一种抗紫外腈纶纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗紫外腈纶纤维及其制备方法，将氧化石墨烯GO、聚丙烯腈PAN、溶剂混合，得到纺丝液，脱泡后进行纺丝、干燥处理，即得抗紫外腈纶纤维。本发明专利技术方法制备的腈纶纤维力学性能优异，也具备了良好的抗紫外性能，可应用于抗紫外织物中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于抗紫外材料及其制备领域，特别涉及一种抗紫外腈纶纤维及其制备方 法。
技术介绍
众所周知，太阳光是一种电磁波，由紫外线、可见光和红外线组成。太阳光中能 穿透大气层辐射到地面的紫外线占总能量的6%，紫外线按其波长范围可分为三段，即： UV-A(人= 400 ~315nm)，UV-B(人=315 ~280nm)，UV-C(人= 280 ~100nm)。其中，UV-C 在辐射的过程中几乎已被大气层所吸收。紫外线对人类的益处是能灭菌消毒，促进人体内 维生素D的合成。但自上世纪初叶以来，由于世界各国大量使用氟利昂等氟抓烷类物质，使 大气中臭氧层遭到破坏，导致阳光中辐射到地面的紫外线尤其是短波长的紫外线增强。紫 外线辐射量的增加和短波长化，对人类赖以生存的环境产生重大影响，过量的紫外线照射 会诱发皮肤病（甚至皮肤癌）、白内障、降低免疫功能等，直接危害人体健康。对于户外活动 的人们来说，服装是防止紫外线过量辐射的主要屏障，但仅仅靠常规织物屏蔽紫外线的能 力是不够的。自二十世纪九十年代初以来，国外对纺织品屏蔽紫外线的功能展开了研究，许 多抗紫外纤维和织物相继被开发上市；近年来，国内也有一些此类纤维和织物的开发研究 报道。随着生活水平的提高，人们的健康意识正在增强，抗紫外线纺织品必将会受到欢迎。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该方法操 作简单，参数易于控制，使用的溶剂安全低毒。制备的纤维力学性能优异，抗紫外性能良好， 可应用于织物中。 本专利技术的一种抗紫外腈纶纤维，其特征在于：所述抗紫外锦纶纤维由纺丝液湿法 纺丝得到，其中纺丝液组分为：氧化石墨烯G0、聚丙烯腈PAN、溶剂，其中氧化石墨烯和聚丙 烯腈的质量比为〇. 02~0. 4:1，纺丝液中聚丙烯腈PAN的浓度为20%~22%。 所述聚丙烯腈PAN为烘干脱水后，筛选后的聚丙烯腈；其中烘干脱水为分段烘干 或恒温烘干。所述分段烘干为：60°C保持lh，升温至70°C，保持lh，升温至90°C，保持lh， 升温至120°C，保持lh;恒温烘干法为：100°C保持6h;筛选为400目网筛筛选。 所述溶剂为N，N-二甲基乙酰胺DMAc、二甲基亚砜DMSO,N，N-二甲基甲酰胺DMF、 硫氰酸钠NaSCN、丙酮、碳酸乙烯酯EC、硝酸HN03、氯化锌ZnCl2中的一种或几种。 本专利技术的一种抗紫外腈纶纤维的制备方法，包括： 将氧化石墨烯G0、聚丙烯腈PAN、溶剂混合，得到纺丝液，脱泡后进行纺丝、干燥处 理，即得抗紫外腈纶纤维。 所述混合具体为：先将聚丙烯腈PAN加入溶剂中膨化后加热溶解，再加入氧化石 墨烯形成纺丝液；或先向溶剂中加入氧化石墨烯，形成分散体系后再加入聚丙烯腈PAN膨 化后加热溶解形成纺丝液；或同时加入PAN粉末和氧化石墨烯进行溶解形成纺丝液；或PAN 和GO分别溶解于溶剂中，在将两种溶液混合形成纺丝液。 氧化石墨烯在溶剂体系中的溶解，采用先将氧化石墨烯G0溶解于水中，再将水溶 液进行冻干处理除去水份，再将G0分散于溶剂体系中；或采用直接将G0分散于溶剂体系中 并进行30_60min超声处理。 聚丙烯腈PAN膨化后加热溶解为：PAN的分散体系在400-600转/分的搅拌转速 下，边搅拌边膨化，处理2-8h，然后60-70°C溶解6-12以上。 纺丝的具体工艺参数为：参见表1 ;干燥为80~90°C，处理时间为5-8min。表 1: 纤维的性能测试，检测纤维的抗紫外性能是采用半自动织布机将纤维织成 4. 0x4. 0cm大小的织物进行测试。 本专利技术的抗紫外腈纶纤维的制备过程： (1)PAN粉体烘干，筛网（400目）筛选分离。 预先将PAN粉体筛选，该法比制备成纺丝液后再进行过滤具有更好的效果。PAN粉 体特征见表2。 表2聚丙烯腈粉体的特性指标 ⑵纺丝溶剂的选择。 可用于PAN湿法纺丝的溶剂有：N,N-二甲基乙酰胺（DMAc)、二甲基亚砜（DMS0)， N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、硫氰酸钠（NaSCN)、丙酮、碳酸乙烯酯（EC)、硝酸（HN03)和氯化 锌（ZnCl2)等。根据具体需要选择合适的溶剂。 (3)PAN与氧化石墨烯含量的确定。 ①PAN质量浓度为20 %~22 %; ②氧化石墨烯含量（对PAN干重）为0? 02 %~0? 4 %。 (4)氧化石墨烯、PAN粉体及溶剂的混合方式。 混合方式有四种，一是先将PAN粉末加入溶剂中，膨胀后加热溶解再加入氧化石 墨烯形成纺丝液；二是先向溶剂中加入氧化石墨烯，形成分散体系后再加入PAN粉末加 热溶解形成纺丝液；三是同时加入PAN粉末和氧化石墨烯进行溶解形成纺丝液；四是PAN 和GO分别溶解于溶剂中，在将两种溶液混合形成纺丝液；四种方式的优选顺序为：（二）〉 (四）〉（三）〉（一）。 (5)PAN粉体在溶剂体系中的充分膨化。 将PAN粉体的分散体系在400~600转/分的搅拌转速下，边搅拌边膨化，处理2h 以上。 (6)PAN粉体在溶剂体系中的充分溶解。 使用旋转式粘度计测试不同温度下含G0纺丝液的旋转粘度性质，G0的加入对纺 丝液的粘度影响不大，温度对纺丝液的粘度有较大影响，列于表3中。高温时，纺丝液显示 出低粘度，利于纺丝液的流动，低温时，纺丝液显示出低粘度，利于纺丝成型。 表3不同温度下纺丝液的粘度（G04%、PAN20% ) (7)过滤与脱泡处理。 若纺丝液均匀、透明，可不进行过滤。若纺丝液中含有杂质则根据情况用100~ 200目不锈钢筛网进行过滤。 将纺丝液转移至反应釜的过程中可能会有气泡产生。因此，在将纺丝液加入反应 釜后需静置过夜或者真空脱泡2h。 (8)纺丝。 使用的喷丝孔规格为直径0.ImmX30圆孔，采用三道凝固浴进行纺丝。以表4所 列工艺参数条件作为优选方案。 表4湿纺工艺过程的参数条件 (9)纤维干燥致密化及热定型处理。 通过对纺丝纤维干燥致密化及热定型处理得到性质更为优良的PAN/G0纤维丝 束。温度80~90°C，处理时间为5~8min。 (10)纤维性能测试。力学性能、抗紫外性能均是按照国家标准或行业标准进行测 试。 本专利技术的一种抗紫外纤维及其制备方法，使用PAN作为原材料，基于湿法纺丝工 艺，湿法纺丝的工序为：原料的筛选干燥，制备纺丝液，纺丝液挤压出喷丝头形成细流，纺丝 液细流凝固形成初生纤维，初生纤维拉伸卷绕，纤维后处理。有益效果 本专利技术所得抗紫外腈纶纤维具有： (1)均一性：纤维长丝直径均一，表面光洁； (2)力学性能：丝束平均单丝纤维的直径为65±5ym，拉伸强度为2.0±0.5cN/ dtex，随着GO量的增加，纤维的强力有上升，当PAN浓度20%，GO掺入量为wt% = 0. 02% 时，30根单丝纤维的平均拉伸断裂强度约为2. 3cN/dteX，能够满足织造需求； (3)抗紫外性能：采用UV-1000F型紫外透过率分析仪型对纤维织物进行紫外透过 测试，测试结果显示抗紫外性能优良，UPF值都在50+以上。【附图说明】 图1为实例1所得到的PAN/G0纤维SEM照片； 图2为实施例1所得到的PAN/G0纤维纺织织物；图3为纯PAN纤维织物（F。)、实施例1的纤维织物（FJ和实施例4的纤维织物 (F2)的不同波段下的紫外透过率曲线。【本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗紫外腈纶纤维，其特征在于：所述抗紫外锦纶纤维由纺丝液湿法纺丝得到，其中纺丝液组分为：氧化石墨烯GO、聚丙烯腈PAN、溶剂，其中氧化石墨烯和聚丙烯腈的质量比为0.02～0.4:1，纺丝液中聚丙烯腈PAN的浓度为20％‑22％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利民，施其权，聂华丽，吴焕岭，刘琳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31