CN103403236A - 含有植物脂肪酸的合成纤维及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含有植物脂肪酸的合成纤维及其制造方法。根据本发明用于制造所述合成纤维的方法包括使得用于形成纤维的聚合物材料能够包含0.1-10.0wt%的植物脂肪酸;并使用常规方法熔融纺丝所述聚合物材料。通过本发明方法制造的合成纤维包括0.01-10.0wt%的植物脂肪酸并且散发出植物香味。通过本发明方法制造的合成纤维不仅在基本物理性质方面,例如强度和伸长率,优于一般合成纤维,而且其膨松性、膨胀性和收缩性、白度、触感、吸湿性、染色性、光泽度等也是显著优异的。本发明的合成纤维显示抗静电性能并释放出植物香味,因此,可以广泛用作高品质衣服的材料。
Description
技术领域
本发明涉及含有植物脂肪酸的合成纤维及其制造方法。更具体地,本发明涉及含有植物脂肪酸的合成纤维,所述合成纤维显示出包括强度和伸长率的优异的物理性能并且在外观和抗静电方面显著得到改善,本发明还涉及用于制备所述合成纤维的方法。
背景技术
由于包括聚酯纤维的合成纤维具有优异的强度,伸长率和耐久性,它们被广泛用作衣服材料。
然而,合成纤维也有缺点,因为它们较硬,当与皮肤接触时产生排斥感觉,并产生显著的静电。
已经投入了很多努力来克服这些问题。实例是韩国专利号10-0726409和10-0515808的公开内容,它们描述了用植物提取物直接涂覆和固定合成纤维。然而,因为当洗涤时提取物渗出纤维,涂有植物提取物的合成纤维并不持续地表现出抗菌活性。
有人建议用植物提取物的微胶囊化方法作为该问题的解决方案,在所述方法中,植物提取物被封装在微胶囊内部并且将所述微胶囊附连至纤维表面。然而,这种方法是有问题的,因为在摩擦、洗涤、曝光等条件下,微胶囊很容易从纤维上分离。
可以考虑熔融纺丝作为用于制造包含植物提取物纤维的方法。然而,合成纤维的典型熔点是在200-300℃的数量级,在这样的温度下,植物提取物或植物油,如果在熔融纺丝之前使用,会发生蒸发、降解和/或变性,并因此不能结合到纤维中或即使结合到纤维中,也将不会呈现出充分的功能性。
在为解决这个问题所做出的努力中,韩国专利号10-0910241教导了电纺丝方法,通过该方法,可以在低温下从以下的溶液中抽出精细的纤维:处于(c)溶剂中的(a)选自植物提取物和植物精油中的至少一种组分和(b)至少一种可形成纤维的聚合物。
在电纺丝法中,通过在集电极(collector)和喷嘴之间形成的电力,使溶液从喷嘴中喷出,并变成喷射流,然后当其到达不完全区域时,随着溶剂的蒸发,将其干燥为纳米纤维。
电纺丝法被认为是与常规纺丝法相关的大多数问题的解决方案。然而,电纺丝纤维表现出较差的力学性能,因为它们没有伴随由聚合物的分子取向赋予的强度增强。出于这个原因,不能将电纺丝纤维用于衣服。
韩国专利号10-0563560公开了“植物蛋白合成纤维”,其由植物蛋白和聚乙烯醇组成。基于这两种材料的总量,所使用的植物蛋白的量为5至23份,所使用的聚乙烯醇(B,部分)的量为77至95份。
植物蛋白通过以下操作由豆类、花生和棉籽制备:用分离蛋白的湿法方式将它们粉碎以分离蛋白、撇取蛋白并凝结撇取的蛋白。
使用这种方法制造的纤维具有高度可透气性,并具有类似于山羊绒的性质,但其不适合用于衣服,因为其强度和耐久性较差。
为了减少合成纤维中产生静电,导电性碳黑或金属已经应用在纤维中(韩国专利申请号10-2006-0138108)。
然而,导电纤维太昂贵以至于不适于在普通衣服中使用。
发明内容
【技术问题】
本发明的一个目的是提供合成纤维,其具有显著提高的一般物理性质,包括强度和伸长率。本发明的另一个目的是提供抗静电的合成纤维。本发明进一步的目的是提供具有优良外观和纱线均匀度的合成纤维。本发明的再一个目的是提供驱虫的合成纤维。本发明的再另一个目的是提供合成纤维,所述合成纤维表现出优异的可着色性并且在触摸时感觉良好。
本发明的另一个目的是提供释放出植物香味的合成纤维。
【技术方案】
根据其一个方面,本发明提供包含0.01-10.0wt%的量的植物脂肪酸的合成纤维。根据其另一个方面,本发明提供用于制造合成纤维的方法,包括将0.1-10.0wt%的量的植物脂肪酸结合到可形成纤维的聚合物中,并熔融纺丝结合了植物脂肪酸的聚合物。
下文中将给出本发明的详细说明。
在本发明中有用的植物脂肪酸的实例包括亚油酸、油酸、硬脂酸、棕榈酸、里卡利酸和蓖麻油酸,这些酸大量存在于亚麻籽油、葵花籽油、油菜籽油、山茶油、和蓖麻油中。
亚麻籽油的成分总结在下表1中。
表1
成分 | 含量(g/100g脂肪酸) |
肉豆蔻酸 | 0.04021 |
十五烷酸 | 0.02228 |
棕榈酸 | 5.27593 |
棕榈油酸 | 0.05897 |
十七烷酸 | 0.06364 |
十七碳烯酸 | 0.04187 |
硬脂酸 | 3.47834 |
油酸 | 18.56481 |
亚油酸 | 15.39735 |
亚麻酸 | 56.41282 |
花生酸 | 0.14637 |
鳕烯酸 | 0.13117 |
二十碳二烯酸 | 0.04389 |
二十碳二烯酸 | 0.02286 |
二十一烷酸 | 0.04995 |
山嵛酸 | 0.12625 |
芥酸 | 0.01942 |
二十四烷酸(Linoaceric acid) | 0.10388 |
就整体而言,当合成树脂与添加剂混合时,其物理性能会变差。与此相反,合成纤维的物理性能得到提高,而非降低,在我们看来,这归因于在脂肪酸和可形成纤维的聚合物之间形成化学键。
使用溶剂法或热压缩法可以实现脂肪酸的提取。优选的是后者。其原因是,在80-220℃的典型温度下压缩期间,具有低分子量的挥发性物质从植物中被自然地除去。当具有低分子量的挥发性物质包含在可形成纤维的聚合物中时,得到的纤维可能具有较差的物理性能,因为在相对低的温度下,所述物质会挥发或降解。
将抗菌植物提取物结合到可形成纤维的聚合物中可以通过以下方法来实施:(i)用植物脂肪酸涂覆合成的树脂基片,并熔融纺丝涂覆的基片或使涂覆的基片混合至母料基片中,(ⅱ)在植物脂肪酸的存在下制备母料基片,并且单独地或与其他典型的合成基片结合熔融纺丝母料基片,(ⅲ)将植物脂肪酸进料至挤出机的熔融区,或(iv)在可形成纤维的聚合物的聚合期间添加植物脂肪酸。
为了将植物脂肪酸的热降解降至最低,优选方法(iii)。当使用方法(iii)时,适当的控制是必要的,以防止挤出机的压力降低。
在方法(ⅰ)中,即,用植物脂肪酸涂覆合成树脂基片的方法,优选的是最少地使用旋转式热风干燥机或射频干燥机进行干燥,以便在干燥过程期间将植物脂肪酸的热降解降至最低。
为了提高方法(ⅰ)或(ⅱ)的可使用性,可以在乳化剂的存在下用水乳化所述植物脂肪酸。
优选地,所使用的植物脂肪酸的量为0.1-10wt%。当使用的脂肪酸太少时,没有检测到与添加所述脂肪酸相符的效果。另一方面,超过所述上限的量使得制造纤维很困难并且对纤维的物理性能具有不利影响。
如果必要,在熔融纺丝过程中可以使用普通添加剂,诸如抗氧化剂、热稳定剂、粘度改进剂等。
另外,通过向植物脂肪酸中添加干燥剂可以提高在混合或涂覆过程中的可加工性。此外,可以在空气中或在有氧条件下加热植物脂肪酸以提高结合速率。
【有益效果】
除了物理性能(包括强度和伸长率)优于一般的合成纤维之外,本发明的合成纤维显现出优异的膨松性、弹性、白度、触感、吸湿性、可染色性和光泽度。另外,本发明的纤维具有高度抗静电性,具有低于1.0×1014(Ω)的表面电阻率,并释放出植物香味。因此,它们作为材料用于高品质的衣服。
具体实施方式
本发明的实施例如下。
制备实施例1
在加热到180℃后,使用榨油机压榨8,500kg的亚麻籽以从其中压榨油。将它们留置15天以沉淀固体物质,此后过滤得到2,000kg的亚麻籽油。
实施例1
通过用2wt%的油温热98wt%的基片15天,用在制备实施例1中制备的亚麻籽油涂覆聚乙烯基片。以1:2的重量比混合得到的涂覆基片和普通的聚丙烯基片,并使用小规模纺纱机在230℃下进行熔融纺丝,以生产500g的150丹尼尔/28丝的细丝。
将粗纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽度和触感并且散发出特有的植物香味。
实施例2
使用双螺杆母料挤出机(W&P,德国),将97kg的聚酰胺基片与在制备实施例1中制备的3kg的亚麻籽油混混合,并以典型方式挤出到母料基片中。以1:3的重量比将这些基片与普通的聚酰胺基片混合,以典型方式干燥并使用小规模纺纱机在240℃下熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成的袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现,光泽度和触感,并散发出特有的植物香味。
实施例3
使用3kg市售油菜籽油和97kg聚丙烯基片的混合物制备母料基片,然后使用小规模纺纱机在230℃下将所述母料基片熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽和触摸时良好的触感,并且具有抗静电性。
实施例4
如实施例3中所述,使用3kg市售蓖麻油和97kg聚丙烯基片的混合物制备母料基片。然后以1:1的重量比使所述母料基片与普通聚丙烯基片混合,并使用小规模纺纱机在230℃下熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽度和触摸时良好的触感。
实施例5
如实施例3中所述,使用3kg市售山茶油和97kg聚丙烯基片的混合物制备母料基片。然后以1:2的重量比使母料基片与普通聚丙烯基片混合,并使用小规模纺纱机在230℃下熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽度和触摸时良好的触感。
实施例6
在以下条件下进行ES反应之前,立即将在制备实施例1中制得的亚麻籽油以5wt%的量加入到聚合试验机中:摩尔比为1:1.12;Sb2O3(250ppm),TiO2(3,000ppm),H3PO4(200ppm);最终反应温度为255℃,反应时间为210分钟。随后,在0.4托的压力下,在287℃的最终温度下进行PC反应220分钟,从而生产70g聚合的基片。
摩尔比的意思是{(EG进料的量/EG的Mw62.07)/(TPA进料的量/TPA的Mw166.13)}。
在180℃下干燥70g聚合的基片和300g聚酯半消光基片的混合物3小时,并在285℃下熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽度和当触摸时良好的触感。
实施例7
将六千克粉碎的亚麻籽,每2kg装在一个P.P.无纺袋中,放入压力煎剂机中,并加入36kg的水。在130℃下煮沸3小时后,在液压联动装置中对煎剂加压从而产生25kg的提取物,然后过滤所述提取物并浓缩减少至8kg。
使用3kg浓缩物和97kg聚酯基片的混合物以典型方式制备母料基片。
母料基片以1:1的重量比与普通聚酯半消光基片混合,干燥,并使用小规模纺纱机在285℃下熔融纺丝成150丹尼尔/28丝的细丝。
将所述纤维针织成袜子并染色。发现所述袜子具有优异的色彩呈现、光泽度和当触摸时良好的触感。
实施例8
将0.8wt%在制备实施例1中制备的亚麻籽油结合到99.2wt%聚酯半消光基片中。为此,在分离的供应器(齿轮泵)的帮助下,将亚麻籽油连续进料到在主要基片的供应管线和挤出机之间的连接部中,在此期间,在285±5℃下进行熔融纺丝以生产5,300kg的1.4丹尼尔/38mm短纤维。
将所述短纤维纺织成40S/1,随后以单面针织物的方式针织。正常地染色针织物品。所得到的短纤维的物理性质列于下表2中。有害物质(生态完整测试,婴儿标准)的检测结果总结于下表3中。表4示出了短纤维和染色针织物品的特性。发现针织物品的特性(弹性、触感、光泽度)保持不变,甚至在洗涤5次后。
根据抗静电测试,发现当摩擦生电(KS K0555:2010)时染色针织物品具有67V(棉布)和99V(毛织品)的电荷{测试条件:(20±2)℃,(40±2)%RH,400r/min}。此外,它们表现出1.4×1012(Ω)(KS K0170:2008)的表面电阻率{测试条件:(20±2)℃,(40±2)%RH}{施加电压:100V,60秒},这与普通合成纤维(1.0×1014~15(Ω)相比,有很大的提高。
表2
项目 | 标准值 | 实施例8的纤维 | 测试方法 |
丹尼尔 | 1.4±0.05 | 1.39 | ASTM D1577.DIN53912 |
纤维长度(mm) | 38±1.5 | 38.2 | KSK0327(KOREA) |
韧性(g/de) | 5.5 | 5.76 | ATTM D3822 |
伸长率(%) | 30.0±5.0 | 35 | ATTM D3822 |
卷曲数(数目/英寸) | 13.5±1.0 | 13.2 | JIS L1074(JAPEN) |
表3
表4
特性 | 聚酯 | 实施例8的纤维 | 注释 |
强度 | 非常好 | 非常好 | 粗纤维 |
伸长率 | 非常好 | 优良 | 粗纤维 |
蓬松度 | 非常好 | 优良 | 粗纤维和粗织物 |
弹性 | 非常好 | 优良 | 染色后的粗织物 |
柔软度 | 中等 | 优良 | 粗纤维和粗织物 |
白度 | 非常好 | 非常好 | 粗纤维 |
触感 | 中等 | 优良 | 粗织物(与皮肤接触时) |
吸湿性 | 非常差 | 好 | 染色后的粗织物 |
可染色性 | 非常好 | 优良 | 染色后的粗织物 |
香味 | 无 | 很香 | 染色后的粗织物 |
抗静电性 | 差 | 优良 | 染色后的粗织物 |
光泽度 | 中等 | 非常好 | 染色后的粗织物 |
对由聚酯40s/1纺丝针织的单面针织织物进行染色、脱水和干燥,然后浸入处于含柔软剂的水(95wt%)中的5wt%的制备实施例1的亚麻籽油中。然后,使针织织物通过轧液辊,并经历拉幅过程以获得样品。
该样品在洗涤之前显示出高光泽度和触摸时的良好触感,但在5次洗涤之后光泽度和触感显著下降。
Claims (11)
1.一种用于制造合成纤维的方法,包括:将0.1-10.0wt%的量的植物脂肪酸结合到可形成纤维的聚合物中;以及熔融纺丝结合了所述植物脂肪酸的聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述结合通过在所述熔融纺丝之前用所述植物脂肪酸涂覆所述可形成纤维的聚合物来实施。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述结合通过混合所述植物脂肪酸和所述可形成纤维的聚合物来实施以获得母料基片。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述结合通过在所述可形成纤维的聚合物聚合时将所述植物脂肪酸加入到所述可形成纤维的聚合物中来实施。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述结合通过使用分离的供应器,在所述熔融纺丝时将所述植物脂肪酸连续地供应进入挤出机来实施。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其中所述可形成纤维的聚合物是能够熔融纺丝的材料。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述植物脂肪酸选自由以下组成的组中:亚油酸、油酸、硬脂酸、棕榈酸、里卡利酸、蓖麻油酸以及它们的组合。
8.一种合成纤维,使用权利要求1至5中任一项所述的方法制备,包括0.01-10.0wt%的量的植物脂肪酸。
9.根据权利要求8所述的合成纤维,具有1.0×1014(Ω)或更小的表面电阻率。
10.根据权利要求9所述的合成纤维,具有1.0×1013(Ω)或更小的表面电阻率。
11.根据权利要求8所述的合成纤维,散发出植物香味。
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