CN103484959B - 一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，所述碳化锆组合物包括以下重量百分比的组分：碳化锆79‑89.5％、金属氧化物0.5‑1wt％和树脂10‑20wt％；所述碳化锆组合物的制备方法如下：首先将碳化锆粉体放在油性溶液中机械研磨，再使用金属氧化物充填碳化锆表面的凹处，减少碳化锆表面的高低差，最后以树脂类的软质材料包覆，形成相对平坦的粉体表面，降低或消除存在粉体表面的尖瑞外观，进而避免了后续纺织制程产生丝导刮伤损坏的问题。

Description

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法

技术领域

本发明涉及纤维应用领域，更具体地涉及一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法。

背景技术

碳化锆粉体为重要的远红外线放射材料，利用碳化锆的结晶，将红外线能量转换成远红外线，结晶程度愈高远红外线放射的效果愈佳。现有技术很多使用碳化锆的成份作为远红外线或蓄热保温的纤维之添加物。但是碳化锆为高温结晶性材料，其结晶具有高的键结强度。在碳化锆研磨微细化的制程，因机械力的作用使结晶体破裂成较小的晶块，虽然可减小碳化锆粉体的粒径，使其有利于加入纤维的原料中，再经纺丝成为具有发热功能的纤维。但是破碎碳化锆晶体的结果，使微细化的碳化锆粉体表面呈现高的破裂面与尖锐外观，不利于粉体在纤维中的分散，也容易造成纤维表面产生尖锐的碳化锆材质之凸出。碳化锆材质具有高的硬度，尖锐凸出使纤维在后续纺织制程中，对传送纤维的丝导造成损坏，导致纺织制程无法顺利连续。因此，改善碳化锆粉体表面的凹凸与尖锐外观，对粉体在纤维中的分散，以及含碳化锆粉体纤维的后续运用，成为重要待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以保证碳化锆粉体的表面平滑且有利于后续加工的用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种技术方案：一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，

其中，一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆79-89.5％、金属氧化物0.5-1wt％和树脂10-20wt％。

所述金属氧化物选用氧化钛或氧化锌。

所述树脂选用酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂。

所述碳化锆组合物包括以下重量百分比的组分：碳化锆86％、金属氧化物0.8wt％和树脂13.2wt％。

其中，一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将79-89.5％碳化锆粉体放在油性溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.1-3μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.5-1wt％金属氧化物的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将金属氧化物析出，然后金属氧化物充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有金属氧化物的碳化锆、10-20wt％树脂与油性溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余油性溶液，最后得到表面包覆树脂材料的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

所述金属氧化物选用氧化钛或氧化锌。

所述树脂选用酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂。

所述碳化锆的重量百分比86％、金属氧化物的重量百分比0.8wt％和树脂的重量百分比13.2wt％。

所述1)中的油性溶液采用乙酸甲酯溶液、乙酸乙酯溶液或乙酸丙酯溶液。

所述1)研磨后碳化锆的粒径为0.4μm。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1)机械研磨微细化的碳化锆粉体表面，使用金属氧化物充填表面凹处，减少碳化锆表面的高低差，再以树脂类的软质材料包覆，形成相对平坦的粉体表面，降低或消除存在粉体表面的尖瑞外观，进而避免了后续纺织制程产生丝导刮伤损坏的问题。

2)充填的金属氧化物采用氧化锌或氧化钛材料，使粉体具有负离子产生的功能，除减小粉体表面高低差外，增加粉体的机能特性。

3)选用与化纤原料兼容的树脂，增加其包覆之碳化锆粉体在化纤原料中的分散容易度；进一步选用高软化温度的树脂，使树脂包覆的碳化锆粉体在熔融纺丝制程中不会产生相互黏结的现象。

附图说明

图1是含有本发明碳化锆组合物的纤维与含有未改进的碳化锆的纤维进行平滑性能测试的对比变化曲线图。

具体实施方式

以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

实施例一：

本发明一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆79％、氧化钛1wt％和酚醛树脂20wt％。

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将79％碳化锆粉体放在乙酸甲酯溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.2μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂(葡萄糖)的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有1wt％氧化钛的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将氧化钛析出，由于氧化钛析出在碳化锆表面的尖锐处容易脱落，所以形成只有凹处存在氧化钛的状况，即氧化钛充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有氧化钛的碳化锆、20wt％酚醛树脂与乙酸甲酯溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余乙酸甲酯溶液，最后得到表面包覆酚醛树脂的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

实施例二：

本发明一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆89.5％、氧化钛0.5wt％和酚醛树脂10wt％。

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将89.5％碳化锆粉体放在乙酸乙酯溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.6μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂(葡萄糖)的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.5wt％氧化钛的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将氧化钛析出，由于氧化钛析出在碳化锆表面的尖锐处容易脱落，所以形成只有凹处存在氧化钛的状况，即氧化钛充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有氧化钛的碳化锆、10wt％脲醛树脂放与乙酸乙酯溶液入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余乙酸乙酯溶液，最后得到表面包覆脲醛树脂的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

实施例三：

本发明一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆86％、氧化钛0.8wt％和酚醛树脂13.2wt％。

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将86％碳化锆粉体放在乙酸丙酯溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.4μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂(葡萄糖)的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.8wt％氧化锌的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将氧化锌析出，由于氧化锌析出在碳化锆表面的尖锐处容易脱落，所以形成只有凹处存在氧化锌的状况，即氧化锌充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有氧化锌的碳化锆、13.2wt％环氧树脂与乙酸丙酯溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余乙酸丙酯溶液，最后得到表面包覆环氧树脂的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

实施例四：

本发明一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆82％、氧化钛0.7wt％和酚醛树脂17.3wt％。

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将82％碳化锆粉体放在乙酸丙酯溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.4μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂(葡萄糖)的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.7wt％氧化锌的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将氧化锌析出，由于氧化锌析出在碳化锆表面的尖锐处容易脱落，所以形成只有凹处存在氧化锌的状况，即氧化锌充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有氧化锌的碳化锆、17.3wt％不饱和聚酯树脂与乙酸丙酯溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余乙酸丙酯溶液，最后得到表面包覆不饱和聚酯树脂的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

实施例五：

本发明一种用于纤维材料中的碳化锆组合物，其包括以下重量百分比的组分：碳化锆84％、氧化钛0.85wt％和酚醛树脂15.15wt％。

一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其包括以下步骤：

1)首先将84％碳化锆粉体放在乙酸丙酯溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.4μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂(葡萄糖)的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.85wt％氧化锌的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将氧化锌析出，由于氧化锌析出在碳化锆表面的尖锐处容易脱落，所以形成只有凹处存在氧化锌的状况，即氧化锌充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有氧化锌的碳化锆、15.15wt％聚氨酯树脂与乙酸丙酯溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余乙酸丙酯溶液，最后得到表面包覆聚氨酯树脂的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

本发明碳化锆组合物的应用：

本发明制成的碳化锆组合物加入化纤原料中，经纺丝成形制成纤维，本发明的碳化鋯组合物纤维中分散均匀，不会造成纤维表面产生尖锐的硬质突出物。避免了后续的纺织加工存在纤维传送的丝导损坏以及造成产能下降与不良品增加的风险。本发明的碳化鋯组合物作为机能性纤维的添加物，可以提供远红外线、负离子与光触媒多功能。

本发明碳化锆组合物性能的测试：

添加碳化锆粉体对纤维表面的平滑性造成影响，使其在纺织制程中对传送纤维的丝导产生磨耗。

测试方法如下：首先使用含有96％氧化铝的丝导，将含有未改进的碳化锆粉体的纤维与含有本发明碳化锆组合物的纤维以固定速度磨擦丝导表面进行试验。

测试结果显示含有未改进的碳化锆粉体的纤维对丝导表面产生的刮痕较深，时间愈长产生的磨耗深度愈深；含有本发明碳化锆组合物的纤维改善了对丝导产生的磨耗问题，测试结果详参图1。

本发明机械研磨微细化的碳化锆粉体表面，使用金属氧化物充填表面凹处，减少碳化锆表面的高低差，再以树脂类的软质材料包覆，形成相对平坦的粉体表面，降低或消除存在粉体表面的尖瑞外观。充填的金属氧化物使用氧化锌或氧化钛材料，使粉体具有负离子产生的功能，减小粉体表面高低差外，增加粉体的机能特性。软质材料选用可与化纤原料兼容的树脂，增加其包覆之碳化锆粉体在化纤原料中的分散容易度。进一步选用高软化温度的树脂，使树脂包覆的碳化锆粉体在熔融纺丝制程中不会产生相互黏结的现象。本发明的碳化锆组合物也可以避免后续纺织制程产生丝导刮伤损坏的问题。

Claims (6)

1.一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)首先将79-89.5％碳化锆粉体放在油性溶液中进行研磨，研磨后碳化锆的粒径为0.1-3μm；

2)再将研磨后的碳化锆加入含有还原剂的水溶液，然后过滤烘干，还原剂沉积在碳化锆的表面，再将烘干后的碳化锆加入含有0.5-1wt％金属氧化物的盐类水溶液，碳化锆表面上的还原剂将金属氧化物析出，然后金属氧化物充填在碳化锆表面的凹处；

3)接着将覆盖有金属氧化物的碳化锆、10-20wt％树脂与油性溶液放入到高速均质机中进行混合，速度为2000-3000rpm，时间为3-5分钟；

4)将3)中的混合物加入水中且高速搅拌形成乳液，然后加热将水分烘干，温度控制为100-150℃，再继续加热升温到150-200℃去除残余油性溶液，最后得到表面包覆树脂材料的碳化锆，即为用于纤维材料的碳化锆组合物。

2.如权利要求1所述一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物选用氧化钛或氧化锌。

3.如权利要求1所述一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：所述树脂选用酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂。

4.如权利要求1所述一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：所述碳化锆的重量百分比86％、金属氧化物的重量百分比0.8wt％和树脂的重量百分比13.2wt％。

5.如权利要求1所述一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：所述1)中的油性溶液采用乙酸甲酯溶液、乙酸乙酯溶液或乙酸丙酯溶液。

6.如权利要求1所述一种用于纤维材料中的碳化锆组合物的制备方法，其特征在于：所述1)研磨后碳化锆的粒径为0.4μm。