一种轻质的抗紫外面料纤维的制作方法

本发明涉及功能性纤维，具体涉及一种轻质的抗紫外面料纤维。

背景技术：

1、以资源可再生、低排放、低污染为基础的行业发展是纺织制造业的必由之路，生物质纤维尤其是植物纤维的开发与应用受到广泛关注，纤维素纤维因其大分子结构和形态结构决定了其具有吸湿、舒适性好、手感柔软等性能，被广泛应用于内衣和防护服装的舒适组分，但是，由纤维素纤维制备的面料在紫外照射下易发生氧化、老化现象，导致纤维素纤维制备的纺织制品抗紫外性差。

2、专利申请cn103774272a公开了一种超薄轻质面料用抗紫外尼龙6纤维及其制备方法，该纤维由支链尼龙6功能母粒和常规尼龙6切片分别结晶、干燥后混合，后经真空干燥得到共混切片，共混切片经熔融纺丝设备进行共混纺丝，其中，无机纳二氧化钛和氧化锌阻隔紫外线投射，反应型受阻胺类改性剂吸收紫外线；但是，上述的尼龙纤维本身不属于绿色纺织品，此外，有机抗紫外剂和无机抗紫外剂之间不存在反应特性，无法增强多组分抗紫外剂之间的强化效应。

3、针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种轻质的抗紫外面料纤维，用于解决现有技术中的纤维素纤维抗紫外性差，纤维进行抗紫外处理时，有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂之间不存在反应特性，无法增强多组分抗紫外剂之间的强化效应；此外，纤维素纤维、聚乳酸纤维相较于涤纶纤维的力学性能较差，无法提供兼具优良抗紫外性和轻质的纤维。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种轻质的抗紫外面料纤维，由干燥后的改性纤维素纤维母粒70g和干燥后的交联聚乳酸母粒10-30g混合纺丝得到：

3、所述干燥后的改性纤维素纤维母粒包括纤维素纤维母粒30-50g、受阻酚类抗氧剂1-3g、分散剂1-2g、抗紫外复配物5-10g和润滑剂1-2g；

4、所述干燥后的交联聚乳酸母粒由聚乳酸100g、2-(羟甲基)丙-2-烯酸5-10g和光敏剂1-2g在紫外辐照下得到。

5、本发明是采用干燥后的改性纤维素纤维母粒和干燥后的交联聚乳酸母粒混合纺丝，制备得到轻质的抗紫外面料纤维，制备的改性纤维素纤维母粒由纤维素纤维母粒、抗紫外复配物和相关助剂组成，制备的交联聚乳酸母具体为接枝多官能度单体2-(羟甲基)丙-2-烯酸的聚乳酸；上述两种改性母粒混合前，在特定的温度下进行干燥，得到各自的干燥母粒，后进行熔融纺丝，得到目标纤维。

6、进一步的，所述抗紫外复配物的制备方法，包括以下步骤：

7、a1、紫外吸收剂、丙酮和双酚a型环氧树脂混合、搅拌均匀，得到混合物；将混合物加热升温至70-80℃、恒温反应2h，得到改性抗紫外剂混合物，将改性抗紫外剂混合物经乙酸乙酯萃取、旋转蒸发去除有机溶剂，后经硅胶层柱析纯化后，得到固体，固体于50-60℃下真空干燥10-12h，得到大分子紫外吸收剂；

8、以紫外吸收剂水杨酸苯酯为例，制备大分子紫外吸收剂的反应原理如下：

9、

10、本发明选用的紫外吸收剂具体为2-羟基-4-甲氧基苯酰苯、水杨酸苯酯、4二甲苯酰间苯二酚、4,6-二苯甲酰间苯二酚中的任意一种；

11、上述紫外吸收剂均为小分子结构，因此在长期使用过程中易发生降解而失去功效，紫外吸收剂和双酚a型环氧树脂的环氧基团发生开环反应，从而连接双酚a型环氧树脂和紫外吸收剂，利用双酚a型环氧树脂的刚性苯环提高紫外吸收剂的分子量和热稳定性。

12、a2、石墨烯被稀硫酸氧化，得到氧化石墨烯；氧化石墨烯和氨基硅烷偶联剂混合、在100℃下加热反应1-2h，得到反应后的混合物；反应后的混合物过滤、采用去离子水洗涤，得到偶联剂改性的氧化石墨烯；

13、石墨烯作为无机抗紫外材料，具有屏蔽、吸收紫外线的效果，将石墨烯采用硫酸氧化，得到带有羟基的氧化石墨烯，后将氧化石墨烯接枝氨基硅烷偶联剂，从而提高氧化石墨烯在有机纤维中的相容性和大分子紫外剂的相容性。

14、改性氧化石墨烯和氨基硅烷偶联剂的反应原理如下：

15、

16、含氧官能团的存在使得氧化石墨烯拥有良好的分散性和反应活性。一方面，氧化石墨烯可以和氨基硅烷偶联剂反应，从而提高无机物氧化石墨烯与纤维的相容性；另一方面，氧化石墨烯自身的羧基、羟基官能团、氨基硅烷偶联剂的氨基均可以和双酚a型环氧树脂的环氧基发生反应，从而将有机的大分子紫外吸收剂和无机抗紫外剂复合，提高制备的纤维素纤维母粒的整体性。

17、a3、偶联剂改性的氧化石墨烯、大分子紫外吸收剂和甲醇混合、加热反应，旋转蒸发溶剂，得到抗紫外复配物。

18、利用大分子紫外吸收剂中环氧树脂的小分子环氧基团和偶联剂改性的氧化石墨烯中羧基、羟基等极性官能团发生开环反应，从而得到有机紫外吸收剂-无机紫外吸收剂的复配物。

19、进一步的，步骤a1中，紫外吸收剂、丙酮和双酚a型环氧树脂的用量比为3-5g:30ml:5-10g；所述紫外吸收剂为2-羟基-4-甲氧基苯酰苯、水杨酸苯酯、二甲苯酰间苯二酚、4,6-二苯甲酰间苯二酚中的任意一种。

20、进一步的，氧化石墨烯的制备方法，具体包括以下步骤：石墨烯加入到20％wt的稀硫酸中，后于50-100℃下加热1-2h，后过滤，得到固体；将固体采用去离子水清洗，得到氧化石墨烯；所述石墨烯、稀硫酸和氨基硅烷偶联剂的用量比为3g:20-30ml:0.5-1g。

21、进一步的，偶联剂改性的氧化石墨烯、大分子紫外吸收剂和甲醇的用量比为5-10g:10g:50ml。

22、其中，本发明还提出一种轻质的抗紫外面料纤维的制备方法，包括以下步骤：

23、s1、纤维素纤维母粒、受阻酚类抗氧剂、分散剂、抗紫外复配物和润滑剂加入到高速搅拌机中，混合分散，得到预混物；预混物挤出造粒，得到改性纤维素纤维母粒；

24、为了使抗紫外复配物均匀分散在纤维素纤维母粒中，采用干混法将颗粒状树脂、助剂等通过高速搅拌，均匀分散。

25、s2、改性纤维素纤维母粒真空干燥，先于100℃下烘干3-4h、再升温至120-130℃干燥2-4h，得到干燥后的改性纤维素纤维母粒；

26、s3、聚乳酸和2-(羟甲基)丙-2-烯酸均匀混合，得到混合物；混合物中加入光敏剂，在室温下采用紫外光源进行紫外辐照，得到交联聚乳酸母粒；所述交联聚乳酸母粒在80℃下真空干燥3-4h，得到干燥后的交联聚乳酸母粒；

27、s4、干燥后的改性纤维素纤维母粒和干燥后的交联聚乳酸母粒混合，得到混合切片；混合切片喂入螺杆挤出机中进行熔融纺丝，熔体挤出，得到丝条；丝条冷却吹风、固化，得到轻质的抗紫外纤维。

28、混合切片熔融纺丝时，箱体温度是纺丝工艺温度中的重要参数，本发明是将螺杆挤出机中的箱体温度调控为280-290℃，在上述纺丝温度下，有利于熔体纺丝成形和改善初生纤维的拉伸性能。

29、进一步的，所述受阻酚类抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂2246中的任一种；所述分散剂具体为十六烷基三甲基溴化铵；所述润滑剂具体为硬脂酸钠盐。

30、进一步的，聚乳酸、2-(羟甲基)丙-2-烯酸和光敏剂的用量比为100g:5-10ml:1-2g；所述光敏剂具体为苯偶姻甲醚、偶氮异丁酸二腈、苯氧基异丁苯酮、α-溴异丁苯酮、α-氧化甲基中的任意一种。

31、进一步的，紫外光源具体型号为osram hbo-107型灯；光峰强度具体为紫外光光照时间为1-2h。

32、进一步的，干燥后的纤维素纤维母粒和干燥后的交联聚乳酸母粒混合的用量比70g:10-30g。

33、本发明选用的光敏剂具体为苯偶姻甲醚、偶氮异丁酸二腈、苯氧基异丁苯酮、α-溴异丁苯酮、三氯乙醛、α-氧化甲基中的任意一种，在光敏剂的存在下，紫外光对聚乳酸的辐照交联反应可以在室温下进行；

34、本发明选用的紫外光源是一个高压、石英的汞蒸气灯，在室温条件下，采用紫外光线进行辐射时，接枝率达到90-95％。

35、交联聚乳酸母粒紫外辐照的反应原理为：

36、

37、聚乳酸是一种可完全降解的脂肪族聚酯材料，由谷物经发酵合成，是一种可再生的资源，聚乳酸具有良好的力学性能、高透明性、低毒性、可降解以及生物相容性好的优点，聚乳酸材料可以水解成乳酸，几乎不会对环境造成污染；本发明中，聚乳酸辐照交联多官能度单体，从而提高聚合物分子的交联度，降低分子链的运动能力，进而提高聚乳酸的致密度。

38、聚乳酸在紫外辐照下，会发生自由基降解，采用2-(羟甲基)丙-2-烯酸来制备具有长链支化结构的聚乳酸，聚乳酸接枝长链后，其在纺丝等成型加工过程中，挤出物的熔体弹性、结晶度和结晶速率均得到提高。

39、进一步的，混合切片熔融纺丝时，箱体的温度为280-285℃、纺丝速度为1500-3000m/min；丝条冷却吹风的温度为20℃、湿度为70％、风速为0.3-0.5m/min。

40、本发明具备下述有益效果：

41、1、聚乳酸作为脂肪族聚酯材料，可以完全水解成乳酸，几乎不会对环境造成污染，纤维素纤维以植物物种为原料；本发明是采用纤维素纤维母粒和聚乳酸母粒等绿色环保材料，纺丝得到纤维，采用上述纤维制备的面料具有易降解、环境友好的优点。

42、2、纤维素纤维母粒采用抗紫外复配物进行改性，提高自身的抗紫外特性，上述抗紫外复配物由大分子紫外吸收剂和无机紫外吸收剂反应得到，大分子紫外吸收剂具体为2-羟基-4-甲氧基苯酰苯、水杨酸苯酯、4二甲苯酰间苯二酚等小分子紫外吸收剂接枝双酚a型环氧树脂得到；

43、小分子紫外吸收剂通过接枝双酚a型环氧树脂，从而提高紫外吸收剂的分子量和稳定性，无机紫外吸收剂具体为偶联剂改性的氧化石墨烯，氧化石墨烯作为无机抗紫外材料，具有屏蔽、吸收紫外线的效果，将氧化石墨烯接枝氨基硅烷偶联剂，从而提高氧化石墨烯和大分子紫外剂、纤维面料的相容性；

44、本发明中采用的聚乳酸母粒经紫外辐照，在光敏剂的作用下，室温条件就可以支连多官能度单体2-(羟甲基)丙-2-烯酸，从而提高制备纤维的强度和力学性能，此外，支连后的聚乳酸母粒可以提高混合切片整体的熔体弹性、结晶度和结晶速率，聚乳酸叔碳原子上的活泼氢反应后，能够提高自身整体的抗紫外性。

45、3、本发明中具有多支化结构、多短链结构的聚乳酸通过相互缠绕，分子链之间的相互作用力增大，因此，交联后的聚乳酸的拉伸强度和断裂伸长率等力学性能均有所提高，从而在减少纤维密度、保持面料轻质的同时，制备的纤维仍然能保持良好的力学性能。