耐光高防透纤维及织物的制作方法

1.本发明涉及一种耐光高防透纤维和使用该纤维的织物，具体的涉及一种二氧化钛含量高的复合纤维。


背景技术：

2.视觉遮蔽性是纺织品的一项重要性能，在服用领域，它关系到最基本的遮羞蔽体功能；在装饰和军事领域，它涉及到单向透视、伪装等特殊的视觉要求。另外，随着世界范围内氟利昂的大量使用及环境污染的日益严重，导致大气中臭氧层严重破坏。长期接受紫外线照射，会降低有机分子寿命，使人体免疫功能下降，不仅损害皮肤引起皮炎、红斑、雀斑和皮肤癌，而且会促进眼疾，引起白内障疾病。另外，特别是夏季天气炎热，具有一定的遮热性能的服饰成为消费者的追求。因此，集高防透、抗紫外线、遮热性能于一体的纤维编织物是人们一项日益增长的需求。
3.根据作用原理的不同，遮热纺织品大致可分为反射型、阻隔型和辐射型三大类。其中反射型遮热纺织品可反射可见光和近红外光区的热量；阻隔型遮热纺织品主要抑制太阳能辐射能量在织物内部的传导和对流；辐射型遮热纺织品通过辐射的形式将织物吸收的热量以一定波长发射到空气中。反射型遮热纺织品作为具有代表性的一种应用广泛，通常添加无机粒子是提高衣物的遮热性能。其中具有代表性且应用最广泛的纳米粒子为二氧化钛纳米粒子。为了满足消费者对衣物遮热性能的要求，相关研究开发基本上是通过不断增加二氧化钛的含量来提高遮热性能。通过增加二氧化钛含量提高遮热性效果明显但是由于通常纤维中二氧化钛的添加量较多时会引起纤维的耐光性变差，难于满足顾客不同环境的应用。
4.中国专利cn110409016a公开了一种含有占聚酯纤维2.5～24.0wt%无机粒子的防透、抗紫外、遮热聚酯纤维。虽然该纤维也有一定的耐光性能，但是由于其使用的为通常未包覆的二氧化钛，难以满足对耐光要求比较严格的场合，限制了其使用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具有良好耐光性能并且抗紫外线、遮热性能良好的高防透纤维以及由该纤维形成的织物。
6.本发明的技术解决方案是：一种耐光高防透纤维，其中二氧化钛含量占纤维的2.0～20.0wt%，所述二氧化钛中表面包覆二氧化钛占总二氧化钛的70wt%以上。
7.所述表面包覆二氧化钛的包覆层优选二氧化硅，三氧化二铝，二氧化锆，三氧化二铝/二氧化钛共沉淀物中的一种或两种以上。
8.所述表面包覆二氧化钛的包覆层最外层优选三氧化二铝，且所述三氧化二铝优选占表面包覆二氧化钛的40wt%以下。
9.所述二氧化钛优选金红石型二氧化钛。
10.所述纤维中粒径4μm以上的二氧化钛优选占二氧化钛总量的5wt%以下。
11.所述纤维优选芯鞘纤维、海岛纤维、或具有3层以上多层断面结构的复合纤维。
12.所述芯鞘纤维的鞘成分中，海岛纤维的海成分中，具有3层以上多层断面结构的复合纤维的最外层中二氧化钛的含量优选占纤维总量的3wt%以下。
13.所述构成纤维的聚合物优选聚酯、聚酰胺、聚丙烯或聚氨酯。
14.本发明还公开了一种织物，部分或全部由上述高防透纤维制备得到。
15.所述织物中含有相对于织物重量2～20wt%的二氧化钛，所述二氧化钛优选金红石型二氧化钛。
16.本发明的纤维中含有大量的二氧化钛，具有高防透、抗紫外线、遮热的特性。且由于所述纤维中的二氧化钛的大部分具有表面包覆层，使得本发明的纤维还具有优异的耐光性能。由部分或者全部本发明所述耐光高防透纤维制成的织物，也具有耐光、高防透、抗紫外线、遮热的特性。
附图说明
17.图1表示芯鞘复合断面结构纤维的横截面图。
18.图2表示偏芯芯鞘复合断面结构纤维的横截面图。
19.图3表示海岛复合断面结构纤维的横截面图。
20.图4表示3层同心圆复合断面结构纤维的横截面图。
21.图5表示9层同心圆复合断面结构纤维的横截面图。
22.图6表示并列多层复合断面结构纤维的横截面图。
23.图1～图6中，标记1表示二氧化钛含量较多的聚合物，标记2表示二氧化钛含量较少的聚合物。
具体实施方式
24.本发明的一种耐光高防透纤维中的二氧化钛含量为占纤维整体的2.0～20.0wt%。如果二氧化钛的含量低于2.0wt%，则起不到防透、抗紫外线、遮热的效果；如果二氧化钛的含量高于20.0wt%，则会导致纺丝时组件压力快速上升，影响设备以及聚合物的纺丝性。本发明所述耐光高防透纤维中的二氧化钛优选占纤维整体的5.0～15.0wt%。
25.虽然含有2.0～20.0wt%的二氧化钛可以保证纤维的防透效果以及抗紫外、遮热性能，但是由于通常纤维用的二氧化钛都是没有包覆的二氧化钛，这就导致了纤维的耐光性能变差。因此为了提高纤维以及织物的耐光性能，本发明所使用的二氧化钛为表面包覆二氧化钛，且表面包覆二氧化钛的含量占二氧化钛总量的70wt%以上。
26.形成所述表面包覆二氧化钛包覆层的物质可以是无机物质也可以是有机物质。
27.所述无机物质可以是硬脂酸铝、na(po3)6、na(po3)6、二氧化硅、氢氧化铝、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛/三氧化二铝共沉淀物等，其中优选二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛/三氧化二铝共沉淀物中的一种或两种以上。
28.所述有机物质可以是阳离子型的表面活性剂，如有机胺类，如三乙醇胺、乙醇胺等；多元醇，如季戊四醇、丙二醇、辛戊二醇等；非离子型表面活性剂，如多元醇的衍生物、环氧乙烷和各种有机憎水基的加成物；有机硅化合物，如甲基硅油、三甲基氯硅烷等；其他，包
括保护胶体、不溶性树脂、挥发性有机化合物，如含卤素、醇、酮、醚类基团的低级脂肪族有机化合物。
29.为了得到更好的耐光效果，在无机包覆层和有机包覆层中，本发明优选无机包覆层，更优选无机包覆层中的二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛/三氧化二铝共沉淀物中的一种或两种以上。
30.所述表面二氧化钛的包覆层可以是一层也可以是几层，层数越多对提高织物的耐光性更有利。所述多层包覆层可以是同种物质也可以是不同物质。为了得到更好的耐光效果，本发明所述表面包覆二氧化钛的包覆层的最外层优选三氧化二铝。
31.虽然包覆层三氧化二铝的厚度可以自由调整，但是如果包覆层的量太多，会影响纤维的耐光性以及遮蔽效果，所以本发明优选包覆层中三氧化二铝的量占包覆二氧化钛的40wt%以下。
32.用于纤维中的二氧化钛一般为锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛，经过表面包覆的锐钛型二氧化钛和金红石型二氧化钛均能够实现本发明耐光、高防透的效果。但是，由于锐钛型二氧化钛的结晶构造不稳定，易生成自由基，自由基积蓄到一定的量时，影响聚合物的耐光坚牢度。因此，为了使纤维获得更加优良的耐光坚牢度，本发明优选所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。
33.聚酯中二氧化钛粒子的粒径越大，纺丝时越容易堵塞组件中的滤网而引起组件压力上升，纺丝周期变短，难以大规模量产。粒径较大的颗粒通过滤网，纺丝时就会出现断丝现象，也大大影响纺丝效率。虽然二氧化钛的一次粒径都比较均匀，但是混炼纺丝过程中总会有一定程度的团聚，如果团聚的比例过高、团聚后形成的二氧化钛粒子的粒径太大，就会影响纺丝性。通常纤维用二氧化钛为未包覆的锐钛型二氧化钛，使用量较少，分散较好，满足普通纺丝要求。但是对于二氧化钛含量较多的体系，由于二氧化钛纳米粒子之间碰撞团聚的机会变大，更容易团聚。本发明中选用无机或有机包覆的二氧化钛，在添加量较大的时候仍能表现出良好的分散性，并且纺丝性良好。本发明优选纤维中粒径4μm以上的二氧化钛占二氧化钛总量的5wt%以下。
34.本发明耐光高防透纤维的断面形态，可以是单纤维，也可以是复合纤维。所述复合纤维可以是芯鞘纤维、海岛纤维、具有3层以上多层断面结构的复合纤维、并列纤维等。为了获得更好的可纺性以及长效的耐光、高防透、抗紫外线和遮热效果，本发明优选所述纤维为芯鞘纤维、海岛纤维、具有3层以上多层断面结构的复合纤维。同时，进一步优选所述芯鞘纤维的鞘成分中，海岛纤维的海成分中，具有3层以上多层断面结构的复合纤维的最外层中二氧化钛含量尽可能少，占纤维总量的在3wt%以下。
35.在本发明的耐光高防透纤维为复合纤维时，构成所述二氧化钛含量少的鞘成分、海成分、具有3层以上多层断面结构的复合纤维的最外层的聚合物a，与构成所述二氧化钛含量多的芯成分、岛成分、具有3层以上多层断面结构的复合纤维的内层的聚合物b，没有特别的限定，包括各种热塑性聚合物及其再生品，且聚合物a和聚合物b可以相同也可以不同。
36.通过将二氧化钛含量低的聚合物a包覆住二氧化钛含量高的聚合物b，纺丝时避免了大量无机粒子与给油嘴、纺丝机各导丝器、罗拉等直接接触，减少摩擦阻力，保证丝条良好的工程通过性，并且避免二氧化钛含量较高聚合物b直接接触纺丝机各部件导致脱落，污染给油嘴、导丝器以及罗拉，降低对纤维耐光、防透、抗紫外、遮热性能的影响，同时也可以
降低后加工过程的断丝率。
37.所述聚合物a可以是聚酯类聚合物或聚酰胺类聚合物，也可以是聚烯烃类聚合物。具体的，所述聚酯类聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等均聚物，也可以是它们的共聚物；根据功能的不同，所述聚酯类聚合物可以是分散染料可染聚酯、阳离子染料可染聚酯、易溶出聚酯、导电聚酯、抗静电聚酯、吸湿聚酯、低摩擦聚酯等；所述聚酰胺类聚合物可以是聚酰胺6、阳离子染料可染聚酰胺6、聚酰胺66等；所述聚烯烃类聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等。
38.所述聚合物b可以是聚酯类聚合物或聚酰胺类聚合物，也可以是聚烯烃类聚合物。具体的，所述聚酯类聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等均聚物，也可以是它们的共聚物；所述聚酰胺类聚合物可以是聚酰胺6、阳离子染料可染聚酰胺6、聚酰胺66等；所述聚烯烃类聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等。
39.本发明所述构成纤维的聚合物a和聚合物b分别优选聚酯、聚酰胺、聚丙烯或聚氨酯。
40.本发明对纤维的形态没有特别的限定，可以是长纤维，也可以是短纤维。
41.本发明的高防透纤维可以用于制备耐光、高防透、抗紫外、遮热织物。在织物中可以部分使用或者全部使用本发明的耐光高防透纤维。所述织物包括机织物、针织物、第三织物、无纺织物、多向织物、立体织物、复合织物等。
42.部分使用本发明的耐光高防透纤维时，其他纤维可以是普通聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、聚氨酯纤维等。所述织物中二氧化钛的含量优选占织物总量的2.0～20.0wt%。所述二氧化钛，其中最优选为金红石型二氧化钛。
43.本发明通过表面包覆二氧化钛的使用，使得到的纤维和织物具备优异的耐光、防透、抗紫外和遮热性能。
44.本发明中涉及的各参数的测试方法如下：（1）防透性能使用d65光源分别照射基准色的白板、黑板后测得其l值分别为l(白)和l(黑)。然后取织物样布(10
×
10cm)，分别覆盖于基准色的白板、黑板之后，再用d65光源照射样布后测得其l值分别为l(白 布)、l(黑 布)，然后利用下面公式计算，得到光线防透性的数据。所得光线防透性的数据越大，显示样布的防透性能越好。
45.光线防透性：(1-(l(白 布)-l(黑 布))/(l(白)-l(黑))
×
100%。
46.（2）uva、upf（抗紫外性能）抗紫外线参数uva、upf根据标准gb/t 6529评价。
47.（3）织物中二氧化钛含量取该纤维织物4g左右，熔融制样，通过x射线荧光光谱仪（生产商：rigaku，型号：zsx primusⅲ ）测定其中金属元素的含量，然后通过分子式推算出织物中无机粒子含量。
48.（4）耐光坚牢度根据标准jis l0842进行测试耐光照射20小时测试，照射处理之后的样品与未照射的对比样进行比较，根据标准对比灰卡进行判断，来测定耐光坚牢度级别。
49.（5）金红石二氧化钛
所得纤维通过熔融制得薄膜，使用x射线衍射装置进行测试结晶峰位置，同时测试通常金红石二氧化钛的结晶峰位置，通过两者所得的结晶峰位置的比较来判断二氧化钛的晶型。
50.（6）包覆二氧化钛含量通过tem-edx对纤维断面进行钛元素以及包覆元素的面扫面，从而区分包覆二氧化钛和未包覆二氧化钛。通过分析包覆二氧化钛和未包覆二氧化钛的面积比计算二氧化钛含量的比例。
51.（7）二氧化钛分散径通过tem对纤维断面的二氧化钛进行扫描分析二氧化钛的分散径。
52.（8）二氧化钛包覆层的组成通过超高倍tem-edx对二氧化钛包覆层进行元素分析得到包覆层的种类以及含量。
53.下面结合实施例，对本发明进行详细说明。
54.（9）纤维中外层二氧化钛含量在显微镜下通过切片方法分离纤维中鞘/芯、海/岛、3层以上多层断面中的外层部分，把分离的部分通过icp-ms进行二氧化钛的定量分析。
55.实施例1将70重量份含有15.0wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（芯成分）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（鞘成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为95.1%，具有抗紫外性能，耐光坚牢度5级以上。
56.实施例2将40重量份含有4.6wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（芯成分）和60重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（鞘成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为92.5%，具有抗紫外性能，耐光坚牢度5级以上。
57.实施例3将80重量份含有24.8.0wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（芯成分）和60重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（鞘成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为96.5%，具有抗紫外性能，耐光坚牢度5级以上。
58.实施例4～6调整聚合物中包覆二氧化钛占总二氧化钛总量的比例，按照实施例1的方法制备芯鞘纤维。具体物性见表1。
59.实施例7～12调整所用二氧化钛包覆层的组成制备高二氧化钛含量的聚合物，按照实施例1的方法制备芯鞘纤维。具体物性见表1。
60.实施例13～15调整所用三氧化二铝包覆层的量制备高二氧化钛含量的聚合物，按照实施例1的方法制备芯鞘纤维。具体物性见表1。
61.实施例16～18调整二氧化钛含量较少的聚合物中二氧化钛的含量，按照实施例1的方法制备芯鞘纤维。具体物性见表1。
62.实施例19～22调整基体聚合物种类，按照实施例1的方法制备不同包覆二氧化钛含量的芯鞘纤维。具体物性见表1。
63.实施例23将45重量份含有15.0wt%的包覆金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（岛成分）和55重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（海成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透海岛复合纤维。将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.5%，抗紫外性能合格，耐光坚牢度5级以上。
64.实施例24将45重量份含有15.0wt%的包覆金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和55重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面为多层同心圆构造，层数为9层，两种不同二氧化钛含量的聚酯层交叉排列，最外层为含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯。将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.3%，抗紫外性能合格，耐光坚牢度5级以上。
65.实施例25将45重量份含有15.0wt%的包覆金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和55重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面为多层同心圆构造，层数为3层，两种不同二氧化钛含量的聚酯层交叉排列，最外层为含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯。将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.5%，抗紫外性能合格，耐光坚牢度5级以上。
66.实施例26采用包覆锐钛型二氧化钛，按照实施例1的方法制备芯鞘纤维。具体物性见表1。
67.比较例1将70重量份含有2wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（无机粒子含量较多成分）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（无机粒子含量较少成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。纤维横断面海岛结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为91.0%，抗紫外性能不合格，耐光坚牢度5级以上。由于二氧化钛含量少，防透性不好，抗紫外性能不合格。
68.比较例2将70重量份含有50wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（无机粒子含量较多成分）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（无机粒子含量较少成分）分
别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝。由于二氧化钛含量过高，堵塞纺丝滤网，无法正常纺丝。
69.比较例3将70重量份含有15wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）（无机粒子含量较多成分）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯（无机粒子含量较少成分）分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。上述纤维中包覆二氧化钛占二氧化钛总量的50%。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.4%，抗紫外性能不合格，耐光坚牢度4级。由于表包覆的二氧化钛含量过低，造成抗紫外不良，耐光性能也不高。
70.比较例4将70重量份含有15wt%的锐钛型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。上述纤维中不含包覆二氧化钛。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.7%，抗紫外性能不合格，耐光坚牢度2级。由于采用未包覆的锐钛型二氧化钛，造成抗紫外性能不合格，耐光牢度也很低。
71.比较例5将70重量份含有15wt%的金红石型tio2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和30重量份含有0.3wt%tio2粒子的半消光聚酯分别预结晶、干燥至50ppm以下，分别投入纺丝a、b料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能的长纤维。上述纤维中不含包覆二氧化钛。纤维横断面芯鞘结构，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为93.4%，抗紫外性能不合格，耐光坚牢度4级。由于采用未包覆的金红石型二氧化钛，造成抗紫外性能不合格，耐光牢度也不高。
72.表1
表2