CN1837455A

CN1837455A - 一种TiO2抗紫外整理液及其对芳纶的抗紫外整理方法

Info

Publication number: CN1837455A
Application number: CN 200610025829
Authority: CN
Inventors: 邢彦军; 丁辛
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-09-27

Abstract

本发明运用溶胶－凝胶技术，以钛酸酯类物作为前驱体，盐酸为催化剂制备了二氧化钛抗紫外整理液，之后采用浸泡或浸轧的方法在芳纶纤维、纱线或织物上引入纳米级的二氧化钛抗紫外整理液，同时利用钛酸酯类物的偶联性能，增强抗紫外剂在纤维、纱线或织物上的附着力，赋予芳纶纤维、纱线或者织物优异、持久的抗紫外性能，可使芳纶纤维、纱线或者织物的抗老化性能增加75％。该抗紫外整理方法对纤维、纱线或织物的物理和化学性能没有任何影响，整理后纤维、纱线或织物的机械性能没有损失。

Description

一种TiO2抗紫外整理液及其对芳纶的抗紫外整理方法

所属领域

本发明涉及一种抗紫外整理液及其对芳纶的抗紫外整理方法，具体地说涉及一种TiO₂抗紫外整理液及其对芳纶的抗紫外整理方法。

背景技术

芳纶是由美国杜邦公司最先开始研制的，一种大分子主链上由芳香环和酰胺键构成的有机纤维。自1970年代初在美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体发动机壳体上应用以来，以其高比模量、高比强度、耐疲劳等优异性能在航空航天领域得到了广泛的应用。然而芳纶在紫外线照射下易发生光老化降解，导致制品机械性能会逐渐下降，产生变脆、龟裂和发黄现象甚至完全破坏而无法使用。

提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机或无机紫外线吸收剂。无机氧化物抗紫外线屏蔽剂具有无毒、无刺激、屏蔽紫外线的范围较宽等优点，因此被广泛应用于提高材料的抗紫外性能，并逐渐代替一部分有机紫外吸收剂，主要工艺为首先将无机氧化物抗紫外线屏蔽剂制成细粉或超细粉末或水分散液(或乳液)，之后与原料混合纺丝或进行后整理。

超细二氧化钛粉末是20世纪80年代末发展起来的一种抗紫外剂。二氧化钛对紫外线的屏蔽以散射为主，而粒径是影响散射能力的重要因素之一。在一定范围内，粒径小的微粒散射能力强。研究表明纳米二氧化钛具有最佳的紫外屏蔽效果。目前纳米二氧化钛的产品多为超细微粒或粉末，由于超细微粒或粉末本身的极性和颗粒的细微化，具有极大的比表面积和比表面能，在介质中不易分散，同时极易产生团聚，因此在应用前还需要进行表面改性或使用分散剂进行分散，大大提高了生产成本。同时，由于芳纶维表面光滑缺少化学活性基团，表面浸润性也较差，致使芳纶界面与传统紫外线吸收剂的结合力较弱，因此无法采用传统方法对芳纶纤维、纱线或者织物进行抗紫外整理。

总之，目前急切需要对寻找一种低成本、高效、绿色的适合于芳纶纤维、纱线或者织物的抗紫外方法和工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种TiO₂抗紫外整理液及其对芳纶的抗紫外整理，以解决现有技术中的缺陷。

本发明的原理是通过利用溶胶-凝胶法以不同的钛酸酯偶联剂作为二氧化钛母体在芳纶纤维、纱线或织物上进行水解形成抗紫外涂层，从而达到保护纤维、纱线或织物的目的。

本发明以钛酸酯偶联剂为前驱物，水为溶剂，盐酸和有机酸分别为催化剂和络合剂，通过溶胶—凝胶法在分子水平上进行的水解而形成均一的TiO₂纳米溶胶，在芳纶纤维、纱线或织物表面形成均匀的抗紫外涂层，取得了好的抗紫外老化效果。由于溶胶浓度控制范围广，胶粒团聚现象少，因此可以直接用其处理材料，干燥后在材料表面可形成透明的、无色的薄膜，对纤维、纱线或织物的外观没有任何影响。同时，使用的TiO₂母体为钛酸酯偶联剂，在水解形成TiO₂的同时，也起到了偶联剂的作用，克服了由于芳纶表面化学活性基团少的缺点，使抗紫外涂层能够牢固的附着于芳纶纤维、纱线或织物表面。在整理过程中，改进了溶胶制备工艺，未使用传统TiO₂溶胶制备过程中使用的有机醇类，因此污染小、成本低。

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种TiO₂抗紫外整理液，该整理液是通过如下方法制备的：

取1～1.5公斤的钛酸酯偶联剂和0.5～1.2公斤的有机酸混合；

将上述混合液滴加到6～12公斤质量百分比浓度为0.36～1.0％的盐酸溶液中；

其中所述的钛酸酯偶联剂为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯中的一种或一种以上；所述的有机酸为醋酸或丙酸中的一种或两种。

具体的方法为：

取1～1.5公斤的钛酸酯偶联剂和0.5～1.2公斤的有机酸混合，搅拌均匀；

将上述混合液在30～50分钟内滴加到6～12公斤质量百分比浓度为0.36～1.0％的盐酸溶液中，搅拌20～40分钟后；

于30～60℃水浴中搅拌20～40分钟时间。

利用上述的TiO₂抗紫外整理液对芳纶的整理方法，该方法为：将芳纶纤维、纱线或织物在TiO₂抗紫外整理液中按照1∶20～40的浴比浸泡或浸轧，后晾干，于80～120℃干燥。

具体的为：

1.芳纶纤维的抗紫外整理

将芳纶纤维在抗紫外整理液中按照1∶20浴比浸泡一定时间后室温晾干，然后在80～120℃温度下干燥三十分钟。

2.芳纶纱线的抗紫外整理

将芳纶纱线在抗紫外整理液中按照1∶40浴比二浸二轧后室温晾干，然后在80～120℃温度下干燥三十分钟

3.芳纶织物的抗紫外整理

将芳纶织物在抗紫外整理液中按照1∶40浴比二浸二轧后室温晾干，然后在80～120℃温度下干燥三十分钟。

本发明使用溶胶-凝胶方法首先将钛酸酯偶联剂为母体，采用浸泡或浸轧的整理方法将抗紫外剂引入到芳纶纤维、纱线或者织物上，在80～120℃对芳纶纤维、纱线或者织物进行热处理，即可在纤维、纱线或织物表层形成透明无色的、有良好附着力的二氧化钛涂层。依靠纳米二氧化钛特有的表面效应，通过散射、反射、吸收等途径阻隔和防止280～320nm的紫外光作用于纤维、纱线或者织物表面，从而起到抗紫外的作用。同时钛酸酯偶联剂在芳纶纤维表面形成“分子桥”使涂层与纤维的作用进一步增强，增加了抗紫外涂层在芳纶纤维表面的附着力，使得抗紫外效果持久，可以根本解决芳纶纤维、纱线或织物的抗紫外老化问题。

针对现有技术，本发明具有以下优点：首先，抗紫外整理过程中使用的化学试剂对纤维、纱线或织物的物理和化学性能没有任何影响，整理后纤维、纱线或织物的机械性能没有损失；第二、抗紫外能力优异：与未经过该方法整理过的芳纶纤维、纱线或者织物相比，整理后的芳纶纤维、纱线或者织物的抗老化性能提高了75％；第三、直接使用钛酸酯偶联剂作为TiO₂抗紫外剂的母体，既可以生成纳米级的二氧化钛涂层起到抗紫外的作用，同时还可以利用其偶联作用克服芳纶表面表面浸润性差，结合力弱的缺点，增强了二氧化钛涂层的耐久性，从而大大延长了抗紫外涂层的使用寿命；第四、由该方法形成的TiO₂抗紫外剂不像传统的抗紫外剂具有颜色，涂层透明无色，对纤维、纱线或织物的外观没有任何影响；第五、在整理过程中，改进了溶胶制备工艺，未使用传统TiO₂溶胶制备过程中使用的有机醇类，因此污染小、成本低；使用的所有化学试剂均没有生物毒性，可以安全使用；最后、不需要任何特殊的设备，使用常规的工艺就可以进行生产。

具体实施方式

通过实施例可以进一步理解本发明，但实施例不能限制本发明内容。实施例中所述的制备步骤如下：

实施例一：

(1)制备抗紫外整理液

分别取1公斤钛酸丁酯和0.75公斤的乙酸混合搅拌均匀后，在室温下将得到的黄色透明混合溶液在半小时内滴加到7.5公斤的1.0％盐酸溶液中并剧烈搅拌，之后在50℃水浴中搅拌30分钟后得到透明或半透明的TiO₂水溶胶。

(2)芳纶纤维的抗紫外整理

将芳纶纤维按照浴比1∶20在抗紫外整理液中浸泡15分钟后取出，室温晾干，然后在80℃下干燥三十分钟。

实施例二：

(1)制备抗紫外整理液

分别取1公斤钛酸丁酯和0.5公斤的乙酸混合搅拌均匀后，在室温下将得到的黄色透明混合溶液在半小时内滴加到10公斤的1.0％盐酸溶液中并剧烈搅拌，之后在50℃水浴中搅拌30分钟后得到透明或半透明的TiO₂水溶胶。

(2)芳纶纱线的抗紫外整理

将芳纶纱线按照浴比1∶40在抗紫外整理液中二浸二轧后，室温晾干，然后在100℃下干燥三十分钟。

实施例三：

(1)制备抗紫外整理液

(2)芳纶织物的抗紫外整理

将芳纶织物按照浴比1∶40在抗紫外整理液中二浸二轧后，室温晾干，然后在120℃下干燥三十分钟。

Claims

1.一种TiO₂抗紫外整理液，其特征在于该整理液是通过如下方法制备的：

取1～1.5公斤的钛酸酯偶联剂和0.5～1.2公斤的有机酸混合；

2.根据权利要求1所述的TiO₂抗紫外整理液，其特征在于该整理液是通过如下方法制备的：

于30～60℃水浴中搅拌20～40分钟时间。

3.一种利用权利要求1或2所述的TiO₂抗紫外整理液对芳纶的整理方法，其特征在于该方法为：将芳纶纤维、纱线或织物在TiO₂抗紫外整理液中按照1∶20～40的浴比浸泡或浸轧，后晾干，于80～120℃下干燥。