[发明专利]热固性和热塑性纤维及其通过UV固化的制备

说明书

发明领域

本发明提供用于制备热固性和热塑性聚合物纤维的工艺，所述工艺使用紫外固化技术并且提供根据本发明的工艺制备的包封的、可生物降解的、可再生的功能性聚合物纤维。

背景技术

现代纤维工业是一项巨大的产业并且纤维可见于多种应用。聚合物纤维构成世界纤维市场的最大部分并且被用于制备纱、线、针织或织造布料、非织造布料，例如毛巾、尿布、工业服装、医疗和保健服装或过滤服装。

根据当聚合物纤维暴露于热时的行为来定义，聚合物纤维主要有两类：热塑性和热固性纤维。通常在第一步骤中生产热塑性聚合物，然后在后续工艺中制成产品。当加热时，热塑性材料软化并且可成形。当处于该软化(熔化)状态时，聚合物熔体可以成形或成型。当冷却至显著低于它们的软化点时，它们变得坚硬并且可用作成形物品。通过将该类型的聚合物再加热和再成型或形成新物品，可将其容易地回收。相比之下，热固性聚合物受热后不会熔化，无法在任何程度上成型或形成并且在进一步加热时将会分解。热固性聚合物是由彼此不可逆交联的聚合物链制成的，因此形成三维(互联的)聚合物结构。该结构的形成工艺称为固化。可通过加热，或通过化学反应或诸如紫外辐射的辐照来完成固化。固化的热固性聚合物是热固性的。因此，在热固性材料固化后，它无法熔化和再成型。热固性聚合物的实例包括Bakelite、Formica和强力胶。在化学上，可将热塑性聚合物视为热固性聚合物的子类，但交联等于零。

过去30年来，对环境的关注逐渐增加，并且正在进行对削减挥发性有机化合物(VOC)排放的立法，这已经成为辐射固化涂料发展背后的主要推动力。包括紫外(UV-固化)和电子束(EB)固化技术在内的辐射固化现在被越来越多地用于各种应用，因为该清洁和绿色技术与其它传统的固化方法相比产率增加。现在通常将该技术用于实施保护性涂料、清漆、印刷油墨和粘合剂的迅速干燥，以及用于产生微电路和印刷板的生产中所需的高清晰度图像。因此，辐射固化的使用可用于聚合和提供迅速的化学反应、空间分辨率、环境温度操作、无溶剂配制物和低能量消耗。

与纤维相关的UV固化技术的应用之一是光学玻璃纤维的UV涂料。通常在此类纤维上涂布两层UV涂料：内部软涂料和外部硬涂料。此类涂料往往是彩色的，以便区分不同类型的玻璃纤维。尽管要着色，UV涂覆生产线产量很大，允许在通常高于35m/秒(2100m/分钟)的高速下进行玻璃的两阶段涂覆。

由液体状态生产纤维形式的工艺被称为纤维纺丝。基本纤维纺丝工艺有相当多的变体。最常见的变体被称为熔体纺丝，顾名思义，熔体纺丝意指由聚合物熔体生产纤维。对于非可熔化的聚合物(在熔点以下降解)，应用溶液纺丝。在此仅提及三种重要类型的纤维溶液纺丝工艺：干法纺丝、湿法纺丝和干喷湿法纺丝。在干法纺丝工艺中，将聚合物溶液挤出至蒸发气流中。在湿法纺丝工艺中，将溶液射流挤出至沉淀性的液体介质中。在干喷湿法纺丝中，挤出的溶液穿过空气隙，然后进入凝固浴。下面提供了更详细的描述：

熔体纺丝。将纤维形成材料在高于它的熔点(通常200-3000C)下加热，并通过喷丝头挤出熔化的材料。液体射流从喷丝头孔出现时，在空气中固化为丝。熔体纺丝非常普遍地被用于制造有机纤维，例如尼龙、聚酯和聚丙烯纤维。

干法纺丝。将形成聚合材料的纤维在挥发性有机溶剂中的溶液通过喷丝头挤出至热的环境中。热空气流冲击由喷丝头出现的溶液的射流，蒸发溶剂，并留下固体丝。诸如乙酸酯、丙烯酸和聚氨酯弹性体的纤维是通过热空气中适合的溶液的干法纺丝获得的。

湿法纺丝。将聚合物在有机溶剂中的溶液通过喷丝头中的孔挤出至凝固浴(也含有溶剂)中。液体的射流在凝固浴中由于化学或物理变化而凝固并且作为纤维而被拉出。通过该工艺获得的有机纤维的实例包括人造丝和丙烯酸纤维。

干喷湿法纺丝。通过干喷湿法纺丝方法处理芳纶纤维。在该工艺中，将各向异性溶液通过喷丝头孔挤出至空气隙(约1cm)，然后挤出至凝固浴中。洗涤、中和并干燥凝固的纤维。

这些方法常见的几个因素是：

在纤维形成前，聚合物应为液体。它可通过将聚合物熔化或溶解于溶剂中而得到。

纤维应当由聚合物形成。

聚合的工艺和纤维形成的工艺是单独的工艺。

示意性地，由预成形的聚合物来形成纤维的工艺可描述为两个主要步骤：

由单体(M)形成聚合物：M+M-＞pM(相对较慢的工艺)

纺丝工艺：聚合物M-＞纤维(聚合物M)(快速的工艺)

本发明涉及通过辐射，尤其是使用紫外和可见辐射来制备热固性和热塑性聚合物纤维以及纳米纤维。

发明概述