一种抗紫外聚酯工业丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗紫外聚酯工业丝及其制备方法，抗紫外聚酯工业丝由含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒、含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯和原生聚酯组成；无机抗紫外屏蔽剂在抗紫外聚酯工业丝的表层富集，且沿纤维径向呈外多内少的分布；含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯在抗紫外聚酯工业丝的芯层富集，且沿纤维径向呈外少内多的分布；制备方法：采用母粒注射法，将含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒、含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯和原生聚酯熔融纺丝，制得抗紫外聚酯工业丝；本发明专利技术的一种抗紫外老化聚酯工业丝，不含低分子量添加物，不影响纺丝性和纤维的基本性能，在保证聚酯工业丝品质的前提下可以有效提高其抗紫外老化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗紫外聚酯工业丝及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，涉及一种抗紫外聚酯工业丝及其制备方法。
技术介绍
聚酯工业丝作为产业用纺织品中应用最为广泛的纤维材料，具有强度、模量、尺寸稳定、耐冲击等方面良好的综合性能，广泛的应用于航空航天、国防军工、土工防护、矿场和海洋资源开发、交通运输、工业过滤、绳缆等领域。然而，对于在某些特定场合使用的聚酯工业丝，如篷盖布、广告灯箱布、绳索甚至涉及到安全级别更高的户外应用领域，由于长期的暴露在太阳光下，必然要求其具有良好的抗紫外老化性能，以降低聚酯工业丝终端产品在户外应用中强度的衰变速率，提高其在户外应用过程中的使用寿命。因此，开发抗紫外老化性能优异的聚酯工业丝不仅可以提高制品的服役安全性，又可以节省资源。为了制备抗紫外老化的聚酯纤维，采用共聚改性、纺丝成形过程中共混添加或后整理等手段是开发抗紫外聚酯工业丝产品，延长其安全服役性能常用的手段，但也存在一定的问题。利用含紫外吸收基团的单体与二元酸及二元醇反应制备共聚酯（例如CN201510828895.2、CN201810138053.8），虽然能够提高聚酯的抗紫外老化性能，但聚合物分子量的调节、链段序列结构控制等方面颇具难度，且聚合物结构规整性破坏，纤维的结晶能力下降，强度难以保证，大规模应用推广受限。采用上油和涂覆等方法，提高聚酯工业丝的抗紫外老化性能是一种简便易行的方法，如专利CN201310471730.5公开了一种基于苯并三唑类紫外线吸收剂的聚酯纤维及其制备方法，即在凝固点之后集束上油之前增加聚酯纤维吸附抗紫外线吸收剂乳液的步骤，并且，在所述集束上油的油剂中添加多羟基硅氧烷，同时控制热拉伸和热定型的温度，使得多羟基硅氧烷发生热交联反应将所述紫外线吸收剂固定于聚酯纤维上，从而制得聚酯纤维，但是因聚酯纤维表面缺乏活性基团，难以与抗紫外功能涂层形成牢固的界面结合，在摩擦、水洗等应用条件下涂层牢度差，抗紫外功能效果持久性不加。相比之下，采用共混添加技术是制备抗紫外聚酯工业丝最为高效的方法手段，例如，专利CN102864518A以碳黑为添加剂，制备了强度保持率高、抗紫外老化效果较好的聚酯纤维，但其缺点在于只能制备黑色的工业丝，不能满足市场多样化的需求，另外常用的方法是添加纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等无机型紫外屏蔽剂，提高聚酯纤维的抗紫外性能，其抗老化的机理为无机屏蔽剂可以反射紫外线，减小聚合物基体对紫外线的吸收量，然而，采用常用的技术所制备的抗紫外聚酯工业丝内，无机型抗紫外屏蔽剂在纤维径向基本成均匀分布，这就造成透过纤维基体的部分紫外线，在纤维内部屏蔽剂的反射作用下反而更容易造成纤维内部聚酯分子链的降解，影响其强度保持率，此外，通过共混添加有机紫外吸收剂（如OB-1）也能够提高聚酯纤维的抗紫外老化性能，但低分子量有机紫外吸收剂会影响聚酯工业丝的结晶和取向，不利于纤维强度的提高，且应用过程中的一些化学环境条件下容易析出，不能满足聚酯工业丝的应用要求，专利CN201410029723.4采用原位聚合或共混方法制备支链结构的功能母粒，利用支链聚合物的低粘度特性带动功能粒子向纤维表面富集，在减小功能粒子添加量的情况下，实现功能的最大化，但是，因聚合物与无机粉体的相互作用力弱，在挤出过程中，无机粉体与聚合物分子不能够同步迁移，影响功能效果，且对于高粘聚酯工业丝体系而言，通过化学合成制备支链聚酯的结构规整性较差，反而不利于纤维强度的提升，此外，纤维内部的无定形区作为纤维结构的薄弱环节，采用共聚改性在聚酯分子链上引入紫外吸收剂，会破坏其化学结构的有序性，反而影响聚酯大分子链的结晶，增加无定形区的大小，可能会加大紫外线破坏的风险。因此，研发一种抗紫外性能与强度兼备的聚酯工业丝的制备方法尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种抗紫外性能与强度兼备且耐久稳定性优良的聚酯工业丝的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种抗紫外聚酯工业丝，主要由含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒、含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯和原生聚酯制成；无机抗紫外屏蔽剂在抗紫外聚酯工业丝的表层富集，且沿纤维径向呈外多内少的分布；含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯在抗紫外聚酯工业丝的芯层富集，且沿纤维径向呈外少内多的分布；原生聚酯的数均分子量为25000~35000，原生聚酯的分子链上至少一个端基为端羧基。原生聚酯的化学结构式为：；式中，E1和E2至少一种为端羧基；R为、、、和中的一种以上；原生聚酯的分子链上对苯二甲酸乙二醇酯链段的质量分数>90%。现有技术以无机抗紫外屏蔽剂制备的聚酯工业丝中，期望无机抗紫外屏蔽剂在聚酯中均匀分布，需要加入大量助剂、低熔点组分以提高其分散效果，反而会影响纤维的强度。本专利技术并不期望无机抗紫外屏蔽剂在高粘聚酯中均匀分布，因而无需加入大量助剂、低熔点组分以提高分散效果，避免了影响纤维强度。此外，与本专利技术无机抗紫外屏蔽剂在纤维内呈现外多内少分布相比，在同样的添加量的情况下，现有技术纤维表层的无机抗紫外屏蔽剂含量相对较少，过多的紫外线会进入纤维基体内部，而纤维芯层的无机抗紫外屏蔽剂含量相对较多，反而会促使紫外线在纤维内部进行多次反射，会加剧纤维结构损伤。本专利技术制备的抗紫外聚酯工业丝中，纤维表层能够富集无机抗紫外屏蔽粉体，减小紫外线的透过量；纤维芯层能够富集含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯，减小紫外线对纤维基体的结构损伤；同时，纤维内不含低分子量的聚合物成分，可以保证聚酯工业丝的强度与品质。作为优选的技术方案：如上所述的一种抗紫外聚酯工业丝，设纤维半径为R，沿纤维径向由外至内深度为r1处的区域定义为所述表层，沿纤维径向由中心至表层距离为r2处的区域定义为所述芯层，且r1≤0.3R，r2≤0.3R；呈外多内少的分布是指在所述表层中无机抗紫外屏蔽剂的质量含量比所述芯层中高40%以上（采用能谱分析法EDS进行定量表征径向方向上无机抗紫外屏蔽剂的含量）（表层中无机抗紫外屏蔽剂的质量含量较小会使得紫外线投入纤维内部的量过大，造成老化降解）；呈外少内多的分布是指在所述表层中含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量含量比所述芯层中低40%以上（采用显微红外光谱表征含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯含量）（含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯较多地位于芯层使其可以最大程度上吸收进入纤维内部的紫外线，防止纤维老化降解）。如上所述的一种抗紫外聚酯工业丝，抗紫外聚酯工业丝中无机抗紫外屏蔽剂的质量分数为1~3%（无机抗紫外屏蔽剂的质量分数过小在纤维皮层反射的紫外线含量少，大量的紫外线出进入纤维内部对纤维造成损伤；无机抗紫外屏蔽剂的质量分数过大，会造成纺丝过程中挤出不稳定，纤维强度低），含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量分数为10~30%（含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量分数过小，吸收紫外线的含量少，会增加纤维内部聚酯分子链的降解的程度；含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量分数过大，会在一定程度上增加熔体的粘度，为保证熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗紫外聚酯工业丝，其特征是：主要由含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒、含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯和原生聚酯制成；/n无机抗紫外屏蔽剂在抗紫外聚酯工业丝的表层富集，且沿纤维径向呈外多内少的分布；/n含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯在抗紫外聚酯工业丝的芯层富集，且沿纤维径向呈外少内多的分布；/n原生聚酯的数均分子量为25000~35000，原生聚酯的分子链上至少一个端基为端羧基。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗紫外聚酯工业丝，其特征是：主要由含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒、含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯和原生聚酯制成；
无机抗紫外屏蔽剂在抗紫外聚酯工业丝的表层富集，且沿纤维径向呈外多内少的分布；
含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯在抗紫外聚酯工业丝的芯层富集，且沿纤维径向呈外少内多的分布；
原生聚酯的数均分子量为25000~35000，原生聚酯的分子链上至少一个端基为端羧基。


2.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚酯工业丝，其特征在于，设纤维半径为R，沿纤维径向由外至内深度为r1处的区域定义为所述表层，沿纤维径向由中心至表层距离为r2处的区域定义为所述芯层，且r1≤0.3R，r2≤0.3R；
呈外多内少的分布是指在所述表层中无机抗紫外屏蔽剂的质量含量比所述芯层中高40%以上；
呈外少内多的分布是指在所述表层中含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量含量比所述芯层中低40%以上。


3.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚酯工业丝，其特征在于，抗紫外聚酯工业丝中无机抗紫外屏蔽剂的质量分数为1~3%，含有抗紫外吸收功能封端的功能聚酯的质量分数为10~30%。


4.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚酯工业丝，其特征在于，抗紫外聚酯工业丝的单丝纤度为3~15dtex，断裂强度≥7.5cN/dtex，断裂伸长率为10~20%，且抗紫外聚酯工业丝按照GB/T16422的第三部分的标准方法照射500小时后，其断裂强度保持率为75~85%。


5.根据权利要求1所述的一种抗紫外聚酯工业丝，其特征在于，含有无机抗紫外屏蔽剂的母粒是经表面修饰的无机抗紫外屏蔽剂与改性聚酯进行熔融共混、挤出造粒制得；
经表面修饰的无机抗紫外屏蔽剂的反应性...

【专利技术属性】
技术研发人员：于金超，陈瑞，汤方明，王山水，王丽丽，邵义伟，张烨，
申请(专利权)人：江苏恒力化纤股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32