本發(fā)明涉及一種滌綸纖維的抗紫外老化改性方法，屬于功能纖維及紡織工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

滌綸是合成纖維中的一個(gè)重要品種，是我國聚酯纖維的商品名稱。它的合成工藝簡單,價(jià)格便宜，再加上它不易變形、絕緣、挺括、易洗快干的特點(diǎn)，為人們所喜愛，目前在服飾、鞋類、床上用品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，由于滌綸纖維物理機(jī)械性能優(yōu)異，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐氣候性好，也被用作輪胎外胎的簾子線以及玻璃纖維復(fù)合氈中的捆綁紗等。

雖然滌綸纖維的化學(xué)穩(wěn)定性較好，但是隨著工業(yè)發(fā)展，環(huán)境污染程度加大，導(dǎo)致大氣層的臭氧層被破壞等原因使得紫外線穿透率增大，人們對滌綸纖維的功能性尤其是抗紫外能力提出了更高的要求。

目前，用于增強(qiáng)滌綸纖維抗紫外能力的方法主要有兩種：一是將抗紫外劑直接加入原料中通過熔融紡絲法制成抗紫外纖維。例如施少榮將抗紫外劑母粒包括tio2或zno超細(xì)粉體、4～13％的紫外光吸收劑與聚對笨二甲酸乙二醇共混，經(jīng)熔融紡絲法制得抗紫外滌綸纖維(中國發(fā)明專利201110213774.9)。這種方法具有抗紫外效果好，耐洗，耐久性的特點(diǎn)。但是在纖維制備過程中添加的無機(jī)納米顆粒容易作為缺陷存在于纖維中，導(dǎo)致纖維強(qiáng)度下降。二是用紫外線吸收劑和反射劑在后加工中對纖維進(jìn)行整理。例如李春等以金紅石型納米tio2粉體為原料制得分散液，將其整理到滌綸織物上，以提高織物對紫外線的吸收作用，從而提高其抗紫外功能(浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，第23卷，第2期，p122-127+145，納米tio2改善滌綸織物抗紫外線及耐日曬性能的研究，李春，王俊蘇，陳維國等)。但是納米tio2顆粒吸收紫外線發(fā)生的光電效應(yīng)會(huì)在顆粒表面產(chǎn)生大量的-oh自由基，對與其緊密接觸的滌綸纖維具有極強(qiáng)的氧化作用，容易對滌綸纖維產(chǎn)生一定的破壞性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先提供了一種tio2@c納米顆粒的制備方法，再將其負(fù)載在滌綸纖維上，提高滌綸纖維的抗紫外老化性能。在納米tio2顆粒表面制造出的多孔碳層可隔離tio2顆粒使其不與滌綸纖維直接接觸，避免了二氧化鈦吸收紫外線后對滌綸纖維的氧化破壞，同時(shí)碳?xì)拥亩嗫捉Y(jié)構(gòu)又不會(huì)影響二氧化鈦對紫外線的吸收，從而實(shí)現(xiàn)提高滌綸纖維抗紫外老化能力的同時(shí)，還可保持其原有的強(qiáng)度。本發(fā)明的目的是提供一種滌綸纖維的抗紫外老化的改性方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用以下步驟：

1)配制10ml質(zhì)量濃度為1～2％的陽離子聚電解質(zhì)溶液，將0.5gtio2@c納米顆粒均勻分散在該溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100～500r/min的條件下攪拌0.5～1h，得到溶液a；

2)配制質(zhì)量濃度為1～2％的聚乙烯醇溶液(pva，分子量4000～6000)在60～80℃條件下利用機(jī)械攪拌器以100～500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌0.5～1h，得到溶液b；

3)將步驟1)中所得到的溶液a添加到步驟2)的溶液b中，其中pva：tio2@c納米顆粒＝1:1～4:1(質(zhì)量比)，利用機(jī)械攪拌器在100～500r/min鐘的條件下攪拌0.5～1h，得到整理液；

4)將滌綸絲浸入到步驟3)所得的整理液中，浴比為1:20～1:50，浸泡時(shí)間為0.5～2h，取出浸泡后的滌綸纖維，放置60～80℃烘箱中烘10～20h，得到干燥的抗紫外老化的滌綸纖維。

所述的tio2@c納米顆粒的制備步驟為:

1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)的無水環(huán)境中，將3ml鈦醇鹽加入到150ml的乙二醇中，將混合溶液置于室溫下攪拌8小時(shí)，再將該混合物倒入丙酮溶液中(含有質(zhì)量濃度為0.3％的水)，在所得到的混合溶液中，鈦醇鹽與丙酮的摩爾比為0.03～0.8m，利用機(jī)械攪拌器在100～500r/min的條件下攪拌15～20min，靜置1h，得到納米級tio2顆粒；

2)將權(quán)利要求2之步驟1)中制得的納米級tio2顆粒1～2g添加入50ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～2％的陽離子聚電解質(zhì)溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100～500r/min的條件下攪拌0.5～1h，8000r/min離心分離得到經(jīng)陽離子聚電解質(zhì)包覆的tio2顆粒；

3)將權(quán)利要求2之步驟2)中得到的tio2顆粒加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～2％的陰離子聚電解質(zhì)溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100～500r/min的條件下攪拌0.5～1h，8000r/min離心分離得到經(jīng)陰離子聚電解質(zhì)包覆的tio2顆粒；

4)將權(quán)利要求2之步驟2)和步驟3)重復(fù)10～14次，得到經(jīng)陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)重重包覆的納米tio2顆粒；

5)將權(quán)利要求2之步驟4)中得到的經(jīng)陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)重重包覆的納米tio2顆粒凍干后，放置在450～550℃高溫爐中焙燒處理2～4h，處理過程中通氮?dú)獗Ｗo(hù)，得到tio2@c納米顆粒。

所述的陰離子聚電解質(zhì)為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉或聚苯乙烯磺酸鈉中的任意一種，陽離子聚電解質(zhì)為聚烯丙基胺鹽酸鹽或聚丙烯酰亞胺中的任意一種。

所述的鈦醇鹽包括鈦酸四丁酯、鈦酸異丁酯、鈦酸四甲酯中的任意一種。

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明以多孔碳包覆的納米二氧化鈦?zhàn)鳛橹饕煞峙渲普韯糜跍炀]纖維的修飾改性，即可充分利用納米二氧化鈦吸收紫外線，又可屏蔽其光電效應(yīng)對滌綸纖維的氧化降解作用，可在保持滌綸纖維原有強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高其抗紫外老化能力，方法簡單，具有較好的應(yīng)用意義。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的納米二氧化鈦球形顆粒的掃描電鏡照片。

圖2是實(shí)施例1制備的納米二氧化鈦球形顆粒的xrd衍射圖。

圖3是實(shí)施例1制備的tio2@c顆粒的掃描電鏡照片。

圖4是實(shí)施例1制備的tio2@c顆粒的透射電鏡照片。

圖5是滌綸纖維原纖的掃描電鏡照片。

圖6是實(shí)施例1制備的經(jīng)過整理劑修飾改性的滌綸纖維掃描電鏡照片。

圖7是經(jīng)實(shí)施例1方法改性前后滌綸纖維的拉伸強(qiáng)度和伸長率測試結(jié)果。

圖8是經(jīng)實(shí)施例1改性前后的滌綸纖維在500w紫外光照射不同時(shí)間后的拉伸力變化圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1:

1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)的無水環(huán)境中，將3ml鈦酸四丁酯加入到150ml的乙二醇中，混合溶液室溫下攪拌8h，再將該混合物倒入含有質(zhì)量濃度為0.3％的水的丙酮溶液中，在所得到的混合溶液中，鈦酸四丁酯與丙酮的摩爾比為0.03m，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌15min，靜置1h，得到納米級tio2顆粒；

2)將步驟1)中制得的納米級tio2顆粒1g添加入50ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液中，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌1h，8000r/min離心分離得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽包覆的tio2顆粒；

3)將步驟2)中得到的tio2顆粒加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的聚丙烯酸溶液中，利用機(jī)械攪拌器在500r/min鐘的條件下攪拌1h,8000r/min離心分離得到經(jīng)聚丙烯酸包覆的tio2顆粒；

4)將步驟2)和步驟3)重復(fù)14次，得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸重重包覆的納米tio2顆粒；

5)將步驟4)中得到的經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸重重包覆的納米tio2顆粒凍干后，放置在550℃高溫爐中焙燒處理2h，處理過程中通氮?dú)獗Ｗo(hù)，得到tio2@c納米顆粒；

6)配制10ml質(zhì)量濃度為2％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液，將0.5gtio2@c納米顆粒均勻分散在該溶液中，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌0.5h，得到溶液a；

7)配制質(zhì)量濃度為2％的聚乙烯醇溶液(pva，分子量6000)在80℃條件下利用機(jī)械攪拌器以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌0.5h，得到溶液b；

8)將步驟6)中所得到的溶液a添加到步驟7)的溶液b中，其中pva：tio2@c納米顆粒＝4:1(質(zhì)量比)，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌0.5h，得到整理液；

9)將滌綸絲浸入到步驟8)得到的整理液中，浴比為1:20，浸泡時(shí)間為0.5h，取出浸泡后的滌綸纖維，放置80℃烘箱中烘10h，得到干燥的抗紫外老化的滌綸纖維(a)。

實(shí)施例2:

1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)的無水環(huán)境中，將3ml鈦酸異丁酯加入到150ml的乙二醇中，混合溶液室溫下攪拌8h，再將該混合物倒入含有質(zhì)量濃度為0.3％的水的丙酮溶液中，在所得到的混合溶液中，鈦酸異丁酯與丙酮的摩爾比為0.8m，利用機(jī)械攪拌器在100r/min的條件下攪拌20min，靜置1h，得到納米級tio2顆粒；

2)將步驟1)中制得的納米級tio2顆粒2g添加入50ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的聚丙烯酰亞胺溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100r/min的條件下攪拌1h，8000r/min離心分離得到經(jīng)聚丙烯酰亞胺包覆的tio2顆粒；

3)將步驟2)中得到的tio2顆粒加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的聚丙烯酸鈉溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100r/min鐘的條件下攪拌1h,8000r/min離心分離得到經(jīng)聚丙烯酸鈉包覆的tio2顆粒；

4)將步驟2)和步驟3)重復(fù)12次，得到經(jīng)聚丙烯酰亞胺和聚丙烯酸鈉重重包覆的納米tio2顆粒；

5)將步驟4)中得到的經(jīng)聚丙烯酰亞胺和聚丙烯酸鈉重重包覆的納米tio2顆粒凍干后，放置在500℃高溫爐中焙燒處理3h，處理過程中通氮?dú)獗Ｗo(hù)，得到tio2@c納米顆粒；

6)配制10ml質(zhì)量濃度為2％的聚丙烯酰亞胺溶液，將0.5gtio2@c納米顆粒均勻分散在該溶液中，利用機(jī)械攪拌器在200r/min的條件下攪拌1h，得到溶液a；

7)配制質(zhì)量濃度為1％的聚乙烯醇溶液(pva，分子量4000)在60℃條件下利用機(jī)械攪拌器以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌1h，得到溶液b；

8)將步驟6)中所得到的溶液a添加到步驟7)的溶液b中，其中pva：tio2@c納米顆粒＝1:1(質(zhì)量比)，利用機(jī)械攪拌器在100r/min的條件下攪拌1h，得到整理液；

9)將滌綸絲浸入到步驟8)得到的整理液中，浴比為1:50，浸泡時(shí)間為2h，取出浸泡后的滌綸纖維，放置60℃烘箱中烘20h，得到干燥的抗紫外老化的滌綸纖維(b)。

實(shí)施例3:

1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)的無水環(huán)境中，將3ml鈦酸四甲酯加入到150ml的乙二醇中，混合溶液室溫下攪拌8h，再將該混合物倒入含有質(zhì)量濃度為0.3％的水的丙酮溶液中，在所得到的混合溶液中，鈦酸四甲酯與丙酮的摩爾比為0.5m，利用機(jī)械攪拌器在300r/min的條件下攪拌18min，靜置1h，得到納米級tio2顆粒；

2)將步驟1)中制得的納米級tio2顆粒1.5g添加入50ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液中，利用機(jī)械攪拌器在300r/min的條件下攪拌1h，8000r/min離心分離得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽包覆的tio2顆粒；

3)將步驟2)中得到的tio2顆粒加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％的聚苯乙烯磺酸鈉溶液中，利用機(jī)械攪拌器在300r/min鐘的條件下攪拌1h,8000r/min離心分離得到經(jīng)聚苯乙烯磺酸鈉包覆的tio2顆粒；

4)將步驟2)和步驟3)重復(fù)10次，得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚苯乙烯磺酸鈉重重包覆的納米tio2顆粒；

5)將步驟4)中得到的經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚苯乙烯磺酸鈉重重包覆的納米tio2顆粒凍干后，放置在450℃高溫爐中焙燒處理4h，處理過程中通氮?dú)獗Ｗo(hù)，得到tio2@c納米顆粒；

6)配制10ml質(zhì)量濃度為1.5％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液，將0.5gtio2@c納米顆粒均勻分散在該溶液中，利用機(jī)械攪拌器在300r/min的條件下攪拌1h，得到溶液a；

7)配制質(zhì)量濃度為1.5％的聚乙烯醇溶液(pva，分子量5000)在70℃條件下利用機(jī)械攪拌器以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌0.5h，得到溶液b；

8)將步驟6)中所得到的溶液a添加到步驟7)的溶液b中，其中pva：tio2@c納米顆粒＝3:1(質(zhì)量比)，利用機(jī)械攪拌器在300r/min的條件下攪拌0.5h，得到整理液；

9)將滌綸絲浸入到步驟8)得到的整理液中，浴比為1:30，浸泡時(shí)間為1.5h，取出浸泡后的滌綸纖維，放置70℃烘箱中烘18h，得到干燥的抗紫外老化的滌綸纖維(c)。

實(shí)施例4:

1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)的無水環(huán)境中，將3ml鈦酸四丁酯加入到150ml的乙二醇中，混合溶液室溫下攪拌8h，再將該混合物倒入含有質(zhì)量濃度為0.3％的水的丙酮溶液中，在所得到的混合溶液中，鈦酸四丁酯與丙酮的摩爾比為0.1m，利用機(jī)械攪拌器在200r/min的條件下攪拌20min，靜置1h，得到納米級tio2顆粒；

2)將步驟1)中制得的納米級tio2顆粒1g添加入50ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液中，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌0.5h，8000r/min離心分離得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽包覆的tio2顆粒；

3)將步驟2)中得到的tio2顆粒加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的聚丙烯酸溶液中，利用機(jī)械攪拌器在500r/min鐘的條件下攪拌0.5h,8000r/min離心分離得到經(jīng)聚丙烯酸包覆的tio2顆粒；

4)將步驟2)和步驟3)重復(fù)14次，得到經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸重重包覆的納米tio2顆粒；

5)將步驟4)中得到的經(jīng)聚烯丙基胺鹽酸鹽和聚丙烯酸重重包覆的納米tio2顆粒凍干后，放置在550℃高溫爐中焙燒處理2h，處理過程中通氮?dú)獗Ｗo(hù)，得到tio2@c納米顆粒；

6)配制10ml質(zhì)量濃度為1％的聚烯丙基胺鹽酸鹽溶液，將0.5gtio2@c納米顆粒均勻分散在該溶液中，利用機(jī)械攪拌器在100r/min的條件下攪拌0.5h，得到溶液a；

7)配制質(zhì)量濃度為1％的聚乙烯醇溶液(pva，分子量6000)在80℃條件下利用機(jī)械攪拌器以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌1h，得到溶液b；

8)將步驟6)中所得到的溶液a添加到步驟7)的溶液b中，其中pva：tio2@c納米顆粒＝2:1(質(zhì)量比)，利用機(jī)械攪拌器在500r/min的條件下攪拌1h，得到整理液；

9)將滌綸絲浸入到步驟8)得到的整理液中，浴比為1:40，浸泡時(shí)間為1h，取出浸泡后的滌綸纖維，放置80℃烘箱中烘15h，得到干燥的抗紫外老化的滌綸纖維(d)。

以實(shí)施例1中無多孔碳?xì)拥募{米tio2納米顆粒取代實(shí)施例1中的tio2@c納米顆粒制備整理液，以相同方法制備得到的滌綸纖維作為對照，命名為滌綸/tio2。利用xl-2型紗線強(qiáng)伸度儀檢測了滌綸原絲、滌綸/tio2和滌綸/tio2@c三種纖維的力學(xué)性能，結(jié)果表明(圖7)：表面改性處理對滌綸纖維的力學(xué)強(qiáng)度和變形能力沒有產(chǎn)生明顯的影響。對這三個(gè)樣品進(jìn)行了紫外加速老化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程為：將滌綸織物平放于老化試驗(yàn)機(jī)樣品盤中，且處于松弛狀態(tài)，參數(shù)設(shè)定為25℃，紫外光照強(qiáng)度為50w/m²，照射時(shí)間分別為0,24,48,72,96h。利用xl-2型紗線強(qiáng)伸度儀檢測了經(jīng)不同時(shí)間紫外光照射處理后三種纖維的力學(xué)性能，由結(jié)果可知(圖8)：在紫外光照條件下，滌綸纖維和滌綸/tio2纖維的力學(xué)強(qiáng)度迅速減弱，而滌綸/tio2@c纖維則保有較好的力學(xué)性能。

測定了實(shí)施例1、2、3、4制備得到的四種改性滌綸纖維的增重率、纖維拉伸力、伸長率及upf值(見表1)。由表1中數(shù)據(jù)可知：采用本發(fā)明所述的制備方法獲得的改性滌綸纖維的增重率分布在2.4～5.2％。纖維增重率與整理液中的pva含量有關(guān)，pva含量越高，則纖維增重率越高。本方法中所做的改性處理對滌綸纖維的拉伸強(qiáng)度和變形率沒有明顯的影響。改性前后滌綸纖維的upf值分布在52～197之間。經(jīng)過改性的纖維具有較好的抗紫外老化能力，且纖維增重率越大，其抗紫外能力越強(qiáng)。

表1改性滌綸織物的性能測試

以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。