一种聚丙烯纤维材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于一种高分子材料领域，尤其涉及一种聚丙烯纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚丙烯树脂作为五大通用树脂之一，是现今世界上产量最大、消费量最大和应用领域最广的高分子材料之一。聚丙烯具有密度小、强度高、耐热、绝缘性好、低介电常数、低介电损耗、价格低廉以及优异的耐化学稳定性等优点，上述优点使其在家电、汽车、电子电器、医疗等领域饱受青睐。

2、聚丙烯纤维具有轻质、高拉伸强度和低成本的特点，其回潮率几乎为零，疏水导湿性能佳，具有较好的耐酸碱性能、耐热老化性能，可以制备性能优良的纺织品。

3、隔热聚丙烯纤维可以吸收并反射红外线，具有隔热作用，是一种新型功能纤维，但是现有技术中将远红外发射粉添加至聚丙烯中进行纺丝，由于微粉在聚丙烯中分散不均，会导致原料存在可纺性差、隔热效果不良、成品率低等问题。

4、因此需要开发一种具有优异、持久隔热抗菌效果的聚丙烯纤维材料，以解决现有材料存在的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的材料可纺性差、隔热效果不良等问题，提供一种具有优异、持久的隔热效果及良好的抗菌效果，且可纺性良好的聚丙烯纤维材料。

2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种聚丙烯纤维材料，所述聚丙烯纤维材料包括芯层和位于所述芯层外围的皮层，所述皮层的材料为外层结构树脂，所述芯层的材料为内层结构树脂；所述外层结构树脂采用包括茂金属无规共聚聚丙烯和四针状氧化锌的制备原料制得；所述内层结构树脂采用包括茂金属无规共聚聚丙烯和六钛酸钾晶须母粒的制备原料制得；所述外层结构树脂占所述聚丙烯纤维材料总质量的10~20%，所述内层结构树脂占所述聚丙烯纤维材料总质量的80~90%。

4、本发明提供的聚丙烯纤维材料，具有芯层和皮层的双层结构，同时在皮层结构中使用基于四针状氧化锌和茂金属无规共聚聚丙烯制得的外层结构树脂，在芯层结构中使用基于茂金属无规共聚聚丙烯和六钛酸钾晶须母粒的内层结构树脂，并且外层结构树脂和内层结构树脂具有特定的质量占比，所得到的聚丙烯纤维材料具有优异、持久的隔热效果，并且相比于传统的单层纤维结构，不仅可以减少抗菌剂的用量，而且还能获得较好的抗菌效果。

5、本发明的聚丙烯纤维材料中，在外层结构树脂的制备原料中加入四针状氧化锌，利于改善抗菌效果；在内层结构树脂的制备原料中使用六钛酸钾晶须母粒作为红外反射功能助剂，制得的聚丙烯纤维材料可纺性好，同时具有更持久的隔热效果。

6、外层结构树脂和内层结构树脂均使用茂金属无规共聚聚丙烯，相比于现有技术中在聚丙烯纤维材料中使用均聚聚丙烯，其结晶尺寸较小且均匀，具有优异的透光率，可以很好的透过太阳光，从而实现光在基体树脂内的多次折射和反射以及红外光波的传导，利于聚丙烯纤维材料实现降温效果。

7、本发明提供的聚丙烯纤维材料中，需将外层结构树脂占聚丙烯纤维材料总质量控制为10~20%，内层结构树脂占聚丙烯纤维材料总质量控制为80~90%，所得聚丙烯纤维材料能具有较佳的红外反射效果和隔热效果；如降低内层结构树脂的含量或增加外层结构的树脂的含量，制得的聚丙烯纤维材料的红外反射效果和隔热效果均显著降低。

8、一些实施方式中，在外层结构树脂和内层结构树脂的制备原料中加入助剂，其中外层结构树脂制备原料中加入的助剂包括抗氧剂、光稳定剂和润滑剂；内层结构树脂制备原料中加入的助剂包括发泡剂、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂；通过上述助剂的加入，例如使制得的聚丙烯纤维材料具有更好的可纺性及稳定性，并利于进一步降低材料的表面温度。

9、一些较佳实施方式中，所述外层结构树脂的制备原料中，茂金属无规共聚聚丙烯的用量为92~95重量份，四针状氧化锌的用量为4~6重量份；所述内层结构树脂的制备原料中，茂金属无规共聚聚丙烯的用量为80~90重量份，六钛酸钾晶须母粒的用量为8~15重量份；

10、优选地，所述外层结构树脂的制备原料还包括：抗氧剂、光稳定剂和润滑剂；进一步优选地，所述外层结构树脂的制备原料中，所述抗氧剂、光稳定剂和润滑剂的重量份依次分别为0.2~1重量份、0.2~0.5重量份和0.2~0.5重量份；

11、优选地，所述内层结构树脂的制备原料还包括：发泡剂、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂；进一步优选地，所述内层结构树脂的制备原料中，所述发泡剂、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂的重量份依次分别为1~3重量份、0.2~1重量份、0.2~0.5重量份和0.2~0.5重量份。

12、传统方法将红外反射无机粉末直接添加至聚丙烯中进行纺丝，然而，本发明人发现，红外反射无机粉末在聚丙烯中难以分散均匀，会导致原料可纺性差、隔热效果不良、成品率低等问题。本发明中，在内层结构树脂的制备原料中采用六钛酸钾晶须母粒作为红外反射功能助剂，制得的聚丙烯纤维材料具有更好的可纺性和隔热性；以六钛酸钾晶须和乙烯丙烯酸共聚物作为原料制得六钛酸钾晶须母粒，乙烯丙烯酸共聚物中的羧基功能基团与六钛酸钾晶须形成离子键，乙烯聚合物在制得六钛酸钾晶须母粒的外层，可以与聚丙烯有很好的相容性，使得纺丝过程可控、稳定。

13、一些较佳实施方式中，所述六钛酸钾晶须母粒采用包括六钛酸钾晶须和乙烯丙烯酸共聚物的原料制得；

14、优选地，所述六钛酸钾晶须的用量为30~40重量份，所述乙烯丙烯酸共聚物的用量为60~70重量份；

15、优选地，所述六钛酸钾晶须母粒通过使用所述乙烯丙烯酸共聚物对所述六钛酸钾晶须进行表面接枝改性而制得，优选地，所述表面接枝改性在密炼机中进行；更优选地，进行所述表面接枝改性的反应条件包括密炼温度为200-220℃，密炼反应时间为15-30min，转速为20-40 r/min。

16、一些较佳实施方式中，所述乙烯丙烯酸共聚物的熔融指数为5-20 g/10min（190℃，2.16kg），丙烯酸质量含量为5-20%。

17、一些较佳实施方式中，所述六钛酸钾晶须的长度为0.5-15um，直径为0.5-2.5um。

18、一些较佳实施方式中，制备所述外层结构树脂所用的所述茂金属无规共聚聚丙烯的熔点为130~155℃，熔融指数为5~20 g/10min（230℃，2.16kg）；和/或，制备所述内层结构树脂所用的所述茂金属无规共聚聚丙烯的熔点为130-155℃，熔融指数为5~20 g/10min（230℃，2.16kg）。

19、一些较佳实施方式中，制备所述外层结构树脂所用抗氧剂包括主抗氧剂和副抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；所述副抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和/或硫代酯类抗氧剂；和/或，制备所述外层结构树脂所用的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；和/或，制备所述外层结构树脂所用的润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的任一种或多种。

20、和/或，制备所述内层结构树脂所用的抗氧剂包括主抗氧剂和副抗氧剂，所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；所述副抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和/或硫代酯类抗氧剂；和/或，制备所述内层结构树脂所用的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；和/或，制备所述内层结构树脂所用的润滑剂为硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺中的任一种或多种。

21、优选实施方式中，采用ac类发泡剂（主体成分为：偶氮二甲酰胺）作为制备内层结构树脂的发泡剂，在纺丝过程中发泡形成微孔结构，由此形成的泡孔结构可以起到很好的隔热效果，同时可使太阳光在泡孔内部经历多次的折射和反射，大幅降低太阳光的吸收，降低材料表面的温度。搭配作为红外反射功能助剂的六钛酸钾晶须母粒共同使用，使六钛酸钾晶须母粒均匀分布在基体树脂内、泡孔壁上，可以将吸收的太阳光以红外光波发射出去，从而达到更佳的降温效果。

22、一些较佳实施方式中，制备所述内层结构树脂所用的发泡剂为ac类发泡剂；优选地，所述ac类发泡剂的分解温度范围为190-220℃。

23、本发明的第二方面提供了一种上述聚丙烯纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

24、（1）将外层结构树脂的制备原料置于双螺杆挤出机进行熔融分散并挤出造粒得到外层结构树脂；

25、（2）将内层结构树脂的制备原料置于双螺杆挤出机进行熔融分散并挤出造粒得到内层结构树脂；

26、（3）将所述外层结构树脂、所述内层结构树脂进行塑化后，通过皮芯复合纺丝工艺制备得到具有所述芯层和所述皮层的聚丙烯纤维材料；

27、一些实施方式中，在步骤（1）、（2）中，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为（40-52）：1，螺杆转速为100-300r/min，挤出温度为180-190℃；在步骤（3）中，所述纺丝工艺的温度为200-220℃。

28、本发明的第三方面提供了一种上述聚丙烯纤维材料或上述制备方法制得的聚丙烯纤维材料在织物中应用，所述织物优选为户外用品用的织物。

29、本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

30、（1）本发明的聚丙烯纤维材料具有特定的双层结构，具有优异、持久的隔热效果，而且相比于传统的单层纤维结构，可以减少抗菌剂的用量，亦能起到较好的抗菌作用；

31、（2）外层结构树脂和内层结构树脂均使用茂金属无规共聚聚丙烯，相比于传统的聚丙烯纤维材料中使用的均聚聚丙烯，其结晶尺寸较小且均匀，具有优异的透光率，可以很好的透过太阳光，从而实现光在基体树脂内的多次折射和反射以及红外光波的传导，从而有利于实现降温效果；

32、（3）在外层结构树脂的制备原料中加入四针状氧化锌，抗菌作用强；在内层结构树脂的制备原料中使用六钛酸钾晶须母粒作为红外反射功能助剂，制得的聚丙烯纤维材料可纺性好同时具有更持久的隔热效果；

33、（4）本发明的聚丙烯纤维材料中，配合采用特定的外层结构树脂和内层结构树脂在聚丙烯纤维材料中的含量，制得的聚丙烯纤维材料具有显著提高的红外反射效果和隔热效果。