CN102241882B

CN102241882B - 一种负离子聚酰胺母粒及纤维的制备方法

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Publication number: CN102241882B
Application number: CN2011101639288A
Authority: CN
Inventors: 梁伟东; 毛新华; 严玉蓉; 宋明; 郑文祥; 陈欣; 禚昌亚; 刘将培; 李细林; 黄健华; 林华纲; 谌继宗; 吴英伟
Original assignee: GUANGDONG XINHUI MEIDA NYLON CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG XINHUI MEIDA NYLON CO Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102241882A

Abstract

本发明公开了一种负离子聚酰胺母粒及纤维的制备方法，包括将聚酰胺溶解，得到聚酰胺溶液；将负离子粉体均匀地分散在聚酰胺溶液中，得到混合液；将混合液喷射通过高压电场，收集得到的粉状或纤维状的聚合物并干燥；将干燥的负离子聚酰胺粉与聚酰胺共混，造粒，得到负离子聚酰胺母粒。将母粒直接熔融纺丝或共混全纺丝，即可得到负离子尼龙纤维。本发明方法制得的负离子聚酰胺母粒，其中的负离子粉体分散均匀，可以最大限度地保持纳米粉体颗粒在溶液中的单独分散状态。母粒可以按常规方法加工成为纤维，无需对设备进行改动，对设备的磨损也小。

Description

一种负离子聚酰胺母粒及纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能性聚合物的制备方法，特别涉及一种负离子聚酰胺母粒及纤维的制备方法。

背景技术

随着我国人口老龄化的发展，人们的健康保健意识逐步提高，市场对医疗保健性纺织品的需求呈现出日益增长的态势，"非典"等公共卫生事件的发生，必将使这一发展趋势进一步显现，这为医疗保健性纺织品提供了良好的发展前景。常见的保健纤维有：磁性纤维、负离子纤维、远红外纤维、甲壳素纤维、吸湿排汗纤维、麦饭石纤维及药物纤维等。

负离子纤维是材料科学和高新技术发展的结晶，其核心是负离子发生体。电气石是负离子发生体中的一种，其主要成分是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂等元素组成的环状结构硅酸盐晶体矿物，用化学和物理方法将电气石制成与高聚物材料具有良好相容性的纳米级粉体，经表面处理后，与高聚物载体按一定比例混合，熔融挤出制得负离子母粒，将其进行干燥，按一定配比与高聚物切片混合，进行纺丝制备负离子纤维。

负离子纤维可对血液产生净化作用，增加血液中的钙、钠的离子化率，能够使血液恢复到正常的弱碱性状态；细胞受到负离子的影响，其新陈代谢变得活跃、细胞功能增强，还能增加血液中钙的含量；随着人体内的负离子增加时，能增加具有免疫力的两种球蛋白，也就是增强了对各种感染症的抵抗力；同时由于使用了能放出天然离子的矿石，其所含的氧化镭、氧化钠等能防止螨和菌的发生，而与活性碳相比，具有长时间的持续脱臭力。目前人们对于“负离子”非常的崇尚。由于城市空气的严重污染，导致空气中的负离子浓度由于污染空气中正离子的中和破坏而导致空气的质量不断恶化，直接影响着人体健康。“走进大自然”、“天然氧吧”等时尚休闲成为了大众的最基本的需求。

人类发现并重视负离子的功能始于20世纪80年代末，并掀起了一股热潮，逐渐席卷到纺织品上。目前，国际市场上负离子功能纺织品正呈现出功能多、质量好、面料种类多、规格花样全等特点。

日本是负离子功能纺织品最先研制开发成功的国家，也是目前负离子功能纺织品品种多、性能质量优、规格花样全、市场销售规模大、开发生产能力强、具有成熟市场的国家。目前日本成功开发出的有关负离子纤维及纺织品的产品有：日本敷岛纺织的“HOLIC”、大和纺织的“10LINA”、日清纺的“IONAGE”、钟纺（Kanebo）公司的“lone”纤维、Komatsu Seiren公司的“Verbano”织物、Sakai Nagoya生产的具有负离子效果、耐久吸水性和抗紫外线的产品MioUV、QⅡ等。欧美市场也有负离子衬衣等纺织品面市。这些纤维都采用共混纺丝的技术，适用于涤纶、丙纶等合成纤维。

在国内，负离子纺织品开发始于20世纪90年代中期，逐渐掀起一股热潮，并以沿海地区为中心，将产品推向国内，乃至世界各地。国内开发负离子功能纤维包括了涤纶、丙纶、粘胶、腈纶短纤和弹力纱，腈纶短纤维也有报道，该类纤维的制成品如壁纸、窗帘等，能不断地释放负离子；制成毛巾、服装、床单等具有保健和环保双重功能；制成功能性卫生防护性非织造材料用于卫生以及医疗护理领域具有卫生、保健和理疗多种功效。

从上述产品生产来看，所采用的纤维原料包括粘胶纤维、腈纶、涤纶和丙纶，而关于锦纶长丝产品尚属于空白。同时现有负离子聚合物所采用的方式也是通过添加无机粉体实现共混纺丝。这也是制备功能纤维最常用的手段。

锦纶由于其相对于涤纶具有更高的吸湿性、耐磨性和柔韧性，使其在高档内衣、袜，高档寝具和睡衣以及运动服面料方面具有特有的应用优势，同时在高档内饰材料等领域也备受青睐。因此，具有保健性功能的锦纶产品必将提升该类产品在相关应用领域的竞争优势，同时为消费者提供一个更为健康和环保的选择。

负离子尼龙功能纤维的一般加工工艺是将负离子粉体经表面处理后与一定量尼龙制得功能母粒，再进行纺丝制得负离子功能纤维。传统的功能母粒的制备是将表面处理过的负离子粉体与一定量的尼龙进行共混制得负离子尼龙功能母粒。

如CN1683614公开了一种能够发射负离子的单丝及其制造方法和用途。通过将负离子发射体与聚合物依次进行烘料、混合、搅拌，并由挤出机熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收卷，制成单丝。CN1827868、CN101109114、 CN101187086等公开的技术中，都是将负离子发射体与聚合物直接混合，然后得到母粒和/或纤维。

这种方法制备尼龙功能母粒简单易行，但是由于纳米负离子粉体存在纳米效应，其在高粘度的尼龙熔体中的分散效果一般，从而给纺丝过程带来负面的影响。但是对于制备细旦长丝纤维而言，负离子粉体的浓度、分散程度和粉体的粒径成为了制约纺丝成型好坏以及最终产品性能有效体现的关键。纳米粉体的分散方法有机械分散法，即是用机械力把颗粒团聚打散。此方法多用于防止颗粒间软团聚的形成以及消除已经形成的软团聚；超声分散法，即利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等，可较大幅度的弱化纳米粒子间的纳米作用能，有效地防止纳米粒子的团聚而使之充分分散；静电分散就是给纳米颗粒带上同极性电荷，利用荷电颗粒之间的静电斥力阻止粒子间的团聚，其处于均匀的分散状态；加入分散剂是利用聚电解质可产生强的双电层静电斥力作用，同时吸附层还可以产生很强的空间排斥作用，有效地防止粒子的团聚；有机高聚物是在颗粒表面形成吸附膜而产生强大的空间排斥效应；表面活性剂在粒子表面形成一层分子膜阻碍颗粒之间相互接触，并且能降低表面张力，减少毛细管吸附力以及产生空间位阻效应；偶联剂是常用的方法，常用的偶联剂有硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂等，可以改善纳米粉体与高聚物之间的相容性。

同时，为了获得相当于自然森林所达到的负离子浓度（>2000个/cm³），所添加的功能性粉体的浓度达到4%以上。对于共混纺丝而言，过多的粉体加入必将导致共混纤维机械性能的劣化。

研究和实际生产发现，在纤维的常规制备方法中，所用功能性矿物粉末的晶形不尽相同，有梭柱体、核锥体、蒙面体、六面体、八面体、十二面体等各种形状，共混过程中，易磨损设备的配件，如综片、罗拉和导丝件，增加了设备的维护成本。

此外，由于功能性电气石粉末的固有颗粒结构，所以不可能得到具有光滑表面的纤维，并且纤维经常断头。因此制备长丝纤维具有相当大的难度，特别是细旦丝更是如此。大量粉体的添加使得纤维的机械性能也会产生直接的劣化。

因此实现微米级或者纳米级粉体的均匀分散，在减少负离子粉体在功能纤维中用量的同时，获得良好的负离子发生功能重要而迫切。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负离子聚酰胺母粒及纤维的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，包括以下步骤：

1) 将聚酰胺溶解，得到聚酰胺溶液；

2) 将负离子粉体均匀地分散在聚酰胺溶液中，得到混合液；

3) 将混合液喷射通过一高压电场，收集得到的粉状或纤维状的聚合物并干燥；将干燥的负离子聚酰胺粉与聚酰胺共混，造粒，得到负离子聚酰胺母粒。

优选的，高压电场的两极间的电压差为5000～50000V。

优选的，聚酰胺溶液的质量百分含量为1%～15%。

优选的，选用的聚酰胺的比浓对数粘度为2.0～3.0dl/g。

优选的，混合液中，负离子粉体的质量百分含量为2%～10%。

优选的，负离子粉体的粒径范围为0.01μm～10μm。

优选的，控制干燥的负离子聚酰胺粉与聚酰胺共混比例，使负离子聚酰胺母粒中负离子粉体的质量百分含量为1～15%。

优选的，溶解聚酰胺的溶剂为甲酸、乙酸、浓硫酸、间甲酚中的至少一种。

本发明应用借鉴电喷原理制得负离子聚酰胺母粒，即在高压电场下，将含有负离子超细粉体的聚酰胺溶液喷射形成粉状或者纤维状物质，这种负离子功能母粒实现了负离子超细粉体在聚酰胺中的良好分散。

通过本发明方法制得的负离子聚酰胺母粒，其中的负离子粉体利用电荷间排斥作用，在溶液中分散均匀，最大限度地保持纳米粉体颗粒在溶液中的单独分散状态。母粒可以按常规方法加工成为纤维，无需对设备进行改动，对设备的磨损也小。

采用本发明的母粒直接制得的纤维或将采用母粒添加方式制得的纤维，其表面光滑，机械强度达到2.8cN/dtex以上，可纺性好。成品纤维中，负离子发生量在2000～6000个/cm³，相当于自然森林所达到的负离子浓度。

如采用比浓对数粘度为2.5dl/g的尼龙6，配置溶液浓度为10%（质量分数）的聚酰胺甲酸溶液，添加的电气石粉体的质量分数为8%，在20KV的高压电场下经过一定喷射装置形成粉状或者纤维状物质，从而得到分散良好，负离子粉体的粒径范围为0.01μm～10μm的聚酰胺母粒或者纤维。

具体实施方式

一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，包括以下步骤：

1) 将聚酰胺溶解，得到聚酰胺溶液；

2) 将负离子粉体均匀地分散在聚酰胺溶液中，得到混合液；

优选的，高压电场的两极间的电压差为5000～50000V。

优选的，聚酰胺溶液的质量百分含量为1%～15%。

优选的，选用的聚酰胺的比浓对数粘度为2.0～3.0dl/g。

优选的，混合液中，负离子粉体的质量百分含量为2%～10%。

优选的，负离子粉体的粒径范围为0.01μm～10μm。

由于混合液中混合有负离子粉体，导致喷射出来的混合具有一定的电荷，当带电的混合液液滴所受电场力足以克服自身表面张力时便会形成喷射细流，细流在喷射过程中随着溶剂的蒸发和电场力的牵拉作用，形成类似纤维毡状结构落在接收装置上，得到含有一定溶剂的粉体，进而实现了负离子粉体的均匀分散。

随着溶液浓度增大，溶液的黏度相应增加，体系内聚力增强，从而导致粘性应力的增大，喷射流分裂、细化的能力降低；随着溶液质量浓度的降低，溶液粘度逐渐降低，成型过程中溶剂分子由于表面张力作用聚集，形成大量串珠，溶剂挥发不充分。为实现负离子粉体的良好分散，聚酰胺溶液的质量百分含量一般可选择为2～15%，优选为5～12%。尼龙浓度直接影响粉体在溶液中的分散状态，过高粘度往往导致溶液中所添加粉体比例的降低。同时过高分子量尼龙导致溶液中大分子链缠结加剧，不容易制备较高浓度的聚合物溶液，因此采用尼龙聚合物的比浓对数粘度为2.0～3.0dl/g，最佳为2.2～2.8dl/g。

本发明所使用的聚酰胺，包括但是不仅限于尼龙4、尼龙6、尼龙12、尼龙66、尼龙10、尼龙14、尼龙610、尼龙1010。

聚酰胺溶液的溶剂可采用甲酸、乙酸、浓硫酸、间甲酚等，或这些溶剂混合使用，以获得更好的溶解效果。

本发明所使用的负离子粉体为本领域常用的负离子粉体，如电气石、蛋白石、奇才石、珊瑚化石、海底沉积物、海藻炭、水炭、光触媒材料。根据本领域技术人员的基本常识可知，这些负离子粉体可以单独使用，或者混合使用，还可以与稀土氧化物的混合物，如氧化镧、氧化铈、氧化铷等混合使用。当然，不同的混合方式有对负离子的发生量有一定的影响。根据不同的需要，可以调整负离子粉体的加入量以及所选用的粉体的种类。一般来说，负离子粉体的添加量占混合液总质量的2%～10%，优选的，占5～8%。为使负离子粉体可以更好地分散在聚酰胺溶液中，同时，为了得到的纤维具有更好的机械性能，负离子粉体的粒径应在0.01μm～10μm之间，优选为0.1μm～0.8μm之间。

下面结合实施例，进一步说明本发明。

以下实施例中，负离子粉体以电气石为例，其粒径在0.01μm～10μm之间。

以下实施例中，如无特别说明，百分比均指质量百分比。

实施例1

1) 配制10%的尼龙6/甲酸溶液，并加入10%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在20KV的电场强度下，配置好的尼龙6溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

3) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙6制成功能母粒；

4) 将功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维，测得负离子纤维的负离子发生量为3000～4000个/cm³。

实施例2

1) 将电气石负离子粉体溶于甲酸溶液，再将尼龙6溶于该溶液，配制成含有10%（重量比）负离子粉体的10%的尼龙6/甲酸溶液；

实施例3

1) 将电气石负离子粉体10%（质量比）与尼龙6在双螺杆中挤出机造粒，加工过程中加入抗氧剂、硬脂酸加工助剂；

2) 把功能切片溶于甲酸，制备10%的尼龙6/甲酸溶液；

3) 在的电场强度20KV下，配置好的尼龙6溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

4) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙6制成功能母粒；将功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维，测得负离子纤维的负离子发生量为3000～4000个/cm³。

实施例4

1) 使用甲酸/乙酸混合溶剂，配制10%的尼龙6溶液，加入10%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在的电场强度20KV下，配置好的尼龙6溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

实施例5

按照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4，配置好的含有负离子粉体的尼龙6溶液可以经过多孔喷嘴，狭缝、吹气狭缝、旋转圆盘、旋转圆辊、螺旋丝状中的一种或者两种以上，而接收板也可更换为圆筒、滚筒、输送带。接收到粉状结构。将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙6制成功能母粒，功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维，测得负离子纤维的负离子发生量为3000～4000个/cm³。

实施例6

将上述实施例得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙6制成功能母粒，制得的功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维。这种单组份熔融纺丝可以获得圆形、三角型、三叶型、四叶型、矩形、多叶型等负离子尼龙纤维。同时，研磨干燥后的粉状结构可与尼龙66、尼龙10或者其他种类聚合物通过复合纺制备双组份负离子纤维，可以获得皮芯型、偏心型、并列型、菊瓣型、海岛型、菊瓣中空型等负离子纤维，测得负离子纤维的负离子发生量为3000～4000个/cm³。

实施例7

1) 配制15%的尼龙4/间甲酚溶液，并加入8%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在50KV的电场强度下，配置好的尼龙4溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

3) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙4制成功能母粒；

4) 将功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维

实施例8

1) 配制1%的尼龙12/甲酸和乙酸的混合溶液，并加入1%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在10KV的电场强度下，配置好的尼龙12溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

4) 将功能母粒直接进行熔融纺丝，得到单组份负离子尼龙功能纤维。

实施例9

1) 配制3%的尼龙66/乙酸溶液，并加入3%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在5KV的电场强度下，配置好的尼龙66溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

实施例10

1) 配制7%的尼龙14/间甲酚溶液，并加入5%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在30KV的电场强度下，配置好的尼龙14溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

3) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与等量的尼龙66制成功能母粒；

实施例10

1) 配制13%的尼龙4/甲酸溶液，并加入11%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在40KV的电场强度下，配置好的尼龙4溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

3) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与3倍的尼龙12制成功能母粒；

实施例11

1) 配制9%的尼龙6/甲酸溶液，并加入15%（质量比）的电气石负离子粉体；

2) 在15KV的电场强度下，配置好的尼龙6溶液经过单喷嘴（φ=0.5mm）形成喷射细流，最终落在平板接收装置上，平板材质为铝板，形成粉状结构；

3) 将上述得到的粉状结构进行研磨干燥，并与2倍的尼龙14制成功能母粒；

虽然上述实施例中，负离子粉体仅使用了电气石，但是本领域的技术人员应当清楚，其他负离子粉体也是可以使用的，因为其原理一致。

虽然上述各实施例中，使用的喷嘴都是φ=0.5mm的，但是并不意味着其他口径或形态的喷嘴是不可以使用的。本领域的技术人员可以根据需要，选用其他适当口径的喷嘴。

Claims

1.一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚酰胺溶解，得到聚酰胺溶液；

2)将负离子粉体均匀地分散在聚酰胺溶液中，得到混合液；

3)将混合液喷射通过一高压电场，收集得到的粉状或纤维状的聚合物并干燥；将干燥的负离子聚酰胺粉与聚酰胺共混，造粒，得到负离子聚酰胺母粒。

2.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：高压电场的两极间的电压差为5000～50000V。

3.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：聚酰胺溶液的质量百分含量为1%～15%。

4.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：选用的聚酰胺的比浓对数粘度为2.0～3.0dl/g。

5.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：混合液中，负离子粉体的质量百分含量为2%～10%。

6.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：负离子粉体的粒径范围为0.01μm～10μm。

7.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：控制干燥的负离子聚酰胺粉与聚酰胺共混比例，使负离子聚酰胺母粒中负离子粉体的质量百分含量为1～15%。

8.根据权利要求1所述的一种负离子聚酰胺母粒的制备方法，其特征在于：溶解聚酰胺的溶剂为甲酸、乙酸、浓硫酸、间甲酚中的至少一种。

9.一种负离子聚酰胺纤维的制备方法，包括将权利要求1～8任意一项方法制得的负离子聚酰胺母粒直接纺丝或与聚酰胺共混后纺丝。