一种具有凉感功能的生物基尼龙56防晒面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有凉感功能的生物基尼龙56防晒面料及其制备方法，属于服装面料技术领域。

背景技术

在全球推崇环保可持续发展理念的背景下，生物基纺织材料应运而生。目前市场上，大部分尼龙的生产主要依靠于石油，但石油作为不可再生资源，过度的消耗会造成资源枯竭的隐患，同时，在生产与应用过程中还会引发众多环境问题。尼龙56，作为一种生物基材料，由生物基戊二胺和石油基己二酸聚合而成，减少了对化石燃料的依赖，具有较低的碳足迹，能够满足一定的绿色环保的要求。除了使用环保原料，生物基尼龙56还具有良好的生物降解性和可回收性，减少对环境的负荷。随着全球气候变暖和紫外线辐射对人体健康的威胁日益加剧，防晒面料的需求逐渐增长。同时，在炎热的夏季，人们也追求穿着凉爽的衣物。目前市场上存在一些凉感面料和防晒面料，但往往无法兼顾两者的功能。因此，研发一种同时具备凉感和防晒功能的生物基尼龙56面料，具有重要的商业应用价值。

目前国内对凉感功能面料的研究主要是通过以下几个方式赋予面料凉感功能：通过对面料纤维原材料的改性或者面料织物组织结构的设计、面料织物生产工艺。在开发凉感纤维面料上面，国内就有上海某公司利用萃取和纳米技术，优选玉石粉、贝壳粉、云母粉等天然矿物质材料加工成纳米级颗粒，然后与亲水性切片纺丝并编织成织物，使人们在炎热夏天增加阵阵清凉感，更多能感受到清爽美好的舒适性。但玉石粉、贝壳粉、云母粉等天然矿物质材料纳米颗粒作为凉感改性剂时，与基体之间存在相容性差的问题，易发生凉感改性剂团聚的现象。且上述纳米颗粒作为凉感改性剂，存在导热性能不理想的问题，不利于扩散体热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有凉感功能的生物基尼龙56防晒面料及其制备方法，该面料能够带来优异且持久的凉感，且具有优异的扩散体热的效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具有凉感功能的生物基尼龙56防晒面料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将改性凉感功能粉体与生物基尼龙56粉混合后加工成切片；将切片干燥后熔融纺丝，制得长丝；然后根据产品要求将长丝编织成面料；

S2、将羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、氨基化碳化硅、木糖醇、薄荷醇、木质素加入至溶剂内混合，然后再加入环氧氯丙烷，搅拌均匀后反应一定时间，将所得凝胶置于水中进行置换，得到纤维素水凝胶；

S3、将纤维素水凝胶均匀涂布于面料表面后固化，得凝胶面料；

S4、采用染色和紫外线防护整理一浴加工法对凝胶面料进行染整并固色，再对凝胶面料进行热定型处理。

优选地，步骤S1中，所述的凉感功能粉体为纳米云母、玉石粉和氮化铝中的一种或多种；

改性凉感功能粉体与生物基尼龙56粉的质量比为1:(46-49)。

优选地，步骤S1中，所述的凉感功能粉体改性方法为：

将硅烷偶联剂KH550分散在无水乙醇中，超声分散1～2小时，得体系A；

将凉感功能粉体表面处理后加入到无水乙醇中，用甲酸调节反应体系的pH值至3～5之间，然后在60-70℃水浴条件下，加热搅拌2～3小时，得体系B；

将体系A加入至体系B中混合，60-70℃下反应2～3小时后烘干研磨，得到改性凉感功能粉体。

优选地，步骤S1中，熔融纺丝后的长丝呈Y字形、W字形、T字形异型截面。

优选地，步骤S2中，所述的羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、环氧氯丙烷的质量比为(3-4):(1-2):(4-6)；氨基化碳化硅、木糖醇、薄荷醇、木质素的加入量分别为羟丙基甲基纤维素与羟乙基纤维素总质量的5-8％，3-5％，1-5％，0.5-2％。

优选地，步骤S2中，所述的氨基化碳化硅的制备方法为：将纳米碳化硅、甲苯、硅烷偶联剂KH-550混合后超声分散10-20min，氮气气氛下升温至80-90℃，回流冷凝，再搅拌5-6h后抽滤、洗涤，80-100℃下真空干燥10-12h，得到氨基化碳化硅。

优选地，步骤S2中，所述的反应条件为：25-35℃，30-50h；

步骤S3中，所述的固化为室温下固化5-7h。

优选地，步骤S3中，所述的染色和紫外线防护整理一浴加工法具体为：将2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮和酸性红MZ-2B与水混合，pH缓冲液调节pH，25-35℃入染，先以1-3℃/min升温至50-60℃，再以1-2℃/min升至染色温度90-100℃，染色0.5-1.5h，结束后将凝胶面料水洗，烘干；

其中，具体工艺参数为：

优选地，步骤S3中，所述的热定型处理具体为：

预热：将凝胶面料置于预热室中，加热至30-50℃；

张力调整：调整机器张力至凝胶面料自重的1.5-2倍，使凝胶面料保持张紧状态；

热定型：通过传送带将织物传送至热定型机中，在160-180℃下定型30-60s；

冷却：将热定型后的凝胶面料传送至冷却室中冷却至室温。

一种具有凉感功能的生物基尼龙56防晒面料，由任一上述的制备方法制备得到。

本发明的有益效果在于：

1、采用生物基尼龙56作为面料的基础材料，该材料是一种环保可持续的合成纤维，具有良好的强度和耐久性；且通过对长丝截面的设计，使得长丝具有“毛细效应”，能够提高体温扩散的效率和效果。

2、采用硅烷偶联剂KH550对凉感功能粉体进行改性处理，能够解决凉感功能粉体在生物基尼龙56基体材料中分散性问题，能够减少凉感功能粉体团聚现象的发生，促进凉感功能粉体与基体之间的相容性。且改性后的凉感功能粉体，制备凉感生物基尼龙56纱线，能够获得持久凉感。

3、通过在面料表面涂布纤维素水凝胶，在干燥状态下，水凝胶收缩，使面料上具有大量的空隙可保证人体产生的汗气透过，并能够吸收体表汗液，吸收体表汗液后水凝胶溶胀，能够扩大皮肤与面料间的间隙，使面料与皮肤从面接触变成点接触，防止皮肤产生湿粘感。

4、碳化硅能够提高面料的导热性，便于提高面料的散热效果，保持面料的凉感效果，但碳化硅作为一种无机非金属材料，与生物基尼龙56以及纤维素水凝胶这类有机高分子材料存在相容性差的问题，不利于碳化硅的分散，而将碳化硅氨基化后，能够提高与纤维素水性胶之间的相容性，便于氨基化碳化硅的分散，因此，能够使氨基化碳化硅均匀地分散于面料上，利于导热，提高了面料的散热效果。

5、将木糖醇、薄荷醇加入纤维素水凝胶中，能够在纤维素水凝胶吸收体表汗液溶胀后改变分子间距离，使内部的部分木糖醇、薄荷醇逐渐释放出来，给体表带来凉感；同时，木糖醇、薄荷醇的存在还能够提高面料的抗菌效果；通过加入木质素能够提高水凝胶的成孔性能，增加纤维间的空隙，提高水凝胶的表观性状。

6、氨基化碳化硅具有优异的耐磨性，加入纤维素水凝胶中可以提高耐磨性，延长使用寿命；且氨基化碳化硅具有良好的抗拉伸性能，使涂布在面料表面的纤维素水凝胶在拉伸时不易龟裂；氨基化碳化硅还可以改善羟丙基甲基纤维素水凝胶的亲水性，使得纤维素水凝胶更容易附着在面料表面，提高附着力。

7、采用染色和紫外线防护整理一浴加工法，相较于传统的两步走工艺，缩短了工艺流程，提高了生产效率，在实现抗紫外功能的同时利于节能减排。

附图说明

图1为凉感功能粉体改性的流程图；

图2为织物组织图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。

实施例1

1、凉感生物基尼龙56切片的制备

采用共混法制备凉感生物基尼龙56切片，选取纳米云母作为生物基尼龙56的凉感改性剂。为减少凉感功能粉体团聚现象的发生，促进凉感粉体与基体之间的相容性，首先将云母进行表面处理，即采用硅烷偶联剂KH550处理粉体，减小粉体粒径大小，从而解决纳米粉体在聚合物基体材料中的分散性问题。具体地来说，是将纳米云母粉体加入到无水乙醇中，用甲酸调节反应体系的pH值到3-5之间，优选4；在65℃的水浴条件下，加热搅拌2小时；同时将硅烷偶联剂KH550分散在无水乙醇中，超声分散1小时；再将两者混合，65℃下反应2小时，得到处理后的纳米云母。反应流程如图1所示。

将生物基尼龙56粉和改性纳米云母在真空环境、120℃下干燥24小时。按照2wt％质量的比例称取改性纳米云母作为凉感粉体以及98wt％的生物基尼龙56粉，将两种原料倒入高速混合机中预混，再倒入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出、冷却干燥，得到凉感生物基尼龙56切片。

双螺杆挤出机所采用的工艺参数见下表：

表1双螺杆挤出机的工艺参数

2、凉感生物基尼龙56长丝的制备

在进行纺丝之前，需要对原料进行干燥处理，避免在纺丝过程中出现飘丝、断头等现象，导致成品丝的质量受到影响。凉感生物基尼龙56切片需在90℃下，真空度为-0.1MPa的条件下干燥12h以上，之后进行熔融纺丝。切片经螺杆挤出机、纺丝箱体、计量泵、复合纺丝组件、侧吹风冷却、上油、牵伸、卷绕收丝制备生物基尼龙56长丝，其纺丝参数见表2。熔融纺丝后的长丝呈Y字形截面。

表2凉感生物基尼龙56长丝的纺丝工艺

3、凉感生物基尼龙56纱线制备

生物基尼龙56纯纺纱线采用传统的纺纱工艺会导致成纱质量差，未显示出生物基尼龙56长丝的优良性能，因此选用了新型赛络纺纱工艺，纺制的纱线细度为20.8×2tex，所纺纱线质量与其他纺纱工艺相比明显改善。其工艺流程包括清梳联→并条→粗纱→细纱→络筒工序。具体地来说：

(1)清梳联工艺

清花工序原则上以“柔性分梳”为主，以梳代打，快速转移，防止缠绕，减少损伤。工艺配置上主要控制打击点的数量及打手转速，隔距以偏大为宜，打手转速比棉低10％左右。根据以上原则，确定开清棉工序主要工艺参数为：抓棉打手速度960r/min，行走速度为14m/min，打手伸出肋条高度+3mm，精开棉机打手速度300r/min。

本发明所纺制的20.8×2tex生物基尼龙56赛络紧密纺纱所用的梳棉工序工艺参数为：干重4.6g/m，出条速度110m/min，锡林转速330r/min，刺辊转速710r/min，盖板速度78mm/min。

(2)并条工艺

头并采用6根混和条喂入，牵伸倍数为7.66，干定量为18g/5m；头并线速度330m/min，罗拉隔距14mm×20mm，后区牵伸倍数1.7；末并6根并合，牵伸倍数为6.17，熟条干定量17.5g/5m，罗拉隔距12mm×20mm，后区牵伸倍数为1.25；出条速度320m/min。

(3)粗纱工艺

粗纱工序主要工艺参数为：捻度41捻/m，干定量3.75g/10m，锭子转速860r/min，牵伸倍数9.33，钳口隔距6.5mm，前罗拉转速256r/min，罗拉隔距12mm×28mm×40mm。

(4)细纱工艺

细纱工序上机工艺参数为：细纱支数20.8tex，标准干重1.902g/100m，公定回潮率9.77％，设计捻系数357，后区牵伸倍数1.148倍，总机械牵伸51.3倍，前中罗拉隔距18mm，中后罗拉隔距45mm。

(5)络筒工艺

络筒工序的上机工艺从紧掌握，自络线速度控制在1280m/min，平衡压力2.8Pa左右。在保证筒纱成形的情况下，卷绕张力宜小不宜大。

4、织造工艺

根据凉感纱线的应用情况，本发明专利开发凉感防晒面料产品，设计了平纹组织，纱线在织物中的交织点多，使织物挺括坚牢，比同规格的其他组织织物耐磨性好，强度高，布面匀整且正反面相同，广泛应用于室内外防晒服装中。平纹组织的组织图如图2所示。织造工艺流程为原纱→络筒→整经→浆纱→织造，具体地来说，经纱：络筒→整经→浆纱→穿经；纬纱：筒纱→络筒；经+纬：织造→整理→检验→成包。

5、涂布工艺

(1)制备氨基化碳化硅

将5g纳米碳化硅、50甲苯、0.3硅烷偶联剂KH-550混合后超声分散15min，氮气气氛下升温至85℃，回流冷凝，再搅拌5h后抽滤、洗涤，100℃下真空干燥12h，得到氨基化碳化硅。

(2)制备水凝胶

将12g羟丙基甲基纤维素、4g羟乙基纤维素、1g氨基化碳化硅、0.5g木糖醇、0.5薄荷醇、0.1g木质素加入至丙二醇与水的混合液内，然后再加入16g环氧氯丙烷，搅拌均匀后于30℃下反应45h，将所得凝胶置于水中进行溶剂置换，得到纤维素水凝胶；

(3)水凝胶涂布

取纤维素水凝胶采用涂布法涂布于面料表面，在室温下固化6h，得凝胶面料，涂层厚度控制在0.3mm内。

6、染整工艺

尼龙56是夏季防晒服常用的服饰面料，但由于其分子结构的特殊性，因此对热和光较敏感，耐热和耐光稳定性差，使用过程中它的强力损失很大。经紫外线防护整理后可减缓尼龙56纤维的老化速度，提高其耐光牢度，同时又能达到保护人体皮肤的目的。本发明创新采用了生物基尼龙56织物的染色和紫外线防护整理一浴加工法，相较于传统的染色和抗紫外防护整理两步走工艺，缩短了工艺流程，提高了生产效率，利于节能减排。

(1)染色工艺

采用结构类似酸性染料的紫外吸收剂(2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮)和酸性红MZ-2B染料，在红外线高温高压染色机内对生物基尼龙56进行染色和紫外线防护整理一浴加工。浴比1:100，pH缓冲液调节pH值，30℃入染，先以2℃/min升温至50℃，再以1℃/min升至染色温度95℃，染色1h，结束后将生物基尼龙56织物水洗，烘干。其中具体工艺参数为：

(2)固色工艺

在振荡式常温常压染色机内将已经完成染色和抗紫外整理后的生物基尼龙56进行固色。用pH缓冲液调节pH值，在染样机升温至60℃时加入生物基尼龙56，用阳离子型固色剂CWF-HC固色40min，再用阴离子型NBS在60℃条件下固色40min。固色结束后，将生物基尼龙56织物水洗，烘干。其中具体工艺参数为：

(3)热定型处理

生物基尼龙56织物在染色、后整理后，需要进行热定型处理，以固定织物形态和改善织物性能。热定型处理采用干燥机进行。具体工艺流程如下：

预热：将织物置于预热室中，加热至40℃，以达到热定型所需温度；

张力调整：调整机器的张力，为织物自重的1.5倍，使其保持合适的张力状态；

热定型：通过传送带将织物传送至热定型机中，维持一定时间和温度(160℃，4s)，使织物内部的纤维排列和结构变化，固定织物形态和改善织物性能；

冷却：将热定型后的织物传送至冷却室中，使其冷却至室温。

热定型后面料具有了较好的外观，尺寸稳定，达到了预期效果。

面料基本参数：

克重：40g/m

幅宽：145cm

经密：225T

纬密：185T

厚度：1.0mm。

对比例1

与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例1中在生物基尼龙56面料表面未涂布纤维素水凝胶。

对比例2

与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例2中纤维素水凝胶中未加入氨基化碳化硅。

对比例3

与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例3中纤维素水凝胶中加入的是碳化硅。

对比例4

与实施例1基本相同，不同之处在于，对比例4中纤维素水凝胶中未加入木糖醇、薄荷醇。

性能测试

表3采用GB/T35263-2017《纺织品接触瞬间凉感性能的检测和评价》检测制备的生物基尼龙56面料的瞬间凉感性能。其中，载样台的温度为20±0.5℃、热检测板的温度为35±0.5℃，温差为15℃。面料瞬间接触凉感在织物冷感测试仪上进行热流量传递试验，测试实施例1、对比例1-4的面料接触温冷感，即接触凉感系数qmax。平行测定三次并取三次测试数据的平均值，测试结果如表3所示(三次平均值)。表3中同时给出了实施例1、对比例1-4中生物基尼龙56面料的热导率(GB/T11048-2008)。

表3

由表3中测试结果可知，实施例1中的生物基尼龙56面料的瞬间凉感性能要明显优于对比例1-4中生物基尼龙56面料的瞬间凉感性能。且实施例1中的生物基尼龙56面料的热导率也明显优于对比例1-4中生物基尼龙56面料的热导率。也即实施例1中的生物基尼龙56面料表现出更优异的瞬间凉感性能以及更优异的热导率，能够提高对人体带来的凉感，并通过优异的热导率能够利用向外扩散体热。

同时，对实施例1、对比例1-4中生物基尼龙56面料的吸湿快干性能进行了测试，测试方法参照GB/T 21655.1-2008，结果如表4所示，其中，蒸发速率和透湿率两个数值越大，代表吸湿快干性能越好。

表4

由表4中结果可知，实施例1中的生物基尼龙56面料的蒸发速率要优于对比例1-4中生物基尼龙56面料的蒸发速率，且透湿量能够满足规定标准(≥10000)，具有优异的吸湿快干性能。

以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。