一种uv固化电纺的彩色微纳米纤维绞线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种UV固化电纺的彩色微纳米纤维绞线及其制备方法，属于纳米材料制备领域。
【背景技术】
[0002]各种纤维，不论是天然纤维、人造纤维和合成纤维，都各有长处，也有各自的短处。天然纤维穿着舒适，印染各种花色都比较容易，但除了棉花以外，像羊毛和蚕丝，产量都不高，价格也较贵;人造纤维，吸湿性好，印染花色也相对容易，但在润湿状态时的强力低，因此不经洗不耐穿;合成纤维像涤纶等，一般强力高，耐磨好，但不易染色，价格也较高。人们希望的纤维及纤维织物，能够既透气舒服，耐洗耐穿，又要满足颜色花式。现有的技术较难克服现有技术中纤维底色为单一白色的缺陷。目前生产的彩色纤维膜全部是成膜后用染料直接进行染色，染色后存在容易褪色、掉色的问题，且染色过程需要进行高温加热，消耗大量的蒸汽，存在能源浪费，这大大限制了彩色纤维薄膜市场和应用领域。除此而外，为了保证染色后的薄膜色泽饱满亮丽，一般需要使用浓度较高的染料，直接染色后产生含有大量染料的污水，存在资源的浪费并且对环境造成了污染。
[0003]静电纺丝技术是一种简单有效制备微/纳米纤维的方法，使用静电纺丝技术制备的纳米纤维，可被制成绞线等更多丰富的结构，以扩展其应用范围。但是传统的静电纺丝技术，由于纺丝过程中会发挥大部分的有机溶剂，造成很大的资源浪费和环境污染，甚至有些有机溶剂还有毒性，会损害人的健康。而无溶剂纺丝技术在纺丝过程中不需要溶剂，因而解决了传统有溶剂纺丝污染环境的弊端。目前的无溶剂纺丝有熔体纺丝，热固化纺丝，UV光固化纺丝等。UV光固化可使用的材料很多，其中聚氨酯丙烯酸酯(PUA)是一种较为理想的紫外光固化树脂，常用于涂料和胶粘剂领域，其固化后的膜或纤维具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性、和优良的耐低温性能，是一种综合性能优良的辐射固化材料。对于UV光固化纺丝目前仅限于中国专利(CN104532367A)通过紫外固化的方法得到了聚氨酯微纳米纤维，中国专利(CN101021017A)也通过紫外固化的方法得到了聚氨酯类微纳米纤维，但其需要与活性稀释剂按照一定的比例混合使用，前驱液制备比较麻烦，并且制备的纤维普遍较短且不规则、固化不完全，长度最大值为I厘米，且韧性较差，不能被加工成绞线等较复杂的结构，而且这些纤维都不具备导电性能，限制了材料的应用范围。彩色光疗胶作为UV光固化新材料，具有无毒，无味，环保，健康等特点，在兼备丰富色彩、色泽饱满剔透的基础上，还有光泽保持持久、瞬间快干、耐磨损粘合性强等优点。它的主要成分是一种通过紫外线引发固化的丙烯酸树脂齐聚体，受到紫外光照射，光引发剂中的活性基因获得能量，能够与丙烯酸树脂中的双基通过光合反应催化而固化成型。由于彩色光疗胶黏稠度较稀，无法直接电纺成丝。
【发明内容】
[0004]本发明的目的克服现有技术中纤维底色为单一白色的不足，提供一种UV固化电纺的彩色微纳米纤维绞线及其制备方法，该绞线具有的丰富饱满的色彩，且牢色度好，不易掉色，具有较好的力学拉伸性能，同时在静电纺丝制备过程中无需添加有机溶剂，制备过程更加安全环保，适宜大规模生产。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0006]—种UV固化电纺的彩色微纳米纤维绞线，缠绕成所述绞线的微纳米纤维带有色彩，所述微纳米纤维含有光固化高分子材料和彩色光疗胶，所述微纳米纤维通过无溶剂电纺纺丝前驱液制得，电纺过程在少氧紫外光照环境下进行，所述纺丝前驱液含有光固化材料的液体预聚物、光引发剂和光疗胶，不含有机溶剂。
[0007]缠绕成本发明绞线的微纳米纤维是在少氧环境下，利用静电纺丝技术，以紫外光作为光源，引发具有化学反应活性的光固化预聚物快速聚合，同时伴有纤维的劈裂发生，生成固态的微纳米纤维，整个过程无有机溶剂参与，无挥发性有机化合物VOC排放，安全环保，适宜规模化生产，少氧环境下，氧阻聚现象不明显，光固化材料聚合完全，所得微纳米纤维较长且规则均一，柔韧性好，由这种纤维制成绞线，使所得柔性微纳米纤维绞线具有优良的拉伸回复性能，且其组成成分中有彩色光疗胶，是微纳米纤维具有丰富色彩，由于这种色彩是原料本身具有的，无需额外染色，避免了染色过程造成的资源浪费和环境污染等问题，同时，也避免了掉色的问题，使所得纤维色彩丰富且牢色度好。
[0008]进一步的，所述绞线有弹性可拉伸，其的断裂拉伸率为150%?250%。
[0009]发明人经过试验测得本发明的绞线的断裂拉伸率为150%?250%，具有较好的拉伸性能。
[0010]本发明还公开了一种UV固化电纺的彩色微纳米纤维绞线的制备方法，包括以下步骤:
[0011](I)配置纺丝前驱液:将光固化材料的液体预聚物与光引发剂、彩色光疗胶在避光环境下混合均匀，再在自然光环境下静置使其预聚，得纺丝前驱液；
[0012](2)制备绞线:将步骤(I)配得的纺丝前驱液置于制备有序微纳米纤维的静电纺丝装置连通纺丝喷头的储液机构中，并将所述静电纺丝装置的纺丝喷头和收集极置于少氧环境下进行电纺，电纺过程中用紫外光源对纺丝喷头喷出的射流和静电纺丝装置的收集极进行照射，收集收集极上有序排列的微纳米纤维，将其缠绕成粗细均匀的绞线即得彩色微纳米纤维绞线。
[0013]发明人认为，静电纺丝法制备UV固化材料微纳米纤维固化不完全、纤维普遍较短且不规则的原因在于:静电纺丝作为一种制备微纳米纤维的方法，将其用于制备光固化材料微纳米纤维，其制得的微纳米纤维的比表面积大特点，这种纤维形态增大了预聚物与氧气的接触面积，使其与空气中的氧气接触更加充分，放大了 UV固化材料在固化过程中的氧阻聚现象的作用，阻碍了预聚物的聚合固化，从而导致所制得的光固化材料微纳米纤维固化不完全、韧性差、纤维普遍较短且不规则，影响了纤维的规模化生产和应用前景。本发明的制备方法，选择在氧气浓度低的少氧环境下进行电纺过程制备微纳米纤维，在纺丝过程中，预聚物溶液在高电压作用下，从喷丝嘴喷出形成射流，射流中的光引发剂吸收紫外光的能量而产生活性自由基，活性自由基引发预聚物发生聚合反应，射流下落的过程中伴有纤维的劈裂，最终在收集极上形成聚合物微纳米纤维，从而实现无溶剂静电纺丝。少氧的纺丝环境，有效避免了在静电纺丝的氧阻聚现象，从而大量制得固化完全、形态规则且连续的微纳米纤维，且在纺丝过程中无有机溶剂参与，有效避免了有机溶剂挥发造成的环境污染，安全环保，该方法适用于光固化材料微纳米纤维的规模化工业生产。
[0014]进一步的，所述步骤(I)的光固化材料为聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸树脂中的一种或多种。
[0015]进一步的，所述步骤(I)的光固化材料为聚氨酯丙烯酸酯，所述光引发剂与聚氨酯丙烯酸酯的质量比为1:10?30，所述步骤(I)的静置预聚时间为I?2天。
[0016]在众多光固化材料中，聚氨酯丙烯酸酯(PUA)为一类较为理想的紫外光固化树脂，常用于涂料和胶粘剂领域，其固化后的膜或纤维具有聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性、高剥离强度和优良的耐低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性，是一种综合性能优良的辐射固化材料。作为涂料和胶