CN103451765A - 一种制备远红外辐射聚酯纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制造纤维的方法，该纤维显示出改善了白度和软/粗接触感觉以及经太阳光线辐射后显示出优异的、永久性的积热和保温效果。该纤维本体的横截面为具有一个开口的圆环形，由主要包括二甲基对苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的,该方法的特征在于向该聚酯中添加至少两种混合的、在远红外辐射波长范围4-25微米内的光谱反射率不低于65％的陶瓷颗粒。

Description

一种制备远红外辐射聚酯纤维的方法

本发明涉及制造一种经阳光辐射后显示出优异的积热效果和优异的保温效果的聚酯纤维的方法，和更具体地涉及制造一种基于二甲基对苯二甲酸和乙二醇的聚酯纤维的方法，该纤维显示出改进了的白度和软/粗接触手感以及优异的、永久性的积热和保温效果，且能够辐射出远红外射线。该聚酯纤维本体的横截面为具有一个开口的圆环形，所述纤维是通过在聚合物中均匀共混一种在远红外辐射范围内(波长4-25微米)具有不低于65％的光谱反射率的陶瓷颗粒而制造的。 

陶瓷颗粒从太阳光线中吸收可见光和近红外线(显示出优异的热效率)，将所吸收的射线转化成远红外线，然后辐射出远红外射线。当辐射出的远红外射线所具有的频率大致等于陶瓷颗粒内所确定的固有振动系统的频率时，会发生共振现象，使得振动系统的振幅增大。依靠这样一种共振现象，从陶瓷颗粒产生热能。在纤维与这样一种陶瓷颗粒共混的情况下，热能会升高该纤维的温度。陶瓷颗粒还具有反射从人体发射的8-12微米的远红外射线的功能，从而保持体热。在这方面，长纤维和短纤维用于运动服、便服和用作无纺织物的衬垫。 

通常，实际上已知使用共混了碳化锆颗粒的积热和保温纤维。此类纤维公开于EP302141A。然而，很难将该类纤维用于要求白度的应用和要求染色的应用。这是因为这类纤维不尽人意地具有深灰色。 

为了提高此类纤维的白度，还有人建议使用色彩调整剂。例如，使用共轭纺丝方式制造纤维的方法是已知的，其中着色剂掺入纤维芯中。另一种有关大量添加白色颜料如氧化钛的方法也是已知的。尽管这些方法可用来制造共混了碳化锆颗粒的积热和保温纤维，然而，它们导致积热和保温效果的下降，同时不能充分提高白度。 

在日本特开平3-69675中，公开了使用陶瓷颗粒制造6旦尼尔的短纤维的方法。在这一方法中，根据高浓度染色配料工艺，陶瓷如氧化锆、氧化硅或氧化铝的颗粒与聚酯按使得总颗粒含量为40重量％的比例进行混合，从而形成切片。该切片与常规的聚酯切片一起混合纺丝，制造6旦尼尔的短丝。根据这一方法，能获得良好的白度。但是，颗粒在纤维中的分散较差，因为共混的陶瓷颗粒的量大。此外，纤维感觉很粗糙，因为共混入的颗粒具有很高的硬度。结果，很难使用这一方法得到的纤维制造服装。 

为解决上述问题进行执着研究的结果，我们发现通过向该纤维材料添加远红外辐射陶瓷颗粒能够制造一种显示出改善了的白度和软接触感觉的以及经过太阳光线辐射后显示出优异的、永久性的积热和保温效果的纤维。基于这一事实完成了本发明。 

因此，本发明的目的是提供一种制造纤维的方法，该纤维显示出改善了白度和软/粗接触感觉以及经太阳光线辐射后显示出优异的、永久性的积热和保温效果。 

根据本发明，通过提供一种制造远红外辐射纤维的方法来实现这一目的，该纤维是由主要包括二甲基对苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的，该方法的特征在于向该聚酯中添加至少两种混合的、在远红外辐射波长范围(4-25微米)内的光谱反射率不低于65％的远红外辐射陶瓷颗粒，且该纤维本体的横截面为具有一个开口的圆环形。 

远红外亲水聚酯的横截面为具有一个开口的圆环形即C字形，有导通水分功能，可大大提高聚酯的亲水性能。优选地，所述的圆环形的内径R1与外径R2之比为1∶5～1∶3。 

更优选地，所述的圆环形的内径R1与外径R2之比为1∶4。 

远红外辐射陶瓷颗粒选自ZrO2、ZrSiO4、SiO2和TiO2，它们全部具有0.001-1.0微米的粒径分布和不高于0.02微米的平均粒径。 

在使用二甲基对苯二甲酸和乙二醇的缩聚工艺制造用于纤维的聚酯时，需要提供一种在聚合物中均匀共混陶瓷颗粒的复杂技术，该陶瓷颗粒在远红外辐射范围(波长4-25微米)内具有不低于65％的光谱反射率。通常使用的远红外辐射陶瓷颗粒包括ZrO2、Al2O3、BaSO4、SiO2、TiO2、MnO2、Fe2O3、CoO、CuO、ZrC、MgO、Cr2O3、ZrSiO4、K2O、SiC、ZrN等。它们具有不同的化学和物理性质以及不同的远红外辐射范围。在几个对比试验之后，本发明人发现在实施本发明时ZrO2、SiO2、TiO2和ZrSiO4是优选的。ZrO2和TiO2显示出优异的远红外辐射特性和提供良好的纤维色泽，即良好的白度。另一方面，SiO2 和ZrSiO4显示出紫外屏蔽效果以及优异的远红外辐射特性。 

优选地，根据本发明使用的陶瓷颗粒具有0.001-1.0微米的粒径分布和不高于0.02微米的平均粒径。十分重要的是，在使用乙二醇形成淤浆的工艺中和在被共混入聚合物的工艺中陶瓷颗粒不应发生任何聚结作用。当陶瓷颗粒的粒径分布低于0.001微米时，可能易发生聚结。另一方面，陶瓷颗粒的粒径分布高于1.0微米时，产生不尽人意的纤维接触手感和差的纤维加工性。 

为了获得陶瓷颗粒的改进分散性，制得一种含有乙二醇(作为溶剂，用量不低于80％)和陶瓷颗粒(用量为10.0-20.0重量％)的淤浆。在淤浆形成步骤中陶瓷颗粒与溶剂的混合物在不低于2，500RPM的转速下搅拌。为了过滤掉较大粒径的颗粒和外来物质，分别在各移动容器中安装2微米、5微米和10微米的过滤器。 

然后淤浆即陶瓷颗粒溶液(其中陶瓷颗粒完全分散)经加料管加入到反应管中，将陶瓷颗粒分散在聚合物中。在加料过程中，根据加料管的形状和长度，陶瓷颗粒可能沉积在加料管中。在这方面，根据本发明，该加料管经结构设计后具有直线形状(如果可能话)，让溶液向下流动且具有不多于10米的长度。 

考虑到积热和保温效果和纤维接触感觉，掺入聚合物的陶瓷颗粒的含量优选为1.0-6.0重量％，欲掺入聚合物中的陶瓷颗粒以包括ZrO2＋TiO2、ZrO2＋TiO2＋SiO2和ZrSiO4＋TiO2的混合物形式添加进去。根据陶瓷颗粒在聚合物中的分散性、纤维加工性、纤维升温效果和纤维接触感觉来说，该混合物中各组分的混合比例也是十分重要的。ZrO2的优选含量为3-70％、ZrSiO4的优选含量为30-70％。优选地，SiO2的含量为25-45％。还优选TiO2的含量为25-45％。 

由至少两种陶瓷颗粒和乙二醇组成的陶瓷颗粒淤浆可以添加到酯交换反应管或可以添加到聚合反应管中。但是，考虑到陶瓷颗粒的物理特性，在防止颗粒聚结时有利的是在低温下添加淤浆(如果可能的话)。根据本发明，当在酯交换反应中脱完甲醇之后反应管处在大约155-200℃时，将陶瓷颗粒淤浆添加进去。为了防止因过量添加乙二醇而反应管中发生任何问题，也适当地限定添加时间。优选的添加时间为10-15分钟。所以，根据本发明制得了一种显示出较好的陶瓷颗粒分散性和改善了白度的聚酯。 

附图说明

图1为远红外亲水聚酯纤维截面示意图。 

参考下面的实施例和对比实施例，更易理解本发明，但是，这些实施例是为了说明本发明而不应认为是限定本发明的范围。 

实施例1 

为了由二甲基对苯二甲酸和乙二醇的缩聚反应制备聚酯，先制得两种远红外辐射陶瓷颗粒，即ZrO2颗粒和TiO2颗粒，然后以58∶42的比例混合在一起。然后该陶瓷颗粒混合物与乙二醇混合，进而制得一种陶瓷颗粒的重量比为18重量％的淤浆。通过使用搅拌器在不低于2，500RPM的高转速下连续搅拌所得混合物约两小时以形成淤浆。通过这一搅拌作用，陶瓷颗粒均匀地分散于淤浆中。 

ZrO2和TiO2颗粒的粒径分布为0.001-0.6微米。然后将陶瓷颗粒淤浆添加到上面制备的聚酯中，使陶瓷颗粒的含量占聚合物重量的4.5％。当在酯交换反应脱完甲醇之后反应管处在温度175℃下时，以低速度添加陶瓷颗粒淤浆。陶瓷颗粒淤浆的添加持续约15分钟。作为酯交换反应的催化剂，500ppm Mn(OAc)2和300ppm Sb2O3也被添加到反应管中。对于这一酯交换反应，反应完成温度是290℃。同样，反应时间大约是3小时和10分钟。如此制得了聚酯切片。 

聚酯切片然后经过干燥后具有不高于40ppm的湿含量。在纺丝温度270-285℃下、在纺丝速度1,850米/分钟下，从干燥的聚酯切片纺出未拉伸的纱。之后，纺出的纱以大约2.7的拉伸比进行拉伸，从而制造出具有75旦尼尔的细度的FY75/36长丝。使用这一长丝，制造滑雪服。评价纤维原材料和最终纤维产品的物理性能。对纤维原材料，评价陶瓷颗粒在聚合物中的分散性(掺混程度)。对最终产品即滑雪服，评价织物接触感觉和积热和保温效果。通过电子显微镜观察放大几千倍的、等离子体处理过的样品，来评价陶瓷颗粒在聚合物中的分散性。以加工工厂的数据为基础，评价纺丝和拉伸加工性。通过用肉眼观察或通过使用配色机评价纤维白度。使用热图像测量器具评价积热和保温效果。根据穿着性和柔软性评价织物接触感觉。评价结果记述在表1中。 

使用聚酯切片，将1.2旦尼尔×38毫米原棉制成短纤维。将这一短纤维纺织，制造供夹克用的T100机纺织物。在使用机纺织物制造服装之后，评价其物理性能。按照与滑雪服相同的方式进行评价。评价结果记述在表1中。 

实施例2 

使用两种以比例58∶42混合在一起的远红外辐射陶瓷颗粒，即ZrSiO4颗粒和TiO2颗粒，按照与实施例1中相同的方式制得淤浆。在这种情况下，将陶瓷颗粒以18重量％的浓度掺混到乙二醇中。对于ZrSiO4和TiO2颗粒，使用粒径分布为0.01-1.0微米的颗粒。 

实施例3 

使用三种以比例30∶40∶30混合在一起的远红外辐射陶瓷颗粒，即ZrO2颗粒、TiO2颗粒和SiO2颗粒，按照与在实施例1中相同的方式制得淤浆。在这种情况下，将陶瓷颗粒以18重量％的浓度掺混在乙二醇中。对于ZrO2和TiO2颗粒，使用粒径分布为0.005-1微米的颗粒。 

对比实施例1 

使用两种以比例50∶50混合在一起的远红外辐射陶瓷颗粒，即ZrO2颗粒和TiO2颗粒，按照与在实施例1中相同的方式制得淤浆。然后将陶瓷颗粒淤浆添加到包含在反应管中的聚合物中，使得陶瓷颗粒的含量占聚合物重量的7.3重量％。当恰好在酯交换反应的初始聚合反应开始之前、该反应管处在温度232℃下时，以较低的速度添加陶瓷颗粒淤浆。陶瓷颗粒淤浆连续添加大约15分钟。 

对比实施例2 

使用两种以比例70∶30混合在一起的远红外辐射陶瓷颗粒，即ZrSiO4颗粒和TiO2颗粒，按照与在实施例2中相同的方式制得淤浆。然后将该陶瓷颗粒淤浆添加到包含在反应管中的聚合物中。使得陶瓷颗粒的含量占聚合物的7.3重量％。当恰好在酯交换反应的初始聚合反应开始之前、该反应管处在温度232℃下时，以较低的速度添加陶瓷颗粒淤浆。陶瓷颗粒淤浆连续添加大约15分钟。 

对比实施例3 

使用三种以比例30∶50∶20混合在一起的远红外辐射陶瓷颗粒即ZrO2颗粒、TiO2颗粒和SiO2颗粒，按照与在实施例1中相同的方式制得淤浆。然后将陶瓷颗粒淤浆添加到包含在反应管中的聚合物中，使得陶瓷颗粒的含量占聚合物重量的7.3重量％。当恰好在酯交换反应的初始聚合反应开始之前、该反应管处在温度232℃下时，以较低的速度添加陶瓷颗粒淤浆。陶瓷颗粒淤浆连续添加大约15分钟。 

*粒径1)：粒径分布 

D2)：颗粒的分散性 

W3)：纺丝和拉伸加工性 

T4)：纤维接触感觉热效果5)：积热和保温效果 

外6)：服装外部 

内7)：服装内部滑雪服8)：长丝滑雪服 

外衣9)：纤维外衣 

*根据升高的服装温度评价实施例1-3的服装中所显示出的积热和保温效果，与由常规的原纱或原棉制造的那些服装相比较。 

◎：良好，○：中等，×：坏。 

Claims (8)

1.一种制造远红外辐射纤维的方法，该纤维本体的横截面为具有一个开口的圆环形，由主要包括二甲基对苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的,该方法的特征在于向该聚酯中添加至少两种混合的、在远红外辐射波长范围4-25微米内的光谱反射率不低于65％的陶瓷颗粒。

2.根据权利要求1的方法，其中远红外辐射陶瓷颗粒选自ZrO2、ZrSiO4、SiO2和TiO2，它们全部具有0.001-1.0微米的粒径分布和0.02微米的平均粒径。

3.根据权利要求1的方法，其中远红外辐射陶瓷颗粒包括ZrO2和TiO2。

4.根据权利要求1的方法，其中远红外辐射陶瓷颗粒包括ZrO2、TiO2和SiO2。

5.根据权利要求1的方法，其中远红外辐射陶瓷颗粒包括ZrSiO4和TiO2。

6.根据权利要求1的方法，其中远红外辐射陶瓷颗粒在聚酯中的含量占聚酯重量的1.0-6.0重量％。

7.根据权利要求1的方法，所述圆环形的内径R1与外径R2之比为1∶5～1∶3。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的圆环形的内径R1与外径R2之比为1∶4。