一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维及其制备方法与应用 (Anti-ultraviolet anti-aging synthetic fiber added with rare earth, and preparation method and application thereof ) 是由 高曾伟 吴文远 于 2021-03-08 设计创作，主要内容包括：一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维,所述添加稀土的抗紫外防老化合成纤维的原料按质量份数为：稀土基抗紫外防老化剂5～20份、包覆剂2～4份、添加剂0～0.5份、合成纤维基材74.5～93份。不仅可以持久保持抗紫外功效,同时还具有防老化性能,而且无毒、对人体不产生副作用、不刺激皮肤,显著提高抗紫外防老化合成纤维的安全性。(The anti-ultraviolet anti-aging synthetic fiber added with the rare earth comprises the following raw materials in parts by mass: 5-20 parts of rare earth-based ultraviolet-resistant anti-aging agent, 2-4 parts of cladding agent, 0-0.5 part of additive and 74.5-93 parts of synthetic fiber base material. The anti-ultraviolet and anti-aging synthetic fiber can keep the anti-ultraviolet effect for a long time, has anti-aging performance, is non-toxic, does not generate side effect on human bodies, does not irritate skins, and obviously improves the safety of the anti-ultraviolet and anti-aging synthetic fiber.)
技术领域
本发明属于功能纤维制备技术领域，尤其涉及一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维及其制备方法与应用；
背景技术
稀土氧化物是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越来越大。
抗紫外线纤维是指本身具有抗紫外线破坏能力的纤维或加入抗紫外线添加剂的纤维。紫外线会引起纤维强度的下降，甚至分解。各种纤维对紫外线的破坏作用反应不同，在生产过程中要添加抗紫外线添加剂或光稳定剂。用于锦纶的添加剂如锰盐、次磷酸、硼酸锰、硅酸铝以及锰盐-铈盐混合物。用于丙纶添加剂主要是受阻胺类，如PDS稳定剂即苯乙烯-甲基丙烯酸2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯共聚物。抗紫外线纤维主要用于织造户外用品等。
中国专利CN106433159A公开了一种抗紫外稀土与胶粉复合改性乳化沥青及制备方法，该乳化沥青由主料和辅料组成，主料的重量百分比组分：重油沥青50％～80％、水20％～50％，主料各组分的重量百分比总和为100％；辅料包括：稀土氧化物、胶粉、乳化剂，辅料各组分与主料的重量百分比分别是稀土氧化物0.5％～2％、胶粉0.5％～2％、乳化剂1％～4％。此专利中，稀土氧化物以其抗紫外吸收性能来提高沥青的耐老化性能，胶粉以其优异的力学性能来提高沥青的基础力学性能，但在防老化功效方面略显单一、不足。
发明内容
技术方案：
本发明的目的在于提供一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维及其制备方法与应用，不仅可以持久保持抗紫外功效，同时还具有防老化性能，而且无毒、对人体不产生副作用、不刺激皮肤，显著提高抗紫外防老化合成纤维的安全性。
为实现上述目目标，本发明提供了如下技术方案。
一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维，所述添加稀土的抗紫外防老化合成纤维的原料按质量份数配比为：稀土基抗紫外防老化剂5～20份、包覆剂2～4份、添加剂0～0.5份、合成纤维基材74.5～93份。
一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维的制备方法，包括如下工艺步骤：
S1，稀土基抗紫外防老化剂与合成纤维基材共混；
S1-1，将稀土基抗紫外防老化剂和包覆剂、添加剂、合成纤维基材投入高混机中，加料时，先加入40～60％合成纤维基材，再加入稀土基抗紫外防老化剂、包覆剂和添加剂，再加入40～60％合成纤维基材，形成上中下三层三明治式的加料方式；
S1-2，4～10分钟内由室温升至95～110℃，在此期间520～730转/分钟高速混料，再保持在95～110℃温度下130～310转/分钟低速混料1～3分钟；
S1-3，静置2～5min后，打开底阀门将混合好的物料放出；
S2，含稀土基抗紫外防老化剂的合成纤维母粒制备；
S2-1，将混合好的物料加入双螺杅挤出机熔融共混，熔融温度控制在265℃～290℃、螺杆转速为80～300转/分钟，通过双螺杆挤出机的剪切、混炼10～15分钟；
S2-2，然后挤出冷却、切粒、干燥后，即得含稀土基抗紫外防老化剂的合成纤维母粒；
S3，含稀土基抗紫外防老化剂的合成纤维纤维制备；
S3-1，将含稀土基抗紫外防老化剂的合成纤维母粒和合成纤维基材切片按质量份数配比合成纤维母粒5～10份、合成纤维基材切片90～95份，送入真空转鼓干燥机以进行干燥处理，干燥温度60～160℃,干燥时间4～16小时；
S3-2，在湿度小于30％的环境下，再送入螺杆挤出机进行熔融，熔融温度为265～290℃,熔融时间为30～40分钟，过滤后，经计量泵转速为15～40r/min定量输入复合纺丝组件，组件压力为9.8～24.5MPa，制得合成纤维纤维丝束；
S3-3，采用工艺空调冷却装置对新纺出的合成纤维纤维丝束进行冷却成型，冷却风温为20～30C，风速为0.3～0.5m/s，相对湿度为60～75％；通过喷嘴给合成纤维纤维丝束表面上油；
S3-4，在800～5200m/min的卷绕速率下将上油后的合成纤维丝束卷绕后暂存于盛丝桶中。
优选的技术方案是，所述稀土基抗紫外防老化剂以稀土抗紫外防老化粉和有机抗紫外粉分别按照质量份数配比稀土抗紫外防老化粉80～100份、有机抗紫外粉0～20份复配而得；所述稀土抗紫外防老化粉的原料按照质量份数配比氧化铈90～100份、稀土氧化物0～5份、无机氧化物0～5份；所述稀土氧化物为氧化钇、氧化钐、氧化钆中的一种或几种；所述无机氧化物为二氧化硅和氧化铁中的一种或一种以上；所述有机抗紫外粉为二苯甲酮类、水杨酸醋类、邻氨基苯甲酮类、二苯甲醇类、聚合型受阻胺类、亚甲基双-苯并三唑基四甲基丁基酚、UV-531紫外线吸收剂中的一种或几种。
优选的技术方案是，所述包覆剂是三聚氰胺、C蜡、蒙旦蜡、聚乙烯蜡、硫醇中的一种或几种。
优选的技术方案是，所述添加剂为γ氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲(乙)氧基硅烷中的一种或几种。
优选的技术方案是，所述合成纤维基材为PE基材、PET基材或PA基材。
优选的技术方案是，所述稀土抗紫外防老化粉的颗粒粒度D90<800nm。
本发明还公开了一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维在合成纤维纺丝上的应用。
优选的技术方案是，所述合成纤维纺丝为和涤纶、锦纶、维纶、粘胶纤维、棉纤维混纺。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.添加稀土基抗紫外防老化剂的抗紫外防老化合成纤维，不仅可以持久保持抗紫外功效，同时还具有防老化的功能，而且无毒、对人体不产生副作用、不污染环境，显著提高其安全性；
2.稀土抗紫外防老化粉粒度分布均匀，比表面积大；而且通过包覆改性的制备工艺，稀土基抗紫外防老化剂与合成纤维基材共混时相容性好，提高了稀土基抗紫外防老化剂在合成纤维母粒中的分散性和相容性；
3.本发明的方法生产工艺简单、生产效率高、无环境污染、可连续性规模化工业生产。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种添加稀土的抗紫外防老化锦纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1，将稀土基抗紫外防老化剂与PA基材共混；
S1-1，将稀土基抗紫外防老化剂和包覆剂、添加剂、PA基材按照质量份数配比稀土基抗紫外防老化剂18份、包覆剂2份、添加剂0.1份、PA基材79.9份称取，投入高混机中；加料时，先加入50％PA基材，再加入稀土基抗紫外防老化剂、包覆剂和添加剂，再加入50％PA基材，形成上中下三层三明治式的加料方式，这样在高速搅拌作用下，稀土基抗紫外防老化剂被充分包覆，经包覆后的稀土基抗紫外防老化剂和基材能够混合充分、均匀；
S1-2，5分钟内由室温升至100℃，在此期间650转/分钟高速混料，再保持在100℃温度下低速130转/分钟混料1分钟；
S1-3，静置2min后，打开底阀门将混合好的物料放出；
S2，含稀土基抗紫外防老化剂的PA母粒制备
S2-1，将混合好的物料加入双螺杅挤出机熔融共混，熔融温度控制在268℃、螺杆转速为210转/分钟，通过双螺杆挤出机的剪切、混炼10分钟；
S2-2，然后挤出冷却、切粒、干燥后，即得含稀土基抗紫外防老化剂的PA母粒；
S3，含稀土基抗紫外防老化剂的PA纤维制备
S3-1，将含稀土基抗紫外防老化剂的PA母粒和PA切片按质量份数配比PA母粒5份，合成纤维切片95份配料，送入真空转鼓干燥机以进行干燥处理，干燥温度120℃，干燥时间10小时
S3-2，在湿度小于30％的环境下，再送入螺杆挤出机进行熔融，熔融温度为268℃,熔融时间为30分钟，过滤后，经计量泵转速为15～40r/min定量输入复合纺丝组件，组件压力为9.8～24.5MPa，制得PA纤维丝束；
S3-3，采用工艺空调冷却装置对新纺出的PA纤维丝束进行冷却成型，冷却风温为25C，风速为0.4m/s，相对湿度为70％；通过喷嘴给纤维丝束表面上油；
S3-4，在4000m/min的卷绕速率下将理后的复纤维丝束卷绕后暂存于盛丝桶中。
所述稀土基抗紫外防老化剂以稀土抗紫外防老化粉和有机抗紫外粉分别按照质量份数配比稀土抗紫外防老化粉85份和有机抗紫外粉15份复配而得；所述稀土抗紫外防老化粉原料按照质量份数配比氧化铈92份、稀土氧化物6份、无机氧化物2份；所述稀土氧化物为氧化钇3份、氧化钐3份；所述无机氧化物为二氧化硅1份、氧化铁1份；
所述包覆剂是三聚氰胺1份，C蜡1份；
所述添加剂为γ氨丙基三乙氧基硅烷1份，巯丙基三甲(乙)氧基硅烷1份。
所述抗紫外防老化粉的颗粒粒度D90为610nm。
一种添加稀土的抗紫外防老化锦纶纤维在和粘胶纤维混纺时的应用。
实施例2
一种添加稀土的抗紫外涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1，将稀土基抗紫外防老化剂与PET基材共混；
S1-1，将稀土基抗紫外防老化剂和包覆剂、添加剂、PET基材按照质量份数配比稀土基抗紫外防老化剂14份、包覆剂2份、添加剂0.2份、PET基材83.8份称取，投入高混机中；加料时，先加入48％合成纤维基材，再加入稀土基抗紫外防老化剂、包覆剂和添加剂，再加入52％合成纤维基材，形成上中下三层三明治式的加料方式，这样在高速搅拌作用下，稀土基抗紫外防老化剂被充分包覆，经包覆后的稀土基抗紫外防老化剂和基材能够混合充分、均匀；
S1-2，7钟内由室温升至105℃此期间600转/分钟高速混料，再保持在105℃温度下155转/分钟低速混料2分钟；
S1-3，静置3min后，打开底阀门将混合好的物料放出；
S2，含稀土基抗紫外防老化剂的合成纤维母粒制备
S2-1，将混合好的物料加入双螺杆挤出机熔融共混，熔融温度控制在285℃、螺杆转速为180转/分钟，通过双螺杆挤出机的剪切、混炼12分钟；
S2-2，然后挤出冷却、切粒、干燥后，即得合成纤维母粒；
S3，含稀土基抗紫外防老化剂的PET纤维制备
S3-1，将抗紫外防老化合成纤维母粒和合成纤维切片按质量份数配比合成纤维母粒6份，合成纤维切片94份配料，送入真空转鼓干燥机以进行干燥处理，干燥温度140℃，干燥时间8小时
S3-2，在湿度小于30％的环境下，再送入螺杆挤出机进行熔融，熔融温度为285℃,熔融时间为40分钟，过滤后，经计量泵(转速为22r/min)定量输入复合纺丝组件(组件压力为18MPa)，制得PET纤维丝束；
S3-3，对新纺出的PET纤维丝束进行冷却成型，冷却风温为24C，风速为0.4m/s，相对湿度为65％；通过喷嘴给纤维丝束表面上油；
S3-4，在1200m/min的卷绕速率下将理后的复纤维丝束卷绕后暂存于盛丝桶中。
所述稀土基抗紫外防老化剂以稀土抗紫外防老化粉和有机抗紫外粉分别按照质量份数配比稀土抗紫外防老化粉80份和有机抗紫外粉20份复配而得；所述稀土抗紫外防老化粉原料按照质量份数配比氧化铈94份、稀土氧化物4份、无机氧化物2份；所述稀土氧化物为氧化钆2份、氧化钇2份；所述无机氧化物为氧化铁2份；
所述包覆剂是聚乙烯蜡1份，蒙旦蜡1份；
所述添加剂为缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份，巯丙基三甲(乙)氧基硅烷1份；
所述抗紫外防老化粉的颗粒粒度D90为560nm。
一种添加稀土的抗紫外防老化涤纶纤维在和锦纶、粘胶纤维混纺时的应用。
实施例3
一种添加稀土的抗紫外防老化锦纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1，将稀土基抗紫外防老化剂与PA基材共混；
S1-1，将稀土基抗紫外防老化剂和包覆剂、添加剂、PA基材按照质量份数配比稀土基抗紫外防老化剂20份、包覆剂3份、添加剂0.2份、PA基材76.8份称取，投入高混机中；加料时，先加入40％合成纤维基材，再加入稀土基抗紫外防老化剂、包覆剂和添加剂，再加60％PA基材，形成上中下三层三明治式的加料方式，这样在高速搅拌作用下，稀土基抗紫外防老化剂被充分包覆，经包覆后的稀土基抗紫外防老化剂和基材能够混合充分、均匀；
S1-2，6分钟内由室温升至110℃，在此期间625转/分钟高速混料，再保持在110℃温度下低速130转/分钟混料2分钟；
S1-3，静置3min后，打开底阀门将混合好的物料放出；
S2，含稀土基抗紫外防老化剂的PA母粒制备
S2-1，将混合好的物料加入双螺杅挤出机熔融共混，融温度控制在265℃、螺杆转速为180转/分钟，通过双螺杆挤出机的剪切、混炼12分钟；
S2-2，然后挤出冷却、切粒、干燥后，即得PA母粒；
S3，含稀土基抗紫外防老化剂的PA纤维制备
S3-1，将抗紫外防老化PA母粒和PA切片按质量份数配比PA母粒7份，合成纤维切片93份配料，送入真空转鼓干燥机以进行干燥处理，干燥温度130℃，干燥时间9小时
S3-2，在湿度小于30％的环境下，再送入螺杆挤出机进行熔融，熔融温度为265℃,熔融时间为40分钟，过滤后，经计量泵(转速为25r/min)定量输入复合纺丝组件(组件压力为20MPa)，制得PET/PE纤维丝束；
S3-3，对新纺出的PA纤维丝束进行冷却成型，冷却风温为25C，风速为0.45m/s，相对湿度为72％；通过喷嘴给纤维丝束表面上油；
S3-4，在4200m/min的卷绕速率下将理后的复纤维丝束卷绕后暂存于盛丝桶中。
所述稀土基抗紫外防老化剂以稀土抗紫外防老化粉和有机抗紫外粉分别按照质量份数配比稀土抗紫外防老化粉90份和有机抗紫外粉10份复配而得；所述稀土抗紫外防老化粉原料按照质量份数配比氧化铈95份、稀土氧化物4份、无机氧化物1份；所述稀土氧化物为氧化钐4份；所述无机氧化物为二氧化硅1份；
所述包覆剂是聚乙烯蜡1份，C蜡1份；
所述添加剂为γ氨丙基三乙氧基硅烷1份，缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份。
所述抗紫外防老化粉的颗粒粒度D90为630nm。
一种添加稀土的抗紫外防老化锦纶纤维在和涤纶纤维、棉纤维混纺时的应用。
将实施例1-3获得的涤纶、锦纶纤维分别织成相同规格的布，分别按照GB/T18830-2009防紫外线性能的评定做抗紫外检测，分别按照AATCC186-2007纺织品耐候性测试标准做防老化检测，检测结果记录如表1。
表1
上述UPF指的是“皮肤无防护时计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护把时计算出的紫外线辐射平均效应的比值”。UPF值越高就说明紫外线的防护效果越好。但国家标准中纺织品的UPF值最高的标识是50+，也就是UPF50。因为UPF大于50以后，对人体的影响完全可以忽略不计。国家质检总局颁布的《纺织品防紫外线性能的评定》标准中规定：只有当样品的UPF值大于40，并且UVA的透过率小于5％时，才能称之为“防紫外线产品”，这两个条件缺一不可。这是衡量一种产品是不是“防紫外线产品”的指标。通过上述检测结果，本发明一种添加稀土的抗紫外防老化合成纤维及其制备方法与应用的抗紫外纤维，面料中UPF值大于100，UVA的透过率低于5％，具有显著的抗紫外功能。
由表1的数据分析可知，采用实施例1-3制得的稀土基抗紫外防老化合成纤维织成的面料中UPF值大于100，UVA的透过率低于5％，具有显著的防紫外功能，且抗老化性能良好。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
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