一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法
2023-08-09 17:11:16
專利名稱：一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法
技術領域：
本發明涉及ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法。
背景技術：
聚氯こ烯具有阻燃(阻燃值為40以上)、耐化學藥品性高(耐濃鹽酸、濃度為90%的硫酸、濃度為60%的硝酸和濃度20%的氫氧化鈉)、機械強度及電絕緣性良好的優點而被廣泛應用。聚氯こ烯系纖維也因這些優勢而常被選用為人工毛髮的原材料。然而近年來，由於森林植被破壞嚴重，加之太陽黑子活動頻繁以及氟利昂製冷劑的大量使用，使人類正面臨日益增強的紫外線輻射，易使皮膚黝黑、出現紅斑、炎症、皮膚老化、甚至引起皮膚癌。由 此可見，研究開發具有抗紫外功能性的聚氯こ烯複合材料，不僅可以提高發製品的保健性與舒適性，而且可以增加聚氯こ烯系產品的抗紫外功能性，延長使用壽命等，好處甚多。目前市售的抗紫外光材料主要分為無機物紫外光線屏蔽劑和有機物紫外光線屏蔽劑，由於無機物紫外光線屏蔽劑具有化學惰性，使用安全，在熱穩定性和耐溶劑性方面都高於有機物紫外光線屏蔽劑，所以開發低毒、高效的無機物紫外線屏蔽劑受到較多關注。納米氧化鋅(ZnO)具有吸收、散射紫外線以及光催化能力等，常被用作抗紫外材料。發明專利CN101429348公開了ー種ニ氧化鈦-氧化鋅複合粉體材料的製備方法，通過鋅的鹼式碳酸鹽在ニ氧化鈦顆粒表面的分解，阻止顆粒之間的燒結，但是該複合材料的光穩定性還有待提高。發明專利CN 1246443公開了ー種表面包覆金屬化合物的納米氧化鋅粉體及製備方法包，這種材料具有優異的紫外光吸收特性，但是對於可見光的透過率低，並且在親油性基體中不易均勻分散。發明專利CN 101898747公開了ー種屏蔽紫外線鋅鈰複合粉體納米材料的製備方法，提出採用水熱沉澱法製備鈰摻雜氧化鋅的複合抗紫外粉體，但是該方法不能有效解決無機抗紫外粉體在基體中的分散性問題。發明專利CN 1224640C公開了ー種納米ニ氧化鈦原位製備抗紫外線輻射聚酯的方法，選用納米ニ氧化鈦為抗紫外功能性添加齊IJ，對其進行無機/有機復配表面改性，最後聚酯單體原位共聚得到抗紫外功能性聚酯複合材料，此方法雖解決了納米ニ氧化鈦在聚酯中的分散性問題，但是抗紫外屏蔽指數未能達到非常滿意的效果。發明專利CN101618850及CN101898747公開了ー種抗紫外光鋅鋯納米複合材料及鋅鈰納米複合材料的製備方法，該方法製備的抗紫外複合材料雖可以有效屏蔽紫外線，但抗紫外線屏蔽也未能達到更為滿意的效果。
發明內容
本發明的目的是提供ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，採用鎳摻雜氧化鋅製備複合抗紫外材料和原位聚合法製備PVC/ZnO抗紫外複合材料，然後與聚氯こ烯共混紡絲。在製備鎳-鋅複合抗紫外材料的方法中，採用添加PH調節劑，以使反應體系偏鹼性，同吋，增大鎳的用量，以達過飽和。該方法的優點在於使用過渡族金屬鎳摻雜氧化鋅，不僅由於鎳具有優異的耐光耐熱性能，而且可以增加氧化鋅晶格的缺陷，増加反射紫外線的晶面，添加PH調節劑，使反應體系的PH值増大，PH值越大，實際進入晶格的Ni離子濃度越高，造成的晶格缺陷便越多；增加Ni的用量，更多的Ni進入晶格，使得晶格畸變明顯，且隨著Ni的摻雜量接近飽和狀態，過量的Ni生成了立方六面體結構的NiO，其與六方晶體結構的ZnO之間形成的晶界，可以更多反射紫外光，從而增強屏蔽紫外線的能力，其次，使用原位聚合製備抗紫外PVC的方法，可以解決氧化鋅粒子在基體PVC中分散性不佳而影響產品性能的缺陷。本發明的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，具體步驟如下將聚合度為750 1000的抗紫外聚氯こ烯100重量份、O. 05 2重量份的非硫有機系熱穩定劑、O. 01 I重量份的潤滑劑聚こ烯蠟和O. 01 I重量份的抗氧劑，於6(T70°C充分混合O. 5 Ih形成混合物，計量後注入螺杆紡絲機，超高壓生產抗紫外功能性聚氯こ烯纖維，紡絲機機頭壓カ為800 lOOOkg/cm2，可以有效提高聚氯こ烯的流動性，紡絲溫度在160 170°C，在烘箱中加熱拉伸，拉伸倍數為5 8倍，拉伸溫度為7(Tl60°C，最後進行熱處理和上油處理，上油處理採用兩道上油方式，即第一道上油採用平滑劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之前上油，第二道採用抗靜電劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之後 上油；所述油劑的附著量為聚氯こ烯系纖維的O. 15wt% O. 25wt% ;熱處理溫度為100 140°C，得到抗紫外功能性聚氯こ烯纖維；所述的抗紫外聚氯こ烯由以下步驟製得(I)配置Zn(N03)2、NiCl2 · 6H20和十六烷基三甲基氯化銨混合液，Zn(NO3)2與NiCl2 ·6Η20的摩爾比為100:50 I，Zn (NO3) 2與十六烷基三甲基氯化銨的摩爾比為100:1 O. 01其中，十六烷基三甲基氯化銨作為陽離子表面活性劑使用，NiCl2 · 6Η20的用量儘量取大，大量的鎳，直至達到鎳飽和，可以增加晶格畸變；；(2)於70 90°C強烈攪拌混合液的條件下加入pH調節劑磷酸氫ニ鈉水溶液，使混合液的PH值達到9 12注意緩慢滴加，一秒到兩秒滴加一滴，注意觀察PH變化，pH值増大，同樣有利於晶格缺陷的產生；(3)然後緩慢滴加質量分數為所述混合液O. 5 10%的NaOH溶液，NaOH溶液滴加的同時析出氧化物，因此NaOH溶液的滴加速度一定要慢，一般為一到兩秒滴加一滴，半小時滴完，反應O. 5 4h ;(4)將反應所得的漿料高速分散後於100 150°C繼續反應O. 5 4h，使反應完全，所得產物經純化、過濾和乾燥エ序，製得Zn-Ni抗紫外複合材料；(5)隨後，為了完成原位聚合，首先將Zn-Ni抗紫外複合材料與陽離子表面活性劑製成微乳液，以使抗紫外複合材料更好的分散。按5:95 20:80的體積比將季銨鹽型陽離子表面活性劑溶於去離子水中，加入質量分數為季銨鹽型陽離子表面活性劑水溶液的O. 5 10%的所述Zn-Ni抗紫外複合材料，超聲分散20 30min，隨後在70 80°C的溫度條件下採用高壓均質機剪切攪拌I 2h，得到平均粒徑50nm以下的Zn-Ni複合抗紫外微乳液；(6)在聚合反應爸中加入100重量份的氯こ烯單體、I 15重量份的所述Zn-Ni複合抗紫外微乳液和O. 05 I重量份的ニ碳酸酯過氧化物引發劑，控制反應溫度很重要，一般溫度可以控制在60°C ±0.2°C，採用夾套冷卻的方式，聚合得到抗紫外功能性聚氯こ烯。作為優選的技術方案
如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的抗紫外功能性聚氯こ烯纖維為發用纖維，纖維纖度為40 55dtex，UPF值達100以上。所紡纖維用於人工毛髮用，除具有優異抗紫外性能外，還具有手感似人發，捲曲成型度好等優良性能。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的非硫有機系熱穩定劑為非硫有機系熱穩定劑，包括非硫有機錫及非硫有機鋪類，具體為有機壓憐酸錫、甲基錫、月桂酸酯類、馬來酸酯類及羧酸銻中的ー種或多種複合。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑，包括2，6-三級丁基-4-甲基苯酚、雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚、四〔β-(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯中的ー種或多種複合。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的上油處理採用兩
道上油方式，即第一道上油採用平滑劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之前上油，第二道採用抗靜電劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之後上油；所述油劑的附著量為聚氯こ烯系纖維的O. 15wt% O. 25wt% ;所述的平滑劑為酯類表面活性剤，包括丁基/異丁基硬脂酸酷、癸ニ酸酷、三經甲基丙烷酯、季戊四醇酯、山梨醇酯中的ー種或多種；所述的抗靜電劑為主的油劑組分為季銨鹽類表面活性剤，包括烷基季銨鹽、酷基季銨鹽中ー種。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的強烈攪拌是指攪拌轉速達2000 3000r/min ;所述的磷酸氫ニ鈉水溶液的物質的量濃度為O. 5 2mol/L。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的NaOH溶液的物質的量濃度為I. 5 5mol/L。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的高速分散是指採用均質機控制轉速在2000 3000r/min ;所述的繼續反應是在水熱反應釜中反應。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的分散為超聲分散，分散時間為20 30min ;所述的剪切攪拌是在70 80°C的溫度條件下採用高壓均質機剪切攪拌。如上所述的ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，所述的季銨鹽型陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨和十二烷基ニ甲基苄基氯化銨中的一種；所述的ニ碳酸酯過氧化物引發劑包括過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、異丙苯過氧化氫、過氧化ニ叔丁基、過氧化ニ異丙苯、過氧化苯甲酸叔丁酷、過氧化叔戊酸叔丁基酷、過氧化ニ碳酸ニ異丙酯和過氧化ニ碳酸ニ環己酯中的ー種或多種。有益效果( I)用過渡族金屬鎳摻雜氧化鋅，不僅由於鎳具有優異的耐光耐熱性能，而且可以增加氧化鋅晶格的缺陷，増加反射紫外線的晶面，添加PH調節劑，使反應體系的PH值増大，PH值越大，實際進入晶格的Ni離子濃度越高，造成的晶格缺陷便越多；增加Ni的用量，更多的Ni進入晶格，使得晶格畸變明顯，且隨著Ni的摻雜量接近飽和狀態，過量的Ni生成了立方六面體結構的NiO，其與六方晶體結構的ZnO之間形成的晶界，可以更多反射紫外光，從而增強屏蔽紫外線的能力；(2)使用原位聚合製備抗紫外PVC的方法，可以解決氧化鋅粒子在基體PVC中分散性不佳而影響產品性能的缺陷。由於納米氧化鋅粉體有較高的比表面能，不易在基體聚氯こ烯中分散，本發明採用製備氧化鋅微乳液與氯こ烯単體原位聚合製備抗紫外聚氯こ烯樹月旨，有效地解決了抗紫外粉體在基體中的分散性問題，同時可省去使用分散劑，簡化工藝；(3)應用超高壓紡絲方法製備抗紫外功能性聚氯こ烯纖維，作為人工毛髮使用吋，通過改變エ藝條件，使人工毛髮用纖維除具有一般發用優勢外，還具有抗紫外線的功能性，提高了發用纖維的保健性及舒適性。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進ー步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例I
ー種抗紫外功能性聚氯こ烯纖維的生產方法，其特徵是具體步驟如下(I)配置Zn(N03)2、NiCl2 · 6H20和十六烷基三甲基氯化銨混合液，Zn(NO3)2與NiCl2 · 6H20的摩爾比為100:50, Zn(NO3)2與十六烷基三甲基氯化銨的摩爾比為100:1 ；(2)於70°C強烈攪拌混合液的條件下加入pH調節劑磷酸氫ニ鈉水溶液，使混合液的PH值達到9 ;所述的強烈攪拌是指攪拌轉速為2000r/min ;所述的磷酸氫ニ鈉水溶液的物質的量濃度為O. 5mol/L。(3)然後緩慢滴加質量分數為所述混合液O. 5%的NaOH溶液,反應O. 5h ;所述的NaOH溶液的物質的量濃度為I. 5mol/L ；(4)將反應所得的漿料高速分散後於100°C繼續反應O. 5h，所得產物經純化、過濾和乾燥エ序，製得Zn-Ni抗紫外複合材料；(5)按5:95的體積比將季銨鹽型陽離子表面活性劑十二烷基三甲基氯化銨溶於去離子水中，加入質量分數為季銨鹽型陽離子表面活性劑水溶液的O. 5%的所述Zn-Ni抗紫外複合材料，分散後剪切攪拌lh，得到平均粒徑50nm以下的Zn-Ni複合抗紫外微乳液；(6)在聚合反應爸中加入100重量份的氯こ烯單體、I重量份的所述Zn-Ni複合抗紫外微乳液和O. 05重量份的ニ碳酸酯過氧化物引發劑過氧化苯甲醯，聚合得到抗紫外功能性聚氯こ烯。(7)將聚合度為750的抗紫外聚氯こ烯100重量份、O. 05重量份的熱穩定劑有機壓磷酸錫、O. 01重量份的潤滑劑聚こ烯蠟和O. 01重量份的抗氧劑2，6-三級丁基-4-甲基苯酚，於60°C充分混合O. 5h形成混合物，計量後注入螺杆紡絲機，紡絲機機頭壓カ為800kg/cm2,紡絲溫度在160°C，在烘箱中加熱拉伸，拉伸倍數為5倍，拉伸溫度為70°C，上油處理採用兩道上油方式，即第一道上油採用平滑劑丁基硬脂酸酯為主的油劑組分，在纖維緻密化之前上油，第二道採用抗靜電劑烷基季銨鹽類表面活性劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之後上油；所述油劑的附著量為聚氯こ烯系纖維的O. 15wt%，熱處理溫度為100°C，得到抗紫外功能性聚氯こ烯纖維。經測試，抗紫外功能性發用聚氯こ烯纖維的抗紫外性能如下表
I表I :
權利要求
1.一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵是具體步驟如下 將聚合度為750 1000的抗紫外聚氯乙烯100重量份、0. 05 2重量份的非硫有機系熱穩定劑、0. 01 I重量份的潤滑劑聚乙烯蠟和0. 01 I重量份的抗氧劑，於6(T70°C充分混合0. 5 Ih形成混合物,計量後注入螺杆紡絲機,紡絲機機頭壓力為800 1000kg/cm2,紡絲溫度在160 170°C，在烘箱中加熱拉伸，拉伸倍數為5 8倍，拉伸溫度為7(Tl60°C，最後進行熱處理和上油處理，油劑附著量為聚氯乙烯纖維的0. 05wt% 0. 25wt%，熱處理溫度為100 140°C，得到抗紫外功能性聚氯乙烯纖維； 所述的抗紫外聚氯乙烯由以下步驟製得 (1)配置Zn(NO3) 2、NiCl2 *6H20和十六烷基三甲基氯化銨混合液，Zn (NO3) 2與NiCl2 *6H20的摩爾比為100:50 I，Zn(NO3)2與十六烷基三甲基氯化銨的摩爾比為100:1 0. 01 ; (2)於70 90°C強烈攪拌混合液的條件下加入pH調節劑磷酸氫二鈉水溶液，使混合液的pH值達到9 12 ; (3)然後緩慢滴加質量分數為所述混合液0.5 10%的NaOH溶液，反應0. 5 4h ; (4)將反應所得的漿料高速分散後於100 150°C繼續反應0.5 4h，所得產物經純化、過濾和乾燥工序，製得Zn-Ni抗紫外複合材料； (5)按5:95 20:80的體積比將季銨鹽型陽離子表面活性劑溶於去離子水中，加入質量分數為季銨鹽型陽離子表面活性劑水溶液的0. 5 10%的所述Zn-Ni抗紫外複合材料，分散後剪切攪拌I 2h，得到平均粒徑50nm以下的Zn-Ni複合抗紫外微乳液； (6)在聚合反應爸中加入100重量份的氯乙烯單體、I 15重量份的所述Zn-Ni複合抗紫外微乳液和0. 05 I重量份的二碳酸酯過氧化物引發劑，聚合得到抗紫外功能性聚氯乙烯。
2.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的抗紫外功能性聚氯乙烯纖維為發用纖維，纖維纖度為40 55dtex，UPF值達100以上。
3.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的非硫有機系熱穩定劑為非硫有機系熱穩定劑，包括非硫有機錫及非硫有機鋪類，具體為有機壓磷酸錫、甲基錫、月桂酸酯類、馬來酸酯類及羧酸銻中的一種或多種複合。
4.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑，包括2，6-三級丁基-4-甲基苯酚、雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚、四〔P - (3，5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸〕季戊四醇酯中的一種或多種複合。
5.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的上油處理採用兩道上油方式，即第一道上油採用平滑劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之前上油，第二道採用抗靜電劑為主的油劑組分，在纖維緻密化之後上油；所述油劑的附著量為聚氯乙烯系纖維的0. 15wt% 0. 25wt% ;所述的平滑劑為主的油劑組分為酯類表面活性劑，包括丁基/異丁基硬脂酸酯、癸二酸酯、三經甲基丙烷酯、季戊四醇酯、山梨醇酯中的一種或多種；所述的抗靜電劑為主的油劑組分為季銨鹽類表面活性劑，為烷基季銨鹽或酯基季銨鹽。
6.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的強烈攪拌是指攪拌轉速達2000 3000r/min ;所述的磷酸氫二鈉水溶液的物質的量濃度為0. 5 2mol/L。
7.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的NaOH溶液的物質的量濃度為I. 5 5mol/L。
8.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的高速分散是指採用均質機控制轉速在2000 3000r/min ;所述的繼續反應是在水熱反應爸中反應。
9.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的分散為超聲分散，分散時間為20 30min ;所述的剪切攪拌是在70 80°C的溫度條件下採用高壓均質機剪切攪拌。
10.根據權利要求I所述的一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，其特徵在於，所述的季銨鹽型陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨和十二烷基二甲基苄基氯化銨中的一種；所述的二碳酸酯過氧化物引發劑包括過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、異丙苯過氧化氫、過氧化二叔丁基、過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化叔戊酸叔丁基酯、過氧化二碳酸二異丙酯和過氧化二碳酸二環己酯中的一種或多種。
全文摘要
本發明涉及一種抗紫外功能性聚氯乙烯纖維的生產方法，採用耐光及耐熱性優良的過渡族金屬鎳對氧化鋅摻雜，製備出Zn-Ni複合抗紫外粉體，使用該粉體微乳液與單體氯乙烯原位聚合得到抗紫外聚氯乙烯複合材料，採用熔融紡絲製得具有抗紫外功能性聚氯乙烯纖維。本發明採用超高壓熔融紡絲生產的抗紫外功能性聚氯乙烯纖維使用過渡族金屬鎳對氧化鋅摻雜，添加pH調節劑控制反應體系為鹼性，並增加鎳用量，提高了聚氯乙烯抗紫外能力，並改善了無機納米粒子在PVC基體中分散性。
文檔編號D06M13/46GK102677211SQ20121016242
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者劉術佳, 吳學丙, 王依民, 郭楠 申請人:東華大學