一种抗紫外粉体、母粒及PET抗紫外功能纤维的制备方法

摘要

本发明提供了一种抗紫外粉体、母粒制备方法及抗紫外聚酯纤维的生产方法。所述抗紫外粉体按质量比，由以下组分组成：壳核结构的CePO

说明书

技术领域

本发明属于塑料抗紫外领域，涉及PET纤维，具体涉及一种抗紫外粉体、母粒及抗紫外PET功能纤维的制备方法。

背景技术

近年来，PET纤维产量呈持续增长态势，随着产业投入加大、技术突破与规模积累，在可以预见的未来，PET纤维产业将迎来更大的发展。而人们对纺织品的质量要求逐步提高，其环保性和功能性成为人们日益重视的两大方面，传统纺织品已不能满足现代市场的需求，功能性纤维的研发已成为现代纤维的主要发展方向。近年来随着人们对健康意识的提高，由臭氧层破坏带来的紫外辐射问题得到人们的广泛关注。紫外线可根据波长不同进行分类：长波紫外线UVA(320～400nm)、中波紫外线UVB(280～320nm)和短波紫外线UVC(<280nm)。过量紫外线辐射会加速皮肤老化，甚至致癌。因此具有抗紫外防护功能的服装和原料引起广泛的关注。

制造抗紫外功能纤维的技术有母粒法共混改性技术、纤维截面异形技术、复合纺丝技术、后整理涂覆法等。近几年关于制备抗紫外纤维的方法多集中于后整理涂覆法，虽然易于大规模生产，但织物手感较硬，耐久性差；而共混改性技术是在纺丝之前，将功能助剂与PET混合，通过加热熔融共混，使其均匀地分散在聚合物中，制造出功能母粒，再用熔融纺丝来制备功能纤维。母粒法共混技术制备的抗紫外线纤维工艺流程短，方法简单易操作，织物耐久耐洗性优良，可根据需要灵活改变助剂的产品种类及含量，适用于各种紫外防护等级纤维的功能需求。

现有技术公开了一种超细聚酯纤维用纳米抗紫外功能母粒的制备方法，该方法中将粒径为25-100nm的纳米抗紫外粉体材料与有机紫外吸收剂苯并三唑类、三嗪类或苯酮类抗紫外粉体混合，经双螺杆挤出造粒，制备成抗紫外功能母粒。该方法中不仅采用超细纳米粉体，价格高昂，且采用有机紫外吸收剂，虽然能对紫外区各波长有较好的防护效果，但有机紫外吸收剂对人体有一定损害，且耐久性差，并不能满足现阶段人们对纺丝面料的需求。

现有技术还公开了一种抗紫外线聚酯纤维母粒制备方法，该方法中采用了粒径为20-50nm的超微纳米抗紫外粉体，虽然抗紫外效果较好，但超微纳米粉体在分散处理前极易团聚，且团聚体难以二次分散，目前国内市场少有纳米粉体企业能达到此粒径级别，且超微纳米粉体使用成本较高，故此种方法并不适用于企业大规模生产。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种抗紫外粉体、母粒及抗紫外PET纤维的制备方法，解决现有技术中的抗紫外PET纤维的抗紫外性能和弹性不足的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种抗紫外粉体，以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为18.4％～37.2％，TiO₂纳米粉体为55.8％～74.4％，分散剂为7％～8％，原料的重量百分数之和为100％；

所述的抗紫外粉体的制备过程为：

首先，将CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得壳核结构的CePO₄纳米粉体；

所述的超微胶囊化包覆处理过程包括：将质量浓度为15％的CePO₄纳米粉体的水分散液、去离子水、异丙醇混合，用氨水调节溶液pH＝9，以45rpm搅拌速度进行搅拌，同时滴加正硅酸乙酯0.5h，正硅酸乙酯滴加完成后持续搅拌，在35℃下反应24h，将固体产物用无水乙醇洗涤至中性并烘干，得到壳核结构的CePO₄抗紫外纳米粉体；

其次，将壳核结构的CePO₄纳米粉体与TiO₂纳米粉体混合，并加入分散剂混合进行分散处理，得到抗紫外粉体。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的分散剂采用乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和低分子量乙烯-丙烯酸共聚物锌盐离聚物以质量比2:1组成的混合物。

所述的CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

所述的TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为15～30％，抗氧剂为0.1％～0.3％，偶联剂为0.3％～0.7％，聚酯粉体为69％～84.6％，原料的重量百分数之和为100％；

所述的抗紫外粉体采用如上所述的抗紫外粉体。

所述聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为50％～70％，PBT为30％～50％，原料的重量百分数之和为100％。

所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双月桂酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

所述的偶联剂为铝酸酯偶联剂YH-210和硅烷偶联剂KH-320中的一种以上混合物。

所述的抗紫外母粒的制备过程为：

首选，将PET切片及PBT切片进行磨粉处理，控制粉体的目数为35～45目，得到聚酯粉体；

其次，将聚酯粉体进行真空预结晶干燥处理，真空预结晶干燥处理的工艺条件为：真空度小于0.1MPa，温度为80℃，保温4h，然后每小时依次上升10℃，直至130℃；

最后，将原料混合分散，经过双螺杆混炼，冷却切粒后得到抗紫外母粒。

一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法采用如上配方，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备抗紫外粉体：

首先，将CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得壳核结构的CePO₄纳米粉体，超微胶囊化包覆处理过程包括：将质量浓度为15％的CePO₄纳米粉体的水分散液、去离子水、异丙醇加入三口瓶中混合，用氨水调节溶液pH＝9，以45rpm的转速搅拌速度进行搅拌，同时滴加正硅酸乙酯0.5h，正硅酸乙酯滴加完成后持续搅拌，在35℃下反应24h，将固体产物用无水乙醇洗涤至中性并烘干，得到壳核结构的CePO₄抗紫外纳米粉体。

其次，将壳核结构的CePO₄纳米粉体与TiO₂纳米粉体混合，并加入分散剂混合进行分散处理，分散处理的时间30min～40min，得到抗紫外粉体。

步骤二，制备抗紫外母粒：

首选，将PET切片及PBT切片进行磨粉处理，控制粉体的目数为35～45目，得到聚酯粉体；

其次，将聚酯粉体进行真空预结晶干燥处理，真空预结晶干燥处理的工艺条件为：真空度小于0.1MPa，温度为80℃，保温4h，然后每小时依次上升10℃，直至130℃；

最后，将原料混合分散，经过双螺杆混炼，冷却切粒后得到抗紫外母粒。

步骤三，制备抗紫外PET纤维：

将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的4％～8％配比将抗紫外母粒加入经过加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

抗紫外母粒的预结晶真空干燥处理的工艺条件为：真空度小于0.1MPa，温度为80℃，保温4h，然后每小时依次上升10℃，直至130℃。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明是一种新型抗紫外纳米粉体，在紫外光中波波段(280nm～320nm)拥有强吸收能力。常规抗紫外纳米材料，当粒径为200nm以上时，对紫外线的阻隔是以反射、散射为主。本发明将新型抗紫外纳米材料(粒径280nm～320nm CePO4纳米粉体)与常规TiO2粉体(粒径200nm～250nm)进行复配，能达到反射、散射及吸收紫外线三效合一的效果，拥有高质量的紫外防护能力。

(Ⅱ)本发明采用新型纳米粉体超微胶囊化包覆处理技术，该技术不仅可保证粉体间团聚减少，使纳米粉体分散性更优异，同时还可使耐候性增强，确保户外场所的长期紫外防护功能。

(Ⅲ)本发明抗紫外粉体中采用一种乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和低分子量乙烯-丙烯酸共聚物锌盐离聚物复配混合物作为分散剂，极性共聚物有利于提高粉体与载体树脂PET的相容性，同时有利于提高涤纶纤维的弹性，离聚物分子量低，粘度低，能使聚酯基体在抗紫外功能粉体颗粒聚集体中的微隙间有充分的毛细渗透作用，从而使抗紫外功能粉体颗粒间凝聚力降低，这种复配的分散剂，极大程度提高粉体的分散速率，保证抗紫外母粒的质量。

(Ⅳ)采用本发明制备的抗紫外功能母粒进行纺丝试验，所纺纤维力学性能优良，其伸长率大于采用常规抗紫外粉体所纺纤维，纤维手感柔软，服用性能较好，相关纺织品抗紫外性能优异，能满足高端客户对抗紫外纤维面料的消费需求。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细解释说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例给出一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为15％，抗氧剂为0.1％，偶联剂为0.3％，聚酯粉体为84.6％。

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为37.2％，TiO₂纳米粉体为55.8％，分散剂为7％。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得；

CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

分散剂采用乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和低分子量乙烯-丙烯酸共聚物离聚物以质量比2:1组成的混合物。其中，乙烯-丙烯酸丁酯共聚物采用牌号为Elvaloy AC34035的乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，熔体流动指数为40g/10min。低分子量乙烯-丙烯酸共聚物锌盐离聚物采用牌号为Aclyn295A的低分子量乙烯-丙烯酸共聚物锌盐离聚物，黏度为4500mPa·s，二者均可从市面上购买获得。

偶联剂为铝酸酯偶联剂YH-210。

聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为50％，PBT为50％。

抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

本实施例还给出一种抗紫外PET功能纤维的生产方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备抗紫外粉体：

首先，将CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得壳核结构的CePO₄纳米粉体，超微胶囊化包覆处理过程包括：将质量浓度为15％的CePO₄纳米粉体的水分散液、去离子水、异丙醇按质量比4：20：3加入三口瓶中混合，用氨水调节溶液pH＝9，以45rpm的转速搅拌速度进行搅拌，同时滴加正硅酸乙酯0.5h，正硅酸乙酯的滴加量为纳米粉体水分散液质量的1％，正硅酸乙酯滴加完成后持续搅拌，在35℃下反应24h，将固体产物用无水乙醇洗涤至中性并烘干，得到壳核结构的CePO₄抗紫外纳米粉体。

其次，将壳核结构的CePO₄纳米粉体与TiO₂纳米粉体混合，并加入分散剂混合进行分散处理，分散处理的时间30min～40min，得到抗紫外粉体。

步骤二，制备抗紫外母粒：

首选，将PET切片及PBT切片进行磨粉处理，控制粉体的目数为35～45目，得到聚酯粉体；

其次，将聚酯粉体进行真空预结晶干燥处理，真空预结晶干燥处理的工艺条件为：真空度小于0.1MPa，温度为80℃，保温4h，然后每小时依次上升10℃，直至130℃；

最后，将原料混合分散，经过双螺杆混炼，冷却切粒后得到抗紫外母粒。

步骤三，制备抗紫外PET功能纤维：

将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的8％加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

加入母粒后，按照常规工艺经螺杆熔融挤压得到熔体，熔体经过喷丝板喷出后形成熔体细流，通过徐冷区保温，由侧吹风固化成形，经过给油给水装置，通过三个热盘拉伸，最后卷绕成形得到纤维。

抗紫外母粒的预结晶真空干燥处理的工艺条件为：真空度小于0.1MPa，温度为80℃，保温4h，然后每小时依次上升10℃，直至130℃。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

实施例2：

本实施例给出一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为20％，抗氧剂为0.2％，偶联剂为0.4％，聚酯粉体为79.4％。

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为32.5％，TiO₂纳米粉体为60.5％，分散剂为7％。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得；

CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

分散剂采用与实施例1相同的分散剂。

偶联剂为铝酸酯偶联剂YH-210。

聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为60％，PBT为40％。

抗氧剂为硫代二丙酸双月桂酯。

本实施例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法的具体过程与实施例1基本相同，区别仅仅在于，步骤三中，将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的6％加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

对比例1：

本对比例给出一种抗紫外母粒，配方中的其它组分与含量和实施例2相同，区别仅在于：其中，抗紫外粉体全部为CePO₄纳米粉体。

本对比例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法与实施例2基本相同。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

对比例2：

本对比例给出一种抗紫外母粒，配方中的其它组分与含量和实施例2相同，区别仅在于：其中，抗紫外粉体全部为TiO₂纳米粉体。

本对比例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法与实施例2基本相同。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

对比例3：

本对比例给出一种抗紫外母粒，配方中的其它组分与含量和实施例2相同，区别仅在于：其中，抗紫外粉体全部为壳核结构的CePO₄纳米粉体。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得。

本对比例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法与实施例2基本相同。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

对比例4：

本对比例给出一种抗紫外母粒，配方中的其它组分与含量和实施例2相同，区别仅在于：

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为35％，TiO₂纳米粉体为65％。不加入分散剂。

本对比例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法与实施例2基本相同。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

实施例3：

本实施例给出一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为25％，抗氧剂为0.3％，偶联剂为0.5％，聚酯粉体为74.2％。

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为27.8％，TiO₂纳米粉体为64.8％，分散剂为7.4％。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得；

CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

分散剂采用与实施例1相同的分散剂。

偶联剂为铝酸酯偶联剂YH-210。

聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为70％，PBT为30％。

抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

本实施例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法的具体过程与实施例1基本相同，区别仅在于，步骤三中，将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的4.8％加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

实施例4：

本实施例给出一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为30％，抗氧剂为0.3％，偶联剂为0.7％，聚酯粉体为69％。

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为18.6％，TiO₂纳米粉体为74.4％，分散剂为7％。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得。

CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

分散剂采用与实施例1相同的分散剂。

偶联剂为硅烷偶联剂KH-320。

聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为55％，PBT为45％。

抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

本实施例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法的具体过程与实施例1基本相同，区别仅仅在于，步骤三中，将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的4％加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

实施例5：

本实施例给出一种抗紫外母粒，以重量份数计，由以下原料组成：抗紫外粉体为30％，抗氧剂为0.2％，偶联剂为0.6％，聚酯粉体为69.2％。

其中，抗紫外粉体以重量份数计，由以下原料组成：壳核结构的CePO₄纳米粉体为18.4％，TiO₂纳米粉体为73.6％，分散剂为8％。

壳核结构的CePO₄纳米粉体通过CePO₄纳米粉体经过超微胶囊化包覆处理制得。

CePO₄纳米粉体的粒径为280nm～320nm。

TiO₂纳米粉体的粒径为200nm～250nm。

分散剂采用与实施例1相同的分散剂。

偶联剂为硅烷偶联剂KH-320。

聚酯粉体以重量份数计，由以下原料组成：PET为55％，PBT为45％。

抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。

本实施例还给出一种抗紫外PET纤维的生产方法，该方法的具体过程与实施例1基本相同，区别仅在于，步骤三中，将抗紫外母粒进行预结晶真空干燥处理后，按照PET熔体总质量的4.1％加入预结晶烘干后的纯PET聚酯切片中进行纺丝，制备规格为75D/72f的抗紫外功能纤维。

性能测试：将该纤维加工成薄型平纹织物，并按照GB/T18830-2002方法进行测试。测试结果参见表1。

表1性能测试结果

从表1中可以看出，本发明超微胶囊化处理后的CePO₄纳米粉体的分散性有很大提升，所纺纤维的力学性能有较大提升。

从表1中可以看出，使用单一的超微胶囊化处理后的CePO₄纳米粉体可提高纤维的弹性及在UVB波段的防护能力；而TiO₂纳米粉体含量的增加可提高纤维的强度及在UVA波段的防护能力，故本发明中给出最优的两种抗紫外粉体含量范围并将其配合使用，既能使力学性能优良又能充分保障纤维在各紫外波段的抗紫外能力。

从表1中可以看出，本发明中的乙烯-丙烯酸丁酯共聚物及低分子量金属盐离聚物混合分散剂对抗紫外粉体在抗紫外母粒中的分散及抗紫外母粒在PET熔体中的分散均起到关键作用。添加分散剂的抗紫外母粒所纺纤维力学性能及抗紫外性能皆优于未添加分散剂的抗紫外母粒所纺纤维。