專利名稱：一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料。
近年來(lái)，人們利用超微細(xì)無(wú)機(jī)材料活加改性技術(shù)開(kāi)發(fā)了多種功能纖維材料，如遠(yuǎn)紅外纖維、防紫外纖維、抗菌纖維等。世界許多國(guó)家，尤其是日本，在遠(yuǎn)紅外纖維和織物的研究開(kāi)發(fā)方面做了大量工作。八十年代中后期，日本鐘紡、東麗、尤尼吉卡、可樂(lè)麗和三菱人造絲公司等大型企業(yè)率先研究開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)紅外纖維及其制品，并于1989年前后陸續(xù)將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，其后越來(lái)越多的企業(yè)參與遠(yuǎn)紅外纖維和研究開(kāi)發(fā)，包括日本東洋駐、旭化成公司等，并很快形成了一股遠(yuǎn)紅外保健紡織品開(kāi)發(fā)熱潮。據(jù)1987年成立的日本遠(yuǎn)紅外線應(yīng)用研究會(huì)統(tǒng)計(jì)，到1995年底已有100多家企業(yè)參與了遠(yuǎn)紅外保健紡織品的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括日本鐘紡公司的“マィニミク”聚酯纖維，尤尼吉卡公司的“SOLAR-a”織物等。我國(guó)自90年代開(kāi)始的遠(yuǎn)紅外紡織品的研制開(kāi)發(fā)，已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，一些產(chǎn)品已陸續(xù)投放市場(chǎng)，受到廣大消費(fèi)者的歡迎。主要研究單位包括清華大學(xué)、中國(guó)紡織大學(xué)、天津紡織工學(xué)院、江蘇生命集團(tuán)、珠海天年公司等。清華大學(xué)以遠(yuǎn)紅外滌綸為主，天津紡織工學(xué)院側(cè)重于丙綸，中國(guó)紡織大學(xué)的產(chǎn)品包括滌綸、丙綸等多種纖維。利用超微細(xì)粒子的不同功能特性，添加到聚烯烴、聚酯、尼龍等合成纖維中進(jìn)行改性和功能化開(kāi)發(fā)，對(duì)增加合成纖維產(chǎn)品的附加價(jià)值、豐富纖維品種和人體保健等具有重要的意義。
用于遠(yuǎn)紅外功能纖維的無(wú)機(jī)材料主要有碳化鋯(ZrC)、氧化鋯(ZrO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鉻(Cr2O3)、二氧化鈦錫(TiO2-SnO2-Sb2O3)等組成。它的作用機(jī)理主要是遠(yuǎn)紅外線是波長(zhǎng)在2.5--1000μm的電磁波輻射，具有熱效應(yīng)。遠(yuǎn)紅外纖維所用低溫遠(yuǎn)紅外材料的遠(yuǎn)紅外輻射機(jī)理是其自身的晶格振動(dòng)。當(dāng)材料從環(huán)境或人體熱量吸收能量后，其分子中的原子或原子團(tuán)處于高能量的激發(fā)狀態(tài)，當(dāng)原子或原子團(tuán)從高能量的振動(dòng)狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)2.5--25μm的遠(yuǎn)紅外輻射。人體對(duì)遠(yuǎn)紅外波段的輻射具有吸收能力，吸收遠(yuǎn)紅外輻射后，產(chǎn)生體感溫升的效果，起到保暖作用。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于遠(yuǎn)紅外輻射材料的選擇上必須考慮材料的輻射波長(zhǎng)與人體吸收波長(zhǎng)的匹配及在主吸收波段上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
存在的問(wèn)題與不足
1．無(wú)機(jī)添加粒子的粒徑較粗，沒(méi)有考慮到不同粒徑不同材料的粉體對(duì)纖維的遠(yuǎn)紅外功能的不同影響，配方較單一。
2．由于微細(xì)顆粒的比表面積較大，易凝聚，使得無(wú)機(jī)粒子在聚合物中的分散性較差，影響纖維的可紡性。
3．紡絲工藝有缺陷，使得纖維的制成率偏低＜85％，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
4．片面追求遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，添加量較大(一般大于5％)，影響紡絲性能，提高生產(chǎn)成本。
5．纖維較粗，使用受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，該添加材料克服了納米級(jí)無(wú)機(jī)添加粒子因比表面積較大而產(chǎn)生的凝聚等缺點(diǎn)，提高了無(wú)機(jī)粒子在聚合物中的分散性能，從而提高了遠(yuǎn)紅外纖維的可紡性和制成率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，包括納米級(jí)粉體材料，納米級(jí)粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡(luò)合物 5--20％本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，包括納米粉體材料，納米粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO 15--30％ZnO 5--10％稀土絡(luò)合物 5--20％表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO 5--15％Al2O35--10％SiO25--10％。
本發(fā)明更詳細(xì)的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，包括納米級(jí)粉體材料，納米級(jí)粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡(luò)合物 5--20％表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO5--15％Al2O35--10％SiO25--10％；所述納米級(jí)粉體材料的平均粒徑為15--80nm；在10--30％的上述納米級(jí)粉體材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片進(jìn)行混合干燥，并制成母粒；所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽；所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合；所述聚合物或聚酯切片的熔融指數(shù)為28--30。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明充分考慮了以下影響制備遠(yuǎn)紅外纖維的各項(xiàng)因素1．影響遠(yuǎn)紅外纖維功效的因素不同種類的材料具有不同的遠(yuǎn)紅外輻射和吸收能力，從而影響遠(yuǎn)紅外纖維的效果，好的遠(yuǎn)紅外添加材料應(yīng)該是能對(duì)人體所發(fā)出的熱量輻射有高的吸收能力，同時(shí)在這種能量輻射作用下又具有高的特定波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外輻射的發(fā)射能力。人體的紅外吸收波長(zhǎng)在8--14μm，根據(jù)光譜匹配原則，應(yīng)選擇在此波段具有高遠(yuǎn)紅外輻射發(fā)射能力的材料。
2．組成的影響不同的材料具有不同的遠(yuǎn)紅外發(fā)射和吸收特性，考慮到多種化合物的互補(bǔ)效應(yīng)，一般選擇的遠(yuǎn)紅外輻射材料多為多種化合物的混合物，如MgO-Al2O3-CuO-TiO2-SiO2-Cr2O3等。實(shí)驗(yàn)研究了金屬氧化物混合物的低溫遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能與其組成之間的關(guān)系，結(jié)果顯示混合物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率通常低于組成物質(zhì)的最高遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。另外，在以鋁為主要成分添加少量硅和以鈦為主要成分添加莫來(lái)石和硅后的混合物，在8--14μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的大部分波段的發(fā)射率在90％以上。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要考慮混合物組成對(duì)遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的影響，還要考慮混合物組成對(duì)人體或應(yīng)用環(huán)境中能量吸收能力的影響。
3．材料粒徑的影響材料在粒徑發(fā)生變化時(shí)，其紅外特性也可能發(fā)生變化，Al2O3、MgO、Cr2O3幾氧化物的高溫遠(yuǎn)紅外發(fā)射率表現(xiàn)為隨粒徑減小而減小，而另有對(duì)不同粒徑的幾種無(wú)機(jī)材料樣品的研究結(jié)果顯示隨材料顆粒的減小，樣品的紅外反射光譜普遍增強(qiáng)。對(duì)于遠(yuǎn)紅外纖維中使用的無(wú)機(jī)材料，一般認(rèn)為粒徑較小時(shí)有利于保暖性能的提高。綜合考慮材料的遠(yuǎn)紅外特性和對(duì)可紡性的影響，一般選用不同粒徑的超微粉末。
4．添加量的影響遠(yuǎn)紅外纖維的保暖性能與其中遠(yuǎn)紅外材料的添加量成正比，但隨著添加量的增加，勢(shì)必引起纖維的可紡性惡化，當(dāng)添加量超過(guò)1％時(shí)，法向光譜比輻射率隨含量增加變化不大，實(shí)際應(yīng)用中的添加量一般在1％--10％之間。
5．事實(shí)可以證明遠(yuǎn)紅外織物的有效作用。日本鐘紡測(cè)試遠(yuǎn)紅外線鞋墊的保溫效果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)者在10℃、相對(duì)濕度65％的條件下，用遠(yuǎn)紅外鞋墊，可以提高溫度4℃；中國(guó)科學(xué)院血液研究所和血液病醫(yī)院用天津紡織工學(xué)院研制的遠(yuǎn)紅外護(hù)腿放在腿上放置20分鐘，小腿血液流量增加42％，微循環(huán)增加了114.2％，而相同結(jié)構(gòu)和厚度的棉護(hù)套，血液量?jī)H增加4.88％，微循環(huán)僅增加1.32％。臨床證實(shí)，采用遠(yuǎn)紅外纖維加工的紡織品對(duì)因血液循環(huán)或微循環(huán)障礙引起的多種疾病有較好的病癥改善和輔助治療作用。
6．在近十幾年的研究中，遠(yuǎn)紅外織物的制造傾向于共混紡絲的方法，成纖聚合物基材也不斷擴(kuò)展，在聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯、粘膠纖維中都有所發(fā)展。添加劑除了傳統(tǒng)的具有高效遠(yuǎn)紅外線發(fā)射功能的鈦、鋁、鎂、鋯、硅等元素的氧化物、碳化物和氮化物微粉等，近年來(lái)還在其中加入了具有放射性的鈾、釷等元素的化合物。另外，日本森下丹等五家公司制備了一種稱為“海藻炭”的高效遠(yuǎn)紅外線發(fā)射物質(zhì)，價(jià)格低，性能優(yōu)異。即使是傳統(tǒng)的遠(yuǎn)紅外添加劑，也在向超細(xì)、納米材料的方向發(fā)展。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，采用平均粒徑為40nm的納米級(jí)粉體材料，具體配方是TiO220％ZrO 20％
ZnO6％稀土絡(luò)合物 8％表面活性劑 10％分散劑 8％MgO12％Al2O38％SiO28％；所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽；所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合。
用熔融指數(shù)為28--30的聚合物或聚酯切片+上述配方的納米級(jí)粉體材料進(jìn)行混合干燥，再進(jìn)行雙螺桿造粒，即為本發(fā)明高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料。
權(quán)利要求
1．一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，包括納米級(jí)粉體材料，納米級(jí)粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡(luò)合物 5--20％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于所述納米級(jí)粉體材料還包括下列成分表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO 5--15％Al2O35--10％SiO25--10％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于所述納米級(jí)粉體材料的平均粒徑為15--80nm。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于在10--30％的上述納米級(jí)粉體材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片進(jìn)行混合干燥，并制成母粒。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合。
7．根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料，其特征在于所述聚合物或聚酯切片的熔融指數(shù)為28--30。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維用的添加材料,由納米級(jí)粉體材料加特殊切片制成母粒,納米級(jí)粉體材料包括下列成分:TiO
文檔編號(hào)D01F1/10GK1299890SQ0013652
公開(kāi)日2001年6月20日 申請(qǐng)日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者王華平, 張玉梅, 王彪 申請(qǐng)人:東華大學(xué)