一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法。本方法所述纖維對(duì)至少0.1℃以上的溫度變化敏感，即溫度變化時(shí)，所述纖維的折射率變化，纖維的光澤度發(fā)生“全光?半消光?全消光”之間的變化，且當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)，纖維的光澤度恢復(fù)，即可逆變化。本發(fā)明的纖維在包括紡織服裝、電子設(shè)備的響應(yīng)控制、溫敏或壓敏儀表制造、圖像顯示、人機(jī)交互、智能識(shí)別等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及纖維和化纖制造領(lǐng)域，具體涉及一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在緩解天然纖維短缺的同時(shí)，化學(xué)纖維既可純紡，也可與棉、毛、絲、麻等天然纖維混紡交織。人們利用化學(xué)纖維已經(jīng)能夠制造出仿棉、仿毛、仿絲、仿麻等新型纖維。這些化學(xué)纖維的不斷發(fā)展不但美化了我們的生活，同時(shí)提供著各種不同功能，如力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)方面的新性能，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活方面發(fā)揮著重要的作用。
[0003]在纖維的光學(xué)性能方面，生產(chǎn)中常常加入消光劑來(lái)調(diào)節(jié)纖維光澤度。如發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?200910303607.6)提供了一種彩色阻燃消光中空滌綸長(zhǎng)絲的制備方法。該方法在聚酯切片的制備過(guò)程中加入消光劑、色母粒、共聚阻燃劑制成切片，再對(duì)切片進(jìn)行預(yù)結(jié)晶、干燥后，加熱進(jìn)行熔融紡絲后得到成品。然而，消光劑的加入會(huì)影響到紡絲時(shí)熔體的黏度和加工過(guò)程中對(duì)設(shè)備的摩擦等問(wèn)題，增加了制造成本。
[0004]改變纖維表面光滑度也能起到調(diào)節(jié)纖維光澤的作用。如日本專(zhuān)利特開(kāi)昭48-6020中采用干噴濕紡絲成形的方法，主要使纖維在擠出受力時(shí)，阻止溶劑擴(kuò)散，從而改變了纖維表面的應(yīng)力狀態(tài)，提高纖維表面的光滑度。但這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)量低并且對(duì)壓力要求高。還有日本專(zhuān)利提出了通過(guò)設(shè)計(jì)特異的截面，如三角形但三角形各邊呈曲線狀等，也可改變纖維的光澤度。但同樣存在設(shè)備制造要求高的問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)成本高。
[0005]此外，在纖維中添加光亮劑，也可調(diào)節(jié)纖維的光澤度。較常見(jiàn)的有Ciba-giga的UVITEX或吡唑啉及其衍生物、赫斯特的HOSTALUX NR，但多局限于熔融紡絲方法，而對(duì)濕法紡絲光澤度改進(jìn)不大。
[0006]然而上述方法對(duì)纖維光澤度的影響，是固定的，不可變化的。比如所制成的滌綸，通過(guò)加入不同量的消光劑，會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生固定的有光(全光)、半消光、全消光效果。這種纖維一旦完成紡絲，光澤度既為固定值，一般不會(huì)變化。
[0007]而且上述方法的纖維光澤度的改變是單向的，單一增強(qiáng)或單一減弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法，即纖維光澤可根據(jù)外界環(huán)境溫度變化而發(fā)生改變，并且在一定范圍內(nèi)是可逆的。比如，在環(huán)境溫度為30 °C時(shí)是消光纖維，而到10°C時(shí)變?yōu)橛泄饫w維，再到30°C環(huán)境中又可恢復(fù)成消光纖維。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下述:
[0010]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，所述纖維對(duì)至少0.rc以上的溫度變化敏感，即溫度變化時(shí)，所述纖維的折射率變化，纖維的光澤度發(fā)生“全光-半消光-全消光”之間的變化，且當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)，纖維的光澤度恢復(fù)，即可逆變化。
[0011]所述光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，纖維的折射率的變化，通過(guò)在纖維表面或纖維內(nèi)部的至少一處，含有溫敏微膠囊。
[0012]所述的溫敏微膠囊，折射率對(duì)至少0.1 °C以上的溫度變化敏感，微膠囊的芯材或殼中的至少一處含有相變材料、液晶材料或溫敏凝膠中的一種或其任意組合，微膠囊粒度D90不大于5微米。
[0013]所述的相變材料，包括“固-液”轉(zhuǎn)變、“固-固”轉(zhuǎn)變材料;所述液晶材料，包括熱致液晶；所述溫敏凝膠，包括聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠或接枝N-異丙基丙烯酰胺基團(tuán)的聚合物水凝膠。
[0014]所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維的制備方法，可以是以下任一種:
[0015]所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在水溶液或有機(jī)溶劑中形成分散液的步驟，和將所述分散液從噴絲孔中壓出形成細(xì)流，經(jīng)凝固或溶劑揮發(fā)而成為纖維的步驟。
[0016]所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在單體的水溶液或有機(jī)溶劑中形成分散液的步驟，在所述分散液中引發(fā)聚合反應(yīng)形成聚合物熔體的步驟，和將聚合物熔體從噴絲孔中壓出形成纖維的步驟。
[0017]所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在聚合物中形成混合物的步驟，將所述混合物進(jìn)行熔融、切斷形成切粒的步驟，和將混合物或切粒通過(guò)噴絲孔中壓出形成纖維的步驟。
[0018]所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在聚合物溶液或熔體中形成分散液的步驟，和將所述分散液通過(guò)電場(chǎng)形成帶電細(xì)流而成為纖維的步驟。
[0019]纖維光澤度發(fā)生變化是因?yàn)槔w維材料的整體或局部的光學(xué)性質(zhì)(如折射率)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。溫敏材料如相變材料、液晶等，能在外界環(huán)境溫度的刺激下，發(fā)生固液轉(zhuǎn)變或者溶液相到液晶相的變化，進(jìn)而影響了材料的折射率等光學(xué)性質(zhì)。而這些性質(zhì)轉(zhuǎn)變，是傳統(tǒng)纖維不具備的。
[0020]簡(jiǎn)單將溫敏材料與纖維材料共混紡絲，雖然能得到光澤改變，但是溫敏材料在纖維制造過(guò)程中會(huì)受到很大損失。比如熔融紡絲溫度很高，溫敏材料面臨高溫?fù)]發(fā)，甚至分解等問(wèn)題;濕法紡絲雖然溫度較溫和，但是紡絲液可能強(qiáng)酸強(qiáng)堿(如粘膠)，溫敏材料同樣受到腐蝕分化。即使經(jīng)過(guò)這些嚴(yán)酷的過(guò)程，紡絲后纖維中碩果僅存的少量溫敏材料，在使用過(guò)程中仍可能泄漏。
[0021]未解決上述問(wèn)題，必須將溫敏材料微膠囊化。微膠囊化能將溫敏材料劃分封裝在微米級(jí)的微小容器中。溫敏材料被聚合物分子包裹保護(hù)，減小外環(huán)境的直接接觸影響，同時(shí)控制熱量傳導(dǎo)，保證溫度響應(yīng)的敏感性。
[0022]然而應(yīng)用于紡絲工藝的微膠囊仍有諸多要求，首當(dāng)其沖的是微膠囊的粒徑。受微膠囊合成工藝原理，微膠囊的粒徑分布很難做到單分散，只可能盡量的窄分布。而紡絲中，纖維的直徑有著極高的要求。如果微膠囊的粒徑大于5個(gè)微米，堵塞噴絲孔的次數(shù)，頻率，堵塞狀況都會(huì)受到極大影響。即使完成紡絲，纖維中較大的膠囊也會(huì)成為應(yīng)力集中的奇點(diǎn)，導(dǎo)致纖維的力學(xué)性能急劇下降。
[0023]與傳統(tǒng)方法不同，本發(fā)明的纖維光澤變化，是可逆的，而不是一次性的或永久的。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法中所用消光劑等對(duì)于纖維光學(xué)性質(zhì)的改變是不可逆的，而采用溫敏材料則不同。如相變材料在相變溫度下發(fā)生的固液相變是可逆的，因此其光學(xué)性質(zhì)的變化也是可逆的。
[0024]所述光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，可以應(yīng)用于包括紡織服裝、電子設(shè)備的響應(yīng)控制、溫敏儀表制造、圖像顯示、人機(jī)交互、智能穿戴、防偽識(shí)別產(chǎn)品領(lǐng)域。纖維光澤的可逆轉(zhuǎn)換，是通過(guò)對(duì)外界的溫度變化實(shí)現(xiàn)的，可根據(jù)此性質(zhì)實(shí)現(xiàn)材料的智能化。
[0025]本發(fā)明的有益效果如下:
[0026]1、提供了一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維及其制備方法。纖維光澤在環(huán)境溫度變化時(shí)，可實(shí)現(xiàn)“有光-消光”的可逆轉(zhuǎn)換，并且轉(zhuǎn)換程度可進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0027]2、本發(fā)明方法適用范圍廣，不僅適用于濕法紡絲，而且適用于干法紡絲、熔融紡絲、電紡絲等；
[0028]3、本發(fā)明方法對(duì)于紡絲設(shè)備改造小，配合程度高。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為實(shí)施例1中材料光學(xué)性質(zhì)變化的示意圖；
[0030]圖1-1為模擬人體溫度35°C時(shí)的微膠囊偏光顯微鏡照片；
[0031 ]圖1-2為室溫20°C時(shí)的微膠囊偏光顯微鏡照片；
[0032]圖2為實(shí)施例2中所制得相變微膠囊和光澤轉(zhuǎn)換可逆腈綸的DSC曲線，其中AHlS微膠囊焓變值，A H2為腈綸焓變值；
[0033]圖3為實(shí)施3中所制得光澤轉(zhuǎn)換可逆丙綸的DSC曲線，其中ΔH為丙綸焓變值。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]實(shí)施例1
[0036]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的粘膠纖維，其制備方法如下:
[0037]I)將相變微膠囊分散在粘膠紡絲原液中，攪拌均勻，其中相變微膠囊添加量為甲纖含量的質(zhì)量百分比為5_10%，本實(shí)施例中相變微膠囊，芯材為相變溫度為24_34°C的碳原子數(shù)為16-20個(gè)的脂肪烴，制備方法參考
【申請(qǐng)人】系列發(fā)明“微膠囊儲(chǔ)能組合物及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?201410401132.5)。
[0038]2)設(shè)定總紡絲時(shí)間，經(jīng)過(guò)濾，由計(jì)量栗控制，經(jīng)由噴絲孔，酸浴凝固，再經(jīng)水洗、酸洗等洗滌，干燥處理，加工得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的粘膠。
[0039]該纖維在20°C室溫下為有光粘膠纖維，但用手握住一段時(shí)間，所摸之處的纖維變?yōu)橄鉅顟B(tài)，而把手松開(kāi)后，又在幾分鐘內(nèi)逐漸恢復(fù)為有光纖維。這是因?yàn)?，纖維中相變材料在20°C室溫下為結(jié)晶固態(tài)，而在手接觸纖維時(shí)，皮膚溫度為31-32°C，纖維中的相變材料熔融變?yōu)橐簯B(tài)，這2種固-液狀態(tài)下折光率發(fā)生變化，因此從有光變?yōu)橄?。而?dāng)纖維溫度恢復(fù)時(shí)，其中的相變材料狀態(tài)也由液態(tài)恢復(fù)為固態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了纖維光澤變化的可逆。
[0040]本例所制備的纖維，除可用于服裝面料織造外，還可將這種可逆轉(zhuǎn)變的光學(xué)特性用于儀表制造、圖形顯示等。
[0041]如圖1-2為室溫20°C狀態(tài)下的微膠囊偏光顯微鏡照片，有光澤處為微膠囊內(nèi)部的相變材料結(jié)晶，而圖1-1為升溫到35°c時(shí)的微膠囊偏光顯微鏡照片，可以看到光斑消失。而降溫后此光斑又能重新出現(xiàn)。這正好說(shuō)明了，溫敏相變材料由于溫度的變化，其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生了可逆變化，從而導(dǎo)致了纖維光澤的可逆變化。
[0042]實(shí)施例2
[0043]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的腈綸纖維，其制備方法如下:
[0044]I)將相變材料微球分散在NaSCN水溶液中，再與聚丙烯腈紡絲原液混合均勻，其中相變材料微球添加量為纖維含量的質(zhì)量百分比為5-15%，本實(shí)施例中相變材料微球，含有相變溫度為18-24°C的脂肪酸類(lèi)化合物，制備方法參考
【申請(qǐng)人】系列發(fā)明“一種相變儲(chǔ)能復(fù)合微球及其制備方法”(申請(qǐng)?zhí)?201410405815.8)。
[0045]2)將上述混合物調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)加熱，紡絲，凝固，再經(jīng)水洗、酸洗等洗滌，干燥處理，加工得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的腈綸纖維。
[0046]該纖維在20°C室溫下為有光腈綸纖維，但用手握住一段時(shí)間，所摸之處的纖維，由于升溫，發(fā)生固-液變化，折射率變化，變?yōu)橄鉅顟B(tài)，而把手松開(kāi)后，又在幾分鐘內(nèi)逐漸恢復(fù)為有光纖維。如圖2所示為對(duì)應(yīng)的微膠囊和光澤轉(zhuǎn)換可逆腈綸DSC焓變曲線。
[0047]該纖維及其制品，除可用于服裝面料加工，還可用于工業(yè)儀表，電子設(shè)備控制用于光學(xué)器件和靈敏反應(yīng)。
[0048]實(shí)施例3
[0049]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的丙綸纖維，其制備方法如下:
[0050]I)以熱致液晶為芯材，以0P-10和PVA為乳化劑，將其分散在水溶液中乳化，引發(fā)異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)聚合，形成以聚氨酯為殼材的液晶微膠囊。相轉(zhuǎn)變溫度為64-100Γ。
[0051]2)將I)中所述的液晶微膠囊與聚丙烯，其中液晶微膠囊添加量為聚丙烯質(zhì)量比的
0.01-50 %，在160-200 °C用雙螺桿擠出機(jī)共混造粒。
[0052]3)將2)中所得母粒經(jīng)進(jìn)一步熔融紡絲，得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的丙綸纖維?；?qū)⒛噶＿M(jìn)行熔噴，熱乳等工藝制成一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的無(wú)紡布。
[0053]所得光澤轉(zhuǎn)換可逆丙綸纖維的焓變曲線如圖3所示。
[0054]本例中所制備的丙綸纖維及無(wú)紡布制品，可用于嬰幼兒服裝和尿不濕等用品上的溫度識(shí)別，工業(yè)上的溫敏儀表制造，人機(jī)交互，智能識(shí)別等。
[0055]實(shí)施例4
[0056]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的聚乳酸纖維，其制備方法如下:
[0057]I)在60°C時(shí)，加入過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，引發(fā)水相中N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合，再以N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，以丙烯酸為第二單體，聚合I5h后形成P(NIPAM-co-AA)聚合物微球。相轉(zhuǎn)變溫度約為32°C。
[0058]2)將I)中所述的液晶微膠囊與聚乳酸，以質(zhì)量比I: 99，在170-210 °C用雙螺桿擠出機(jī)共混造粒。
[0059]3)將2)中所得聚乳酸母粒，經(jīng)進(jìn)一步熔融紡絲，得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的聚乳酸纖維。
[0060]本例中所制備的聚乳酸切粒或聚乳酸纖維，可用于服裝織造、塑料用品制造，光學(xué)儀表，智能識(shí)別等。
[0061 ] 實(shí)施例5
[0062]—種光澤轉(zhuǎn)換可逆的包芯紗，其制備方法如下:
[0063]以實(shí)施例2方法得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的腈綸纖維，采用包芯工藝，將所得腈綸包裹氨綸形成一種“腈包氨”包芯紗，即得到一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的腈包氨包芯紗。
[0064]本例中所得光澤轉(zhuǎn)換可逆腈包氨包芯紗，可用于絲襪，內(nèi)衣等服飾加工制造，也可用于防偽識(shí)別，溫度顯示，精密儀表制造等領(lǐng)域。
[0065]上述實(shí)施例中纖維光澤的可逆轉(zhuǎn)換，是通過(guò)對(duì)外界的溫度變化實(shí)現(xiàn)的，可根據(jù)此性質(zhì)實(shí)現(xiàn)材料的智能化。除可應(yīng)用在紡織服裝領(lǐng)域，增加服飾的美感和時(shí)尚性外，還可應(yīng)用在電子設(shè)備的響應(yīng)控制、溫敏儀表制造、圖像顯示、人機(jī)交互、智能識(shí)別等眾多領(lǐng)域。
[0066]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，其特征在于，所述纖維對(duì)至少0.rc以上的溫度變化敏感，即溫度變化時(shí)，所述纖維的折射率變化，纖維的光澤度發(fā)生“全光-半消光-全消光”之間的變化，且當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)，纖維的光澤度恢復(fù)，即可逆變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，其特征在于，所述纖維的折射率的變化，通過(guò)在纖維表面或纖維內(nèi)部的至少一處，含有溫敏微膠囊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，其特征在于，所述溫敏微膠囊的折射率對(duì)至少0.1°C以上的溫度變化敏感，溫敏微膠囊的芯材或殼中的至少一處含有相變材料、液晶材料或溫敏凝膠中的一種或其任意組合，微膠囊粒度D90不大于5微米。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，其特征在于，所述相變材料，包括“固-液”轉(zhuǎn)變、“固-固”轉(zhuǎn)變材料;所述液晶材料，包括熱致液晶;所述溫敏凝膠，包括聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠或接枝N-異丙基丙烯酰胺基團(tuán)的聚合物水凝膠。5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在水溶液或有機(jī)溶劑中形成分散液的步驟，和將所述分散液從噴絲孔中壓出形成細(xì)流，經(jīng)凝固或溶劑揮發(fā)而成為纖維的步驟。6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在單體的水溶液或有機(jī)溶劑中形成分散液的步驟，在所述分散液中引發(fā)聚合反應(yīng)形成聚合物熔體的步驟，和將聚合物熔體從噴絲孔中壓出形成纖維的步驟。7.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在聚合物中形成混合物的步驟，將所述混合物進(jìn)行熔融、切斷形成切粒的步驟，和將混合物或切粒通過(guò)噴絲孔中壓出形成纖維的步驟。8.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括，將溫敏微膠囊分散在聚合物溶液或熔體中形成分散液的步驟，和將所述分散液通過(guò)電場(chǎng)形成帶電細(xì)流而成為纖維的步驟。9.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的光澤轉(zhuǎn)換可逆的纖維，應(yīng)用于紡織服裝、電子設(shè)備的響應(yīng)控制、溫敏儀表制造、圖像顯示、人機(jī)交互、智能穿戴、防偽識(shí)別產(chǎn)品領(lǐng)域。
【文檔編號(hào)】D01F2/08GK105908279SQ201610499773
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】沈軻, 喬磊, 馮歡, 杜兔平
【申請(qǐng)人】北京宇田相變儲(chǔ)能科技有限公司