防紫外线纳米纤维纱线及其制备方法
【专利摘要】本发明公布了一种防紫外线纳米纤维纱线及其制备方法，该防紫外线纳米纤维纱线为纳米纤维包缠纱结构，包括芯部以及完全且均匀的覆盖在所述芯部外表面的皮层；芯部为长丝纱或短纤维纱线，皮层为静电纺纳米纤维，在静电纺纳米纤维内部均匀地分布有紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂。该制备方法是利用静电纺丝一次成型的方法，静电纺丝时采用纳米纤维纱线机一次成型生产工艺，在正负极电场的耦合作用下，直接在纱线表面包覆防紫外线纳米纤维。本发明防紫外线纳米纤维纱线能够达到防紫外线、抗菌抑菌和亲水舒适的综合效果，耐热性好，耐洗性强，生产过程一次成型，能够有效节约成本和能源。
【专利说明】
防紫外线纳米纤维纱线及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于纺织领域，具体涉及一种防紫外线纳米纤维纱线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内外开发的防紫外线纺织品主要有两种方法:一种是在纤维生产中加入防紫外线屏蔽剂，利用此类纤维生产出的织物具有永久防紫外线功能;但是这种方法加工成本高，加工路线长、技术要求高，而且只能在化学纤维中加入防紫外线屏蔽剂，不适合天然纤维织物。第二种方法是采用防紫外线屏蔽剂对纺织品进行表面涂层整理，这种方法简单易行，但是产品的耐洗涤程度较差，织物的舒适性和手感都受到了很大的影响，因此，这两种方法都不是很好的开发防紫外线纺织品的方法。
[0003]有研究表明，当氧化锌，二氧化钛等紫外线屏蔽剂达到纳米级尺寸时，出现优异的光吸收特性，能大量吸收紫外线，具有优良的防紫外线作用，颗粒越细小，防紫外线效果越好，对织物手感的影响也越小。现如今利用纳米涂层技术可以开发一些功能性的纱线或织物，但是纳米纤维只是保留在纱线和织物的表面，在加工使用的过程中很容易被磨损，并失去其功能性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种的防紫外线纳米纤维纱线及其制备方法，既具有普通涤纶长丝优异的机械拉伸性能，又具有纳米纤维较高的比表面积和较大的孔隙率，在满足基本的力学性能、起毛起球、勾丝及透气性等服用性能外，同时兼具防紫外线和抗菌等功能性。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
设计一种防紫外线纳米纤维纱线，所述防紫外线纳米纤维纱线为纳米纤维包缠纱结构，包括芯部以及完全且均匀的覆盖在所述芯部外表面的皮层;所述芯部为长丝纱或短纤维纱线，所述皮层为静电纺纳米纤维，在所述静电纺纳米纤维内部均匀地分布有紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂。静电纺纳米纤维均匀且完全地包覆在所述芯部表面，保证该纳米纤维包缠纱具有良好的均匀性和纳米纤维特有的高孔隙率等性能。
[0006]优选的，所述芯部为涤纶长丝、锦纶长丝、腈纶长丝、棉纱、粘胶纱线中的一种。
[0007]优选的，所述紫外线屏蔽剂为纳米级Ti02、Zn0、Mg0、A102中的至少一种;所述紫外线吸收剂为UV-531、UV-327、UV-329、UV-9中的至少一种。
[0008]优选的，所述静电纺纳米纤维为静电纺聚丙烯腈纳米纤维、静电纺聚丙烯纳米纤维、静电纺聚氨酯纳米纤维、静电纺聚酯纳米纤维、静电纺聚乳酸纳米纤维、静电纺聚己内酯纳米纤维中的一种。
[0009]优选的，所述防紫外线纳米纤维纱线采用静电纺纳米纤维纱线机一次成型制备而成。
[0010]本发明还提供了一种上述防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，包括如下步骤: (1)配制聚合物溶液:首先配制质量分数为5%?25%的聚合物纳米纤维溶液，并在该聚合物纳米纤维溶液中加入占溶液质量0.5%?2%的紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂，在室温下搅拌24h，使溶液均匀澄清，消泡后待用；
(2)引入纺织用纱线:将纺织用纱线的纱管安装在静电纺纳米纤维纱线机的供纱辊上，使该纱线经过纱线机的张力装置、金属圆形靶和空心金属杆牵引至卷绕辊上；
(3)设置正负极注射器:使用两个注射器抽取步骤(I)所得的聚合物溶液，然后将两个注射器分别固定在两个微量注射栗上，所述两个注射器的针头分别与纱线机上设置的高压发生器的正、负极高压相连；
(4)纳米纤维取向:将所述高压发生器的正负极电压分别设为9?20kV，其中正极高压比负极高压高I?2kV;所述两个注射器中的聚合物溶液在高压电场的作用下被拉伸形成射流，两股射流在金属圆形靶以及空心金属杆之间形成取向纳米纤维束；
(5)加捻成纱:将所述金属圆形靶的旋转速度设为200?450r/min，使步骤(4)中的取向纳米纤维束包覆在涤纟仑长丝表面并加捻成纱;将所述卷绕棍的转速设为8?25r/min，使所得的防紫外线纳米纤维纱线成品卷绕在卷绕辊上，实现防紫外线纳米纤维纱线成品的连续收集。
[0011]优选的，步骤(I)中配制的所述聚合物纳米纤维溶液为聚丙烯腈纳米纤维溶液、聚丙烯纳米纤维溶液、聚氨酯纳米纤维溶液、聚酯纳米纤维溶液、聚乳酸纳米纤维溶液、聚己内酯纳米纤维溶液中的一种。
[0012]优选的，步骤(2)中所述纺织用纱线为涤纶长丝、锦纶长丝、腈纶长丝、棉纱、粘胶纱线中的一种。
[0013]优选的，在步骤(3)中，与所述高压发生器的正极相连的注射栗流速设为0.8?2ml/h，与所述高压发生器的负极相连的注射栗流速设为0.6?1.8ml/ho
[0014]在上述制备方法中，直接将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂加入聚合物溶液中，利用静电纺丝方法一次成型的方法直接制备出防紫外线纳米纤维纱线，使紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂位于纳米纤维内部，可以保证纱线具有持久的防紫外线性能，且生产效率高，工艺流程短，节约成本和能源。
[0015]本发明的有益效果是:
(I)芯层采用长丝纱或短纤维纱线如涤纶长丝，具有较好的机械拉伸性能、耐热性和耐磨性，可以保证该纱线具有较高的机械拉伸性能，可以直接应用到机织物或针织物中。涤纶长丝外部包覆静电纺纳米纤维，具有极高的比表面积和较大的孔隙率，芯吸效应非常明显，可以保证纱线具有良好的亲水性和舒适性。
[0016](2)纳米纤维内部含有纳米级的紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂，且均匀地分布在纳米纤维内部，可以有效地吸收紫外线，并且能承受多次洗涤，具有持久的防紫外线功能。其中，纳米级的T12/或ZnO颗粒在光催化作用下能使细菌分解，从而达到防紫外线抑菌的效果。本发明提出的防紫外线纳米纤维纱线，通过纺织用纱线、纳米纤维和紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂的组合，能够达到防紫外线，防紫外线抑菌，亲水舒适的综合效果。
[0017](3)本发明直接将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂加入聚合物溶液中，利用静电纺丝方法一次成型的方法直接制备出防紫外线纳米纤维纱线，使紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂位于纳米纤维内部，可以保证纱线具有持久的防紫外线性能，且生产效率高，工艺流程短，节约成本和能源。
[0018](4)本发明提供了一种同时兼具防紫外线、防紫外线抑菌和亲水舒适效果的多功能性纱线，耐热性好，耐洗性强，生产过程一次成型，节约成本和能源，附加值高。
【附图说明】
[0019]图1为本发明紫外线纳米纤维纱线的纵向SEM图片；
图2为普通涤纶长丝的SEM图片；
图3为本发明防紫外线纳米纤维纱线制备方法的工艺流程示意图；
其中，I为供纱辊，2为张力装置，3为涤纶长丝，4为金属圆形靶，5为高压静电正极接线柱，6为高压静电负极接线柱，7为取向纳米纤维束，8为空心金属杆，9为防紫外线纳米纤维纱线成品，1为卷绕辊，11、12为注射器。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
[0021]实施例1:一种防紫外线纳米纤维纱线，如图1所示，包括芯部以及完全且均匀的覆盖在芯部外表面的皮层；芯部为涤纶长丝，皮层为聚丙烯腈(PAN)纳米纤维，在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维内部均匀地分布有T12紫外线屏蔽剂。参见图1中的本发明防紫外线纳米纤维纱线的纵向SEM图片，与图2中的普通涤纶长丝的SEM图片相对比可知:具有防紫外线功能的聚丙烯腈/ T12纳米纤维完全包覆在涤纶长丝表面，使该防紫外线纳米纤维纱线具有良好的防紫外线性能。且纳米纤维的直径远远小于涤纶长丝的直径，具有非常大的比表面积，较大的孔隙率和芯吸性能，将赋予该防紫外纳米纤维纱线良好的亲水性和舒适性。
[0022]涤纶长丝具有较高的机械拉伸强度、耐热性和耐磨性，是应用最广泛的合成纤维长丝。利用涤纶长丝作为防紫外线纳米纤维包缠纱的芯部，能保证纱线具有较高的机械拉伸性能，可以应用到纺织材料领域。
[0023]防紫外线纳米纤维包缠纱皮层采用静电纺纳米纤维。静电纺纳米纤维具有极大的比表面积和孔隙率、非常大的表面积/体积比，在成型的网毡上有很多微孔，具有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性。利用静电纺纳米纤维作为防紫外线纳米纤维包缠纱的皮层，能保证纱线具有优良的阻隔性和较高的孔隙率，性能更优良。
[0024]防紫外线纳米纤维包缠纱，其皮层纳米纤维内部含有纳米级的紫外线屏蔽剂Ti02。纳米级的紫外线屏蔽剂T12具有优异的光吸收特性，能大量吸收紫外线，具有优良的防紫外线作用。利用纳米级的T12作为紫外线屏蔽剂，可以保证T12位于静电纺纳米纤维内部，使纱线具有持久的防紫外线性能。
[0025]防紫外线纳米纤维包缠纱，其皮层的静电纺纳米纤维要完全且均匀地包覆在芯层的涤纶长丝表面，这样才能保证该纳米纤维包缠纱具有良好的均匀性和纳米纤维特有的高孔隙率等性能。
[0026]防紫外线纳米纤维包缠纱，其紫外线屏蔽剂T12要均匀地分布在皮层的静电纺纳米纤维内部，因此选用了纳米级的紫外线屏蔽剂T12颗粒，这样才能保证该纱线具有均匀且持久的防紫外线功能。
[0027]实施例2:—种防紫外线纳米纤维纱线，与实施例1的不同之处在于，芯部为锦纶长丝，皮层为聚丙烯(PP)纳米纤维，在该聚丙烯(PP)纳米纤维内部均匀地分布有ZnO紫外线屏蔽剂。
[0028]实施例3:—种防紫外线纳米纤维纱线，与实施例1的不同之处在于，芯部为腈纶长丝，皮层为聚氨酯(PU)纳米纤维，在该聚氨酯(PU)纳米纤维内部均匀地分布有MgO紫外线屏蔽剂。
[0029]实施例4:一种防紫外线纳米纤维纱线，与实施例1的不同之处在于，芯部为棉纱，皮层为聚酯(PET)纳米纤维，在该聚酯(PET)纳米纤维内部均匀地分布有AlO 2紫外线屏蔽剂。
[0030]实施例5:—种防紫外线纳米纤维纱线，与实施例1的不同之处在于，芯部为粘胶纱线，皮层为聚乳酸(PLLA)纳米纤维，在该聚乳酸(PLLA)纳米纤维内部，均匀地分布有UV-531紫外线吸收剂。
[0031]实施例6:—种防紫外线纳米纤维纱线，与实施例1的不同之处在于，芯部为粘胶纱线，皮层为聚己内酯(PCL)纳米纤维，在该聚己内酯(PCL)纳米纤维，内部均匀地分布有UV-327紫外线吸收剂。
[0032]实施例7: 一种实施方式I中的聚丙烯腈纳米纤维纱线的制备方法，包括如下步骤:
(1)配制聚合物溶液:首先配制质量分数为12%的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维溶液，并在聚合物纳米纤维溶液中加入占溶液质量1%的紫外线屏蔽剂T12，在室温下搅拌24h，使溶液均匀澄清，消泡后待用；
(2)引入纺织用纱线:将涤纶长丝纱管安装在静电纺纳米纤维纱线机的供纱辊上，使涤纶长丝经过纱线机的张力装置、金属圆形靶和空心金属杆牵引至卷绕辊上；
(3)设置正负极注射器:使用两个注射器抽取步骤(I)所得的聚合物溶液，然后将两个注射器分别固定在两个微量注射栗上，两个注射器的针头分别与纱线机上设置的高压发生器的正、负极高压相连；与高压发生器的正极相连的注射栗流速设为1.0ml/h，与高压发生器的负极相连的注射栗流速设为0.8ml/h。
[0033](4)纳米纤维取向:将高压发生器的正负极电压分别设为IlkV和1kV;两个注射器中的聚合物溶液在高压电场的作用下被拉伸形成射流，两股射流在金属圆形靶以及空心金属杆之间形成取向纳米纤维束；
(5)加捻成纱:将金属圆形靶的旋转速度设为315r/min，使步骤(4)中的取向纳米纤维束包覆在涤纟仑长丝表面并加捻成纱;将卷绕棍的转速设为12r/min，使所得的防紫外线纳米纤维纱线成品卷绕在卷绕辊上，实现防紫外线纳米纤维纱线成品的连续收集。
[0034]在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备;所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
[0035]在使用本发明所列举的其他种类的高聚物纳米纤维配制聚合物纳米纤维溶液时，不同的聚合物可纺丝的质量分数范围不同，可根据具体所用聚合物进行调整相应的溶液质量分数;使用本发明所列举的其他种类的紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂、其他种类的长丝纱或短纤维纱线时、其他种类的高聚物纳米纤维，可根据具体情况调整紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂用量，根据实际纺丝情况调节高压发生器的正负极高压，以及制备过程中的其他工艺参数。
[0036]本发明实施例7中的防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，如图3所示，采用的静电纺纳米纤维纱线机的成纱装置主要包括呈对称相对配置的两组作为喷丝头的注射栗和注射器，注射器11的针头与高压静电正极接线柱5相连，注射器12的针头与高压静电负极接线柱6相连;金属圆形靶4的一侧与一个绝缘杆相连，由一个电机驱动旋转;金属圆形靶4的另一侧是一个空心金属杆8，空心金属杆8靠近该金属圆形靶4的一头具有尖端，除尖端外的其他部分喷有绝缘漆;空心金属杆8的末端一侧为卷绕辊1，卷绕辊1可由另一电机控制旋转。两组喷丝头在经相互对称和电性相反的静电场的牵伸作用下，使聚合物溶液克服自身的表面张力，在高压电场的作用下被拉伸形成射流，两股射流在金属圆形靶4处相遇，搭接在金属圆形靶4与空心金属杆8尖端之间，得到取向纳米纤维束7。而涤纶长丝3通过纱线机头端的供纱辊1、张力装置2实现供纱，然后穿过金属圆形靶4和空心金属杆8被牵引至卷绕棍10上。当金属圆形革E4旋转，而空心金属杆8固定，于是金属圆形革E4与空心金属杆8之间的取向纳米纤维束7被包覆在涤纶长丝3表面并加捻成纱。卷绕辊10转动，使防紫外线纳米纤维纱线成品9缠绕在卷绕辊上。
[0037]上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
【主权项】
1.一种防紫外线纳米纤维纱线，其特征在于:所述防紫外线纳米纤维纱线为纳米纤维包缠纱结构，包括芯部以及完全且均匀的覆盖在所述芯部外表面的皮层;所述芯部为长丝纱或短纤维纱线，所述皮层为静电纺纳米纤维，在所述静电纺纳米纤维内部均匀地分布有紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂。2.根据权利要求1所述的防紫外线纳米纤维纱线，其特征为:所述芯部为涤纶长丝、锦纶长丝、腈纶长丝、棉纱、粘胶纱线中的一种。3.根据权利要求1所述的防紫外线纳米纤维纱线，其特征为:所述紫外线屏蔽剂为纳米级Ti02、Zn0、Mg0、A102中的至少一种;所述紫外线吸收剂为UV-531、UV-327、UV-329、UV-9中的至少一种。4.根据权利要求1所述的防紫外线纳米纤维纱线，其特征为:所述静电纺纳米纤维为静电纺聚丙烯腈纳米纤维、静电纺聚丙烯纳米纤维、静电纺聚氨酯纳米纤维、静电纺聚酯纳米纤维、静电纺聚乳酸纳米纤维、静电纺聚己内酯纳米纤维中的一种。5.根据权利要求1所述的防紫外线纳米纤维纱线，其特征为:所述防紫外线纳米纤维纱线采用静电纺纳米纤维纱线机一次成型制备而成。6.一种权利要求1所述的防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)配制聚合物溶液:首先配制质量分数为5%?25%聚合物纳米纤维溶液，并在聚合物纳米纤维溶液中加入占溶液质量0.5%?2%的紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂，在室温下搅拌24h，使溶液均匀澄清，消泡后待用； (2)引入纺织用纱线:将纺织用纱线的纱管安装在静电纺纳米纤维纱线机的供纱辊上，使该纱线经过纱线机的张力装置、金属圆形靶和空心金属杆牵引至卷绕辊上； (3)设置正负极注射器:使用两个注射器抽取步骤(I)所得的聚合物溶液，然后将两个注射器分别固定在两个微量注射栗上，所述两个注射器的针头分别与纱线机上设置的高压发生器的正、负极高压相连； (4)纳米纤维取向:将所述高压发生器的正负极电压分别设为9?20kV，其中正极高压比负极高压高I?2kV;所述两个注射器中的聚合物溶液在高压电场的作用下被拉伸形成射流，两股射流在金属圆形靶以及空心金属杆之间形成取向纳米纤维束； (5)加捻成纱:将所述金属圆形靶的旋转速度设为200?450r/min，使步骤(4)中的取向纳米纤维束包覆在涤纟仑长丝表面并加捻成纱;将所述卷绕棍的转速设为8?25r/min，使所得的防紫外线纳米纤维纱线成品卷绕在卷绕辊上，实现防紫外线纳米纤维纱线成品的连续收集。7.根据权利要求6所述的防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，其特征在于:步骤(I)中配制的所述聚合物纳米纤维溶液为聚丙烯腈纳米纤维溶液、聚丙烯纳米纤维溶液、聚氨酯纳米纤维溶液、聚酯纳米纤维溶液、聚乳酸纳米纤维溶液、聚己内酯纳米纤维溶液中的一种。8.根据权利要求6所述的防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述纺织用纱线为涤纶长丝、锦纶长丝、腈纶长丝、棉纱、粘胶纱线中的一种。9.根据权利要求6所述的防紫外线纳米纤维纱线的制备方法，其特征在于:在步骤(3)中，与所述高压发生器的正极相连的注射栗流速设为0.8?2ml/h，与所述高压发生器的负 极相连的注射栗流速设为0.6?1.8ml/h。
【文档编号】D01F1/10GK105839253SQ201610276512
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】贾琳, 王西贤, 张海霞, 孔繁荣, 焦超
【申请人】河南工程学院