本發(fā)明屬于生物基高分子材料與功能紡織復(fù)合材料，具體涉及一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、錦綸包芯紗因其芯層強(qiáng)度高、外層手感柔軟，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)服飾、功能面料、戶外織物及工業(yè)用紡織品領(lǐng)域。其中，錦綸纖維通常采用尼龍-6或尼龍-66作為芯層材料，具有優(yōu)異的耐磨性與力學(xué)性能。然而，傳統(tǒng)錦綸材料主要來(lái)源于石油資源，碳排放高，不符合當(dāng)前綠色低碳發(fā)展趨勢(shì)。隨著生物基材料技術(shù)的發(fā)展，生物基尼龍-6逐漸應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，但其在熱收縮穩(wěn)定性、耐候性、抗紫外性能及功能耐久性方面仍存在不足。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)錦綸包芯紗的功能提升多依賴于無(wú)機(jī)填料添加或后整理涂層處理方式，例如添加納米二氧化鈦、抗菌劑或通過(guò)表面涂覆功能層實(shí)現(xiàn)抗紫外或抗菌性能。這類方法存在功能持久性差、易脫落、影響紡絲流變性能以及降低纖維柔韌性的缺陷。同時(shí)，傳統(tǒng)共混改性方式多為簡(jiǎn)單物理?yè)交欤狈Ψ肿訉用娴慕Y(jié)構(gòu)重構(gòu)，難以在不犧牲加工穩(wěn)定性的前提下實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與功能性能的協(xié)同提升。
3、現(xiàn)有錦綸改性體系主要集中于單一化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控，例如引入多酚配位結(jié)構(gòu)或硅烷偶聯(lián)結(jié)構(gòu)，但其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，難以形成穩(wěn)定的多點(diǎn)拓?fù)淝度朐鰪?qiáng)體系，特別是在高溫熔融紡絲條件下容易發(fā)生結(jié)構(gòu)解離，導(dǎo)致改性效果衰減。因此，如何構(gòu)建一種能夠在熔融加工過(guò)程中原位形成穩(wěn)定多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同結(jié)構(gòu)的改性體系，并引入未在錦綸包芯紗領(lǐng)域應(yīng)用且能夠產(chǎn)生意想不到增強(qiáng)效果的有機(jī)小分子，從分子結(jié)構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性與功能耐久性的協(xié)同提升，成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了克服上述背景技術(shù)中生物基錦綸包芯紗熱穩(wěn)定性不足、功能耐久性差、改性結(jié)構(gòu)單一以及傳統(tǒng)物理共混難以實(shí)現(xiàn)分子層面協(xié)同增強(qiáng)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗及其制備方法，通過(guò)在生物基尼龍-6分子鏈間原位構(gòu)建硼氧雜環(huán)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)巰基交換結(jié)構(gòu)及界面錨定結(jié)構(gòu)形成多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同增強(qiáng)體系，并引入具有剛性多酚共軛結(jié)構(gòu)的鞣花酸作為功能調(diào)控有機(jī)小分子，實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)層面的內(nèi)嵌式協(xié)同改性。本發(fā)明采用在熔融加工過(guò)程中原位構(gòu)建多點(diǎn)拓?fù)淝度刖W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)同改性方式，使改性結(jié)構(gòu)成為生物基尼龍-6分子體系的一部分，同時(shí)通過(guò)鞣花酸的剛性共軛骨架與多酚羥基作用位點(diǎn)增強(qiáng)鏈間作用力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而在不影響紡絲加工性能的前提下實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及抗紫外性能的協(xié)同提升。本發(fā)明通過(guò)分子級(jí)多網(wǎng)絡(luò)協(xié)同結(jié)構(gòu)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)生物基錦綸包芯紗強(qiáng)度提升、熱收縮率降低及功能耐久性顯著增強(qiáng)的綜合性能優(yōu)化。
2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，所述錦綸包芯紗包括以下重量份原料：協(xié)同改性生物基尼龍-6?70～90份；鞣花酸?0.5～3.0份；抗氧化劑?0.1～0.5份；納米二氧化鈦?0.2～1.5份；抗靜電劑?0.2～1.0份；潤(rùn)滑劑?0.1～0.5份；所述協(xié)同改性生物基尼龍-6是由生物基尼龍-6與苯硼酸、鄰苯二酚、2,3-二巰基丁二酸及γ-氨丙基三乙氧基硅烷在熔融反應(yīng)條件下通過(guò)原位形成硼氧雜環(huán)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)巰基交換結(jié)構(gòu)及界面錨定結(jié)構(gòu)協(xié)同改性而得到。
4、可選地，協(xié)同改性生物基尼龍-6包括以下重量份原料：生物基尼龍-6?70～90份；苯硼酸?1～5份；鄰苯二酚?1～6份；2,3-二巰基丁二酸?0.5～3.0份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷?0.5～3.0份。
5、可選地，協(xié)同改性生物基尼龍-6的制備方法包括以下步驟：
6、（1）對(duì)生物基尼龍-6進(jìn)行干燥處理；
7、（2）將苯硼酸、鄰苯二酚、2,3-二巰基丁二酸及γ-氨丙基三乙氧基硅烷與所述生物基尼龍-6進(jìn)行熔融共混反應(yīng)；
8、（3）將所得熔融物擠出造粒，得到協(xié)同改性生物基尼龍-6。
9、可選地，步驟（1）的反應(yīng)條件為在80～100℃條件下干燥4～8?h，真空度為－0.08～－0.095?mpa。
10、可選地，步驟（2）的反應(yīng)條件為在雙螺桿擠出機(jī)中于230～250℃條件下進(jìn)行熔融共混，螺桿轉(zhuǎn)速為200～500?r/min，停留時(shí)間為1～3?min。
11、可選地，步驟（3）的反應(yīng)條件為擠出條進(jìn)入10～25℃冷卻水槽中冷卻10～60?s，隨后以200～500?r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行切粒，粒徑為2～4?mm。
12、可選地，抗氧化劑是由抗氧劑1010與抗氧劑168按照質(zhì)量比為1∶0.3～1∶1混合而成；所述抗靜電劑是由季銨鹽型抗靜電劑與聚醚型抗靜電劑按照質(zhì)量比為1∶0.5～1∶2混合而成；所述潤(rùn)滑劑是由乙撐雙硬脂酰胺與硬脂酸鋅按照質(zhì)量比為1∶0.2～1∶1混合而成。
13、可選地，一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
14、s1，將協(xié)同改性生物基尼龍-6母粒與鞣花酸、抗氧化劑、納米二氧化鈦、抗靜電劑及潤(rùn)滑劑按照配比進(jìn)行混合，得到紡絲用復(fù)合物料；
15、s2，將所述復(fù)合物料加入熔融紡絲設(shè)備中進(jìn)行熔融擠出，經(jīng)計(jì)量泵輸送至噴絲組件形成初生絲條，并進(jìn)行冷卻成形與牽伸處理，得到改性錦綸長(zhǎng)絲；
16、s3，以所述改性錦綸長(zhǎng)絲為芯絲，通過(guò)環(huán)錠紡或氣流紡工藝與外包覆短纖維進(jìn)行包覆復(fù)合，得到環(huán)保型生物基錦綸包芯紗。
17、可選地，步驟s1的反應(yīng)條件為混合溫度為20～40℃，混合時(shí)間為10～30?min，混合轉(zhuǎn)速為200～800?r/min；所述步驟s2的反應(yīng)條件為熔融擠出溫度為235～260℃，計(jì)量泵轉(zhuǎn)速為10～30?r/min，噴絲組件溫度為240～260℃，側(cè)吹風(fēng)溫度為18～25℃、風(fēng)速為0.3～0.8m/s，牽伸倍數(shù)為3.0～5.0倍。
18、可選地，步驟s3的反應(yīng)條件為包覆短纖維的線密度為1.2～2.5?dtex、長(zhǎng)度為32～51?mm，芯絲與外包纖維的質(zhì)量比為60∶40～85∶15，紡紗捻度為350～900?t/m，成紗線密度為20～80?tex。
19、本發(fā)明的有益效果是：
20、本發(fā)明通過(guò)在生物基尼龍-6分子鏈間原位構(gòu)建硼氧雜環(huán)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)巰基交換結(jié)構(gòu)及界面錨定結(jié)構(gòu)形成可重構(gòu)拓?fù)淝度刖W(wǎng)絡(luò)，并引入具有高剛性共軛骨架的鞣花酸參與多重氫鍵與π-π作用，實(shí)現(xiàn)鏈段運(yùn)動(dòng)受限與分子間作用力增強(qiáng)，在不增加無(wú)機(jī)填料用量的情況下使拉伸強(qiáng)度提高15～30%、熱收縮率降低30%以上、耐熱變形溫度提升10～20℃，同時(shí)顯著提高抗紫外與抗氧化耐久性能，從分子結(jié)構(gòu)層面獲得穩(wěn)定、持久且可重構(gòu)的協(xié)同增強(qiáng)效果。
1.一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述錦綸包芯紗包括以下重量份原料：協(xié)同改性生物基尼龍-6?70～90份；鞣花酸?0.5～3.0份；抗氧化劑?0.1～0.5份；納米二氧化鈦?0.2～1.5份；抗靜電劑?0.2～1.0份；潤(rùn)滑劑?0.1～0.5份；所述協(xié)同改性生物基尼龍-6是由生物基尼龍-6與苯硼酸、鄰苯二酚、2,3-二巰基丁二酸及γ-氨丙基三乙氧基硅烷在熔融反應(yīng)條件下通過(guò)原位形成硼氧雜環(huán)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)巰基交換結(jié)構(gòu)及界面錨定結(jié)構(gòu)協(xié)同改性而得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述協(xié)同改性生物基尼龍-6包括以下重量份原料：生物基尼龍-6?70～90份；苯硼酸?1～5份；鄰苯二酚?1～6份；2,3-二巰基丁二酸?0.5～3.0份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷?0.5～3.0份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述協(xié)同改性生物基尼龍-6的制備方法包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述步驟（1）的反應(yīng)條件為在80～100℃條件下干燥4～8?h，真空度為－0.08～－0.095?mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述步驟（2）的反應(yīng)條件為在雙螺桿擠出機(jī)中于230～250℃條件下進(jìn)行熔融共混，螺桿轉(zhuǎn)速為200～500r/min，停留時(shí)間為1～3?min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述步驟（3）的反應(yīng)條件為擠出條進(jìn)入10～25℃冷卻水槽中冷卻10～60?s，隨后以200～500?r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行切粒，粒徑為2～4?mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗，其特征在于，所述抗氧化劑是由抗氧劑1010與抗氧劑168按照質(zhì)量比為1∶0.3～1∶1混合而成；所述抗靜電劑是由季銨鹽型抗靜電劑與聚醚型抗靜電劑按照質(zhì)量比為1∶0.5～1∶2混合而成；所述潤(rùn)滑劑是由乙撐雙硬脂酰胺與硬脂酸鋅按照質(zhì)量比為1∶0.2～1∶1混合而成。
8.一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗的制備方法，其特征在于，所述步驟s1的反應(yīng)條件為混合溫度為20～40℃，混合時(shí)間為10～30?min，混合轉(zhuǎn)速為200～800r/min；所述步驟s2的反應(yīng)條件為熔融擠出溫度為235～260℃，計(jì)量泵轉(zhuǎn)速為10～30?r/min，噴絲組件溫度為240～260℃，側(cè)吹風(fēng)溫度為18～25℃、風(fēng)速為0.3～0.8?m/s，牽伸倍數(shù)為3.0～5.0倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種環(huán)保型生物基錦綸包芯紗的制備方法，其特征在于，所述步驟s3的反應(yīng)條件為包覆短纖維的線密度為1.2～2.5?dtex、長(zhǎng)度為32～51?mm，芯絲與外包纖維的質(zhì)量比為60∶40～85∶15，紡紗捻度為350～900?t/m，成紗線密度為20～80?tex。