将所述混合液置于40～80℃下进行聚合反应，冷却，得到聚合液；
S3、以三氟乙酸和二氯甲烷为溶剂，加入PET切片溶解得到PET纺丝液；
S4、向PET纺丝液中加入聚合液和交联剂，经脱泡处理得到混合纺丝原液；
S5、将所述混合纺丝原液进行静电纺丝、热交联处理，得到改性聚酯纤维。
优选地，所述三氟乙酸和二氯甲烷的体积比为4∶1，所述PET纺丝液的浓度为16～25％。
优选地，所述静电纺丝操作中设置电压为30～34kV，推进速率为0.4～0.7mL/h，喷嘴与接收辊的距离为13～17cm；所述热交联处理温度为120～160℃，时间为30～120min。
优选地，如上所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法，具体操作步骤为：将所述改性聚酯纤维与天然纤维共混纺纱进行双层编织制成，所述改性聚酯纤维与天然纤维共混的质量比为80：10～20。
本发明的有益效果：
本发明利用N，N-二甲基正辛胺和3-氯丙基三甲氧基硅烷合成季铵盐抗菌单体，然后将季铵盐抗菌单体、介孔纳米氧化锌和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷添加至二氧化钛纳米胶中，季铵盐抗菌单体以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷结构中的硅羟基水解生成羟基，然后与纳米二氧化钛表面的羟基发生缩合反应，从而使纳米二氧化钛表面接枝季铵盐抗菌单体以及结合双键结构，同时介孔纳米氧化锌表面的羟基与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷结合，使介孔纳米氧化锌表面接枝双键，接枝的双键结构可作为和甲基丙烯酸羟乙酯聚合的桥梁，其中纳米二氧化钛和纳米氧化锌作为常用的无机紫外屏蔽剂，可以吸收和散射紫外线，有效抵御紫外线的危害，另外合成的介孔纳米氧化锌具有多孔、比表面积大的优点，具备良好的透气透湿性，有助于人体的排汗，同时季铵盐抗菌单体结构中的季铵盐官能团具有广谱抗菌作用，将其引入纳米二氧化钛结构中可赋予面料良好的抗菌效果，同时由于化学键的牢固结合避免了抗菌单体的析出问题。
本发明以甲基丙烯酸羟乙酯、抗紫外改性剂和聚乙烯醇为原料，添加引发剂和交联剂，通过水溶液法制备了高聚物溶液，聚乙烯醇贯穿在高聚物链段中形成半互穿网络结构，提升高聚物的可纺性，甲基丙烯酸羟乙基酯作为亲水组分引入至共聚物的分子链中，增强面料的吸湿性能，本发明通过将水溶液聚合法和静电纺丝技术相结合制备改性聚酯纤维，然后将得到的改性聚酯纤维与天然纤维混纺。本发明制备得到的面料表现出优异的透气透湿性，同时具备优异的抗紫外线和抗菌效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作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。
本发明实施例及对比例中PET切片特性黏度为0.675dL/g，由江苏斯尔克集团有限公司生产。
实施例1一种介孔纳米氧化锌的制备方法具体为：
取1.10g乙酸锌和6.01g尿素溶于100mL去离子水中，加入0.12g十二烷基硫酸钠搅拌混合，然后加入乙酸调节溶液pH为5，搅拌混合2h后移至水热釜中并于90℃下反应24h，反应完成后过滤、洗涤、干燥、300℃焙烧0.5h，得到介孔纳米氧化锌。
实施例2一种抗紫外改性剂的制备方法包括以下步骤：
A、取24mL钛酸四丁酯、200mL乙醇和5mL去离子水混合搅拌30min，然后加入16mL乙酸继续搅拌12h，得到二氧化钛纳米胶；
B、取10gN，N-二甲基正辛胺和7.5mL甲苯溶剂于反应器中，通氮气保护，然后加入12g3-氯丙基三甲氧基硅烷，置于80℃下搅拌反应36h，反应完成后旋蒸蒸馏、干燥，得到季铵盐抗菌单体；
C、向10g二氧化钛纳米胶中加入2g季铵盐抗菌单体、3g介孔纳米氧化锌和2gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，置于45℃下反应6h，得到抗紫外改性剂。
实施例3一种改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片50份、抗紫外改性剂12份、甲基丙烯酸羟乙酯3份、聚乙烯醇2份、引发剂过硫酸钾1份、交联剂戊二醛1份。
上述改性聚酯纤维的制备方法包括以下步骤：
S1、取抗紫外改性剂和甲基丙烯酸羟乙酯混合，然后加入聚乙烯醇和引发剂，得到混合液；
S2、将所述混合液置于65℃下进行聚合反应，冷却，得到聚合液；
S3、按体积比为4：1配制三氟乙酸-二氯甲烷溶剂，加入PET切片溶解得到浓度为18％的PET纺丝液；
S4、向PET纺丝液中加入聚合液和交联剂，经脱泡处理得到混合纺丝原液；
S5、将所述混合纺丝原液置于静电纺丝机中，设置电压为32kV，推进速率为0.5mL/h，调整喷嘴与接收辊的距离15cm，进行静电纺丝得到初生纤维，将初生纤维置于140℃下热交联处理60min，得到改性聚酯纤维。
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法，具体操作步骤为：将上述改性聚酯纤维与棉纤维共混纺纱进行双层编织制成，改性聚酯纤维与棉纤维共混的质量比为80：20，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，棉纤维细度148×2dtex。
实施例4一种改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片57份、抗紫外改性剂20份、甲基丙烯酸羟乙酯5份、聚乙烯醇3份、引发剂过硫酸铵2份、交联剂戊二醛2份。
上述改性聚酯纤维的制备方法同实施例3。
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法，具体操作步骤为：将上述改性聚酯纤维与棉纤维共混纺纱进行双层编织制成，改性聚酯纤维与棉纤维共混的质量比为80：15，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，棉纤维细度148×2dtex。
实施例5一种改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片68份、抗紫外改性剂25份、甲基丙烯酸羟乙酯8份、聚乙烯醇4份、引发剂过硫酸铵4份、交联剂戊二醛3份。
上述改性聚酯纤维的制备方法同实施例3。
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法，具体操作步骤为：将上述改性聚酯纤维与棉纤维共混纺纱进行双层编织制成，改性聚酯纤维与棉纤维共混的质量比为80：10，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，棉纤维细度148×2dtex。
对比例1一种抗紫外改性剂的制备方法包括以下步骤：
A、取24mL钛酸四丁酯、200mL乙醇和5mL去离子水混合搅拌30min，然后加入16mL乙酸继续搅拌12h，得到二氧化钛纳米胶；
B、取10gN，N-二甲基正辛胺和7.5mL甲苯溶剂于反应器中，通氮气保护，然后加入12g3-氯丙基三甲氧基硅烷，置于80℃下搅拌反应36h，反应完成后旋蒸蒸馏、干燥，得到季铵盐抗菌单体；
C、向10g二氧化钛纳米胶中加入2g季铵盐抗菌单体和2gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，置于45℃下反应6h，得到抗紫外改性剂。
对比例2一种抗紫外改性剂的制备方法包括以下步骤：
A、取24mL钛酸四丁酯、200mL乙醇和5mL去离子水混合搅拌30min，然后加入16mL乙酸继续搅拌12h，得到二氧化钛纳米胶；
B、取10gN，N-二甲基正辛胺和7.5mL甲苯溶剂于反应器中，通氮气保护，然后加入12g3-氯丙基三甲氧基硅烷，置于80℃下搅拌反应36h，反应完成后旋蒸蒸馏、干燥，得到季铵盐抗菌单体；
C、向10g二氧化钛纳米胶中加入3g介孔纳米氧化锌和2gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，置于45℃下反应6h，得到抗紫外改性剂。
对比例3一种改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片68份、对比例1制备的抗紫外改性剂25份、甲基丙烯酸羟乙酯8份、聚乙烯醇4份、引发剂过硫酸铵4份、交联剂戊二醛3份。
上述改性聚酯纤维的制备方法同实施例3。
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法同实施例5。
对比例4一种改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片68份、对比例2制备的抗紫外改性剂25份、甲基丙烯酸羟乙酯8份、聚乙烯醇4份、引发剂过硫酸铵4份、交联剂戊二醛3份。
上述改性聚酯纤维的制备方法同实施例3。
一种抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法同实施例5。
性能检测
将实施例3-5以及对比例3-4制备的面料进行以下性能检测：
(1)紫外防护性能测试：采用UV-2000F紫外线透射率分析仪参照GB/T6505-2009标准进行紫外防护测试。测试方法：选取距离布边至少5cm处平整部分的织物，剪取5cm×5cm样品，测试其紫外线防护系数(UPF)，并调整样品位置，使每个试样测试5-10次取其平均值，同样测试在浸润条件下的紫外防护性能以模拟人体出汗时对织物抗紫外性能的影响，得到数据结果如表1所示。
表1试样抗紫外性能测试结果
从表1中数据可以看出，本发明制备的面料具有优异的抗紫外性能。其中对比例3中未添加介孔纳米氧化锌，其抗紫外性能较实施例3-5略差，说明介孔纳米氧化锌与纳米二氧化钛协同作用可达到更加优异的抗紫外效果。
(2)透气性测试：将试样进行调湿处理，在标准大气压条件下(20±2℃，相对湿度62％～68％)调湿24h，再采用YG461E型透气性测试仪(温州方圆仪器有限公司)根据GB/T5453-1997《纺织品织物透气性的测定》进行测试，反复测试10次，计算平均值，得到数据结果如表2所示。
(3)透湿性测试：根据GB/T 12704.1-2009《纺织品织物透湿性试验方法第1部分：吸湿法》测透湿率，将盛有干燥剂(经160℃、3h干燥的无水氯化钙)并封以试样的透湿杯放置于温度(38±2)℃、相对湿度(90±2)％有一定循环气流(0.3～0.5)m/s的密封环境中,根据特定时间内透湿杯质量的变化计算试样的透湿率，计算方法见下式：T＝(Δm-Δm0)/A·t，式中：T为透湿率，g/m2·24h；Δm为同一试样相邻两次称量的质量之差，g；Δm0为空白试样质量差，g；A为试样测试中的有效试验面积，m2，本试验为0.00283m2，t为试验时间，s，得到数据结果如表2所示。
表2试样透气透湿性能测试结果
从表2中数据可以看出，本发明制备的面料具有优异的透气透湿性。其中对比例3中未添加介孔纳米氧化锌，其透气透湿性较实施例3-5略差，说明纳米氧化锌的多孔结构有助于人体的排汗。
(4)抗菌性能测试：根据《GB/T 20944.3-2008-纺织品抗菌性能的评价第3部分振荡法》测试标准，抑菌率计算公式为：Y＝(Wt-Qt)/Wt×100％，式中：Y-抑菌率，％；Wt-对比试样中活菌的数量，CFU/mL；Qt-测试试样中活菌的数量，CFU/mL，得到数据结果如表3所示。
(5)耐水洗性能测试：根据GB/T 8629-2001标准的5A程序，干燥程序按烘箱干燥法干燥，得到数据结果如表3所示。
表3试样抗菌性能测试结果
从表3中数据可以看出，本发明制备的面料具有优异的抗菌性和耐水洗效果。其中对比例4中未添加季铵盐抗菌单体，其测得的大肠杆菌抑菌率和金黄色葡萄球菌抑菌率较实施例3-5明显降低，说明季铵盐抗菌单体的添加提高了面料的抗菌性以及耐水洗效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，包括改性聚酯纤维和天然纤维，所述改性聚酯纤维包括以下重量份组分：PET切片50～70份、抗紫外改性剂10～25份、甲基丙烯酸羟乙酯3～8份、聚乙烯醇2～5份、引发剂0.5～5份、交联剂1～3份；
所述抗紫外改性剂为季铵盐抗菌单体和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷共同接枝二氧化钛纳米胶并与介孔氧化锌复合抗紫外改性剂。
2.根据权利要求1所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述天然纤维为为棉、麻中的任意一种；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的任意一种；所述交联剂为戊二醛。
3.根据权利要求1所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述抗紫外改性剂的制备方法包括以下步骤：
A、取钛酸四丁酯、乙醇和去离子水混合搅拌15～30min，然后加入乙酸继续搅拌8～12h，得到二氧化钛纳米胶；
B、取N，N-二甲基正辛胺和甲苯溶剂于反应器中，通氮气保护，然后加入3-氯丙基三甲氧基硅烷，置于75～90℃下搅拌反应24～36h，反应完成后旋蒸蒸馏、干燥，得到季铵盐抗菌单体；
C、向二氧化钛纳米胶中加入季铵盐抗菌单体、介孔纳米氧化锌和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，置于40～55℃下反应4～6h，得到抗紫外改性剂。
4.根据权利要求3所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述介孔纳米氧化锌的制备方法具体为：取乙酸锌和尿素溶于去离子水中，加入十二烷基硫酸钠搅拌混合，然后加入乙酸调节溶液pH为4～5，搅拌混合2～3h后移至水热釜中并于80～95℃下反应12～24h，反应完成后过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到介孔纳米氧化锌。
5.根据权利要求3所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述步骤B中N，N-二甲基正辛胺和3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为1：1～1.4。
6.根据权利要求3所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述步骤C中二氧化钛纳米胶、季铵盐抗菌单体、介孔纳米氧化锌和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量比为8～12：1～2：2～5：2～4。
7.根据权利要求1所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述改性聚酯纤维的制备方法包括以下步骤：
S1、取抗紫外改性剂和甲基丙烯酸羟乙酯混合，然后加入聚乙烯醇和引发剂，得到混合液；
S2、将所述混合液置于40～80℃下进行聚合反应，冷却，得到聚合液；
S3、以三氟乙酸和二氯甲烷为溶剂，加入PET切片溶解得到PET纺丝液；
S4、向PET纺丝液中加入聚合液和交联剂，经脱泡处理得到混合纺丝原液；
S5、将所述混合纺丝原液进行静电纺丝、热交联处理，得到改性聚酯纤维。
8.根据权利要求7所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述三氟乙酸和二氯甲烷的体积比为4∶1，所述PET纺丝液的浓度为16～25％。
9.根据权利要求7所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料，其特征在于，所述静电纺丝操作中设置电压为30～34kV，推进速率为0.4～0.7mL/h，喷嘴与接收辊的距离为13～17cm；所述热交联处理温度为120～160℃，时间为30～120min。
10.根据权利要求1所述的抗紫外线透气聚酯纤维面料的制备方法，其特征在于，具体操作步骤为：将所述改性聚酯纤维与天然纤维共混纺纱进行双层编织制成，所述改性聚酯纤维与天然纤维共混的质量比为80：10～20。
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