一种抗紫外环保可降解聚丙烯纤维及其制品的开发

一种抗紫外环保可降解聚丙烯纤维及其制品的开发

聚丙烯纤维是合成纤维中最重要的品种之一。由于其价格廉、质量轻、强度好、保暖性好、耐酸碱、抗虫性等优点，深受迫害。但它又存在明显的缺点,如耐老化性差、低温易脆、抗静电性差、难染色、不吸湿等,大大限制了它在工业领域的应用。1纤维性能要求改性环保可降解聚丙烯纤维首先在纺丝液中混合“热稳定剂、抗紫外线剂、抗红外线剂”复合制成的抗老化剂,进行混合纺丝,纤维具有高热稳定性和光稳定性,抗紫外线和抗红外线特性好等优点。然后,采用微胶囊技术将含超细二氧化钛的特种降解剂包覆成10～20μm的粒子,并在纺丝过程中均匀涂覆到改性聚丙烯纤维表面,使聚丙烯纤维达到可自身降解。最后,在空变丝机上通过变频控制器调节拉丝张力,使聚丙烯纤维空变丝表面形成大量的细小纤维,毛茸感强,膨松度好,且便于织造。1.1品种及用量对材料稳定性的影响聚丙烯的分子结构中有一个碳氢键结合较弱,因此聚丙烯纤维使用过程中受温度、光照作用下易被氧化,生成过氧化自由基,而使自身逐步降解,导致颜色渐变和一些优良特性的丧失。聚丙烯纤维的稳定性受抗老化剂类型、抗老化剂浓度、染料或颜料种类及后处理工艺等许多因素影响,耐久抗老化聚丙烯纤维主要是通过在聚丙烯纺丝过程中添加高效抗老化剂得到。现在广泛使用的抗老化剂有石墨、受阻胺类光稳定剂(HALS)等,该类抗老化剂对有色聚丙烯纤维,尤其是黄色聚丙烯纤维及织物,稳定性效果达不到要求。改性环保可降解聚丙烯纤维采用专用抗老化剂,这种抗老化剂包括超细二氧化锌、特制石墨、羟基二苯甲酮、含镍的金属有机化合物等材料复合制成。将上述原料按一定的比例投入到振动式混合器中混合30～60min,然后用模具压块置于坩锅中以1300～1500℃煅烧2～3h,冷却后再粉碎形成颗粒度小于15μm的粉料。该抗老化剂可有效降低丙纶丝纤维的气孔率,提高抗氧化性能,对聚合物的稳定性好。而且添加该抗老化剂对聚丙烯纤维的性能没有影响。不同抗老化剂对黄色聚丙烯纤维稳定性影响如表1所示。1.2微胶囊的生物活性普通聚丙烯纤维及其织物使用过程中受温度、光照作用自身会发生缓慢降解,降解过程是不可控的,织物碎片会造成环境污染。超细二氧化钛由于晶体粒径的减小,其最大吸收波长320nm,大于老化测试波长254nm,粉体表现出明显的光催化活性及高的表面积。每一个超细二氧化钛均可作为一个单独的自由基源而引发周围基体的光催化反应,聚丙烯的碳氢键被破坏氧化生成过氧化自由基,在聚合物表面很容易与活泼氢反应生成更富反应性的过氧化氢自由基,可溶于碳氢化合物且能扩散到聚合物内,它与聚合物结构上的活泼氢进一步反应生成过氧化氢,反应产物与过渡金属具有很高的反应性,且能发生光解反应生成氢氧自由基。氢氧自由基自身是一种高效的氧化反应引发剂,在由表面扩散而入的氧的参与下,引起一系列氧化连锁反应,生成过氧化物,这些过氧化物将导致聚丙稀分子量降低,形成可被生物吸收的羧酸。微胶囊技术将含有超细二氧化钛的特种降解剂包覆成10～20μm的粒子,并在纺丝过程中将微胶囊粒子均匀黏附到聚丙烯纤维表面中。这些微胶囊壁材在使用年限后会逐渐自行破裂,包覆在壁材中的含有超细二氧化钛的特种降解剂缓慢释放。促进改性环保可降解聚丙烯纤维降解过程,使聚丙烯纤维降解到被自然界吸收的羟酸,对环境不造成污染。1.3控制拉伸张力将三根222dtex/65根的单丝经4kg高压气流进行抱合空变,并采用变频控制器调节送出与卷取比,控制拉丝张力。使聚丙烯纤维空变丝外表形成一层高度为1mm的均匀细小毛圈,这种小毛圈增加了丙纶纤维之间的摩擦力,在织造时丙纶纤维不容易散开断裂,同时增加了奥力芬环保布的舒适性。1.4主要技术指标根据国家标准GB/T17253—1998《合成纤维丝织物》和企业标准Q/LDH001—2003《合成纤维丝织物》,检测了改性环保可降解聚丙烯纤维的主要技术指标。空变前纤度:220dtex/65根空变后纤度:800dtex/195根卷曲率:20%干热收缩率:6.5%(测试条件:110℃热空气处理15min)湿热收缩率:4.7%(测试条件:100℃水浴处理30min)强度:1.87cN/dtex2聚丙烯纤维复合布随着人们生活水平的提高,户外帐篷、广告伞、太阳伞、沙滩椅、休闲椅等休闲旅游制品的需求量日益增加。太阳伞等户外制品要求在一年半的使用寿命期内,具备较强的抗老化、抗紫外性能;在一年半的寿命期外,希望聚丙烯纤维制品能快速生物降解,对环境不造成污染。由改性环保可降解丙烯纤维织成的聚丙烯织物(Olefine,奥力芬环保布,经纬纱线密度为800dtex/195根,经纬密度140×130根/10cm),具备热稳定性和光稳定性好,抗紫外线和抗红外线强等优点,在室外使用一年半之后,这种改性聚丙烯纤维就会加速生物降解,直至可被大自然吸收的状态,符合环保要求。若放置户外,两个月其强度损失为78%,聚丙烯纤维会自行降解,形成被自然界吸收的状态,图1所示。在户外条件下的奥力芬环保布,在微胶囊未破裂之前其相对断裂强度一直持续在0.75以上。在使用18个月后,微胶囊逐渐破裂,奥力芬环保布相对断裂强度迅速下降。参照国家标准GB/T17253—1998《合成纤维丝织物》和企业标准Q/LDH001—2003《合成纤维丝织物》,奥力芬环保布的主要技术指标:耐光色牢度(40h)≥4级耐摩擦色牢度干摩≥4级湿摩≥4级耐洗色牢度变色≥4级?沾涤≥4级?沾棉≥4级断裂强力经向≥700N、纬向≥70