CN105908279B - 一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法。本方法所述纤维对至少0.1℃以上的温度变化敏感，即温度变化时，所述纤维的折射率变化，纤维的光泽度发生“全光‑半消光‑全消光”之间的变化，且当温度恢复时，纤维的光泽度恢复，即可逆变化。本发明的纤维在包括纺织服装、电子设备的响应控制、温敏或压敏仪表制造、图像显示、人机交互、智能识别等领域有重要应用。

Description

一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维和化纤制造领域，具体涉及一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法。

背景技术

在缓解天然纤维短缺的同时，化学纤维既可纯纺，也可与棉、毛、丝、麻等天然纤维混纺交织。人们利用化学纤维已经能够制造出仿棉、仿毛、仿丝、仿麻等新型纤维。这些化学纤维的不断发展不但美化了我们的生活，同时提供着各种不同功能，如力学、光学、热学、电学方面的新性能，在工业生产和日常生活方面发挥着重要的作用。

在纤维的光学性能方面，生产中常常加入消光剂来调节纤维光泽度。如发明专利(申请号：200910303607.6)提供了一种彩色阻燃消光中空涤纶长丝的制备方法。该方法在聚酯切片的制备过程中加入消光剂、色母粒、共聚阻燃剂制成切片，再对切片进行预结晶、干燥后，加热进行熔融纺丝后得到成品。然而，消光剂的加入会影响到纺丝时熔体的黏度和加工过程中对设备的摩擦等问题，增加了制造成本。

改变纤维表面光滑度也能起到调节纤维光泽的作用。如日本专利特开昭48-6020中采用干喷湿纺丝成形的方法，主要使纤维在挤出受力时，阻止溶剂扩散，从而改变了纤维表面的应力状态，提高纤维表面的光滑度。但这种方法在实际生产中产量低并且对压力要求高。还有日本专利提出了通过设计特异的截面，如三角形但三角形各边呈曲线状等，也可改变纤维的光泽度。但同样存在设备制造要求高的问题，实际生产成本高。

此外，在纤维中添加光亮剂，也可调节纤维的光泽度。较常见的有Ciba-giga的UVITEX或吡唑啉及其衍生物、赫斯特的HOSTALUX NR，但多局限于熔融纺丝方法，而对湿法纺丝光泽度改进不大。

然而上述方法对纤维光泽度的影响，是固定的，不可变化的。比如所制成的涤纶，通过加入不同量的消光剂，会相应产生固定的有光(全光)、半消光、全消光效果。这种纤维一旦完成纺丝，光泽度既为固定值，一般不会变化。

而且上述方法的纤维光泽度的改变是单向的，单一增强或单一减弱。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法，即纤维光泽可根据外界环境温度变化而发生改变，并且在一定范围内是可逆的。比如，在环境温度为30℃时是消光纤维，而到10℃时变为有光纤维，再到30℃环境中又可恢复成消光纤维。

本发明的技术方案如下述：

一种光泽转换可逆的纤维，所述纤维对至少0.1℃以上的温度变化敏感，即温度变化时，所述纤维的折射率变化，纤维的光泽度发生“全光-半消光-全消光”之间的变化，且当温度恢复时，纤维的光泽度恢复，即可逆变化。

所述光泽转换可逆的纤维，纤维的折射率的变化，通过在纤维表面或纤维内部的至少一处，含有温敏微胶囊。

所述的温敏微胶囊，折射率对至少0.1℃以上的温度变化敏感，微胶囊的芯材或壳中的至少一处含有相变材料、液晶材料或温敏凝胶中的一种或其任意组合，微胶囊粒度D90不大于5微米。

所述的相变材料，包括“固-液”转变、“固-固”转变材料；所述液晶材料，包括热致液晶；所述温敏凝胶，包括聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶或接枝N-异丙基丙烯酰胺基团的聚合物水凝胶。

所述的光泽转换可逆的纤维的制备方法，可以是以下任一种：

所述方法包括，将温敏微胶囊分散在水溶液或有机溶剂中形成分散液的步骤，和将所述分散液从喷丝孔中压出形成细流，经凝固或溶剂挥发而成为纤维的步骤。

所述方法包括，将温敏微胶囊分散在单体的水溶液或有机溶剂中形成分散液的步骤，在所述分散液中引发聚合反应形成聚合物熔体的步骤，和将聚合物熔体从喷丝孔中压出形成纤维的步骤。

所述方法包括，将温敏微胶囊分散在聚合物中形成混合物的步骤，将所述混合物进行熔融、切断形成切粒的步骤，和将混合物或切粒通过喷丝孔中压出形成纤维的步骤。

所述方法包括，将温敏微胶囊分散在聚合物溶液或熔体中形成分散液的步骤，和将所述分散液通过电场形成带电细流而成为纤维的步骤。

纤维光泽度发生变化是因为纤维材料的整体或局部的光学性质(如折射率)发生了转变。温敏材料如相变材料、液晶等，能在外界环境温度的刺激下，发生固液转变或者溶液相到液晶相的变化，进而影响了材料的折射率等光学性质。而这些性质转变，是传统纤维不具备的。

简单将温敏材料与纤维材料共混纺丝，虽然能得到光泽改变，但是温敏材料在纤维制造过程中会受到很大损失。比如熔融纺丝温度很高，温敏材料面临高温挥发，甚至分解等问题；湿法纺丝虽然温度较温和，但是纺丝液可能强酸强碱(如粘胶)，温敏材料同样受到腐蚀分化。即使经过这些严酷的过程，纺丝后纤维中硕果仅存的少量温敏材料，在使用过程中仍可能泄漏。

未解决上述问题，必须将温敏材料微胶囊化。微胶囊化能将温敏材料划分封装在微米级的微小容器中。温敏材料被聚合物分子包裹保护，减小外环境的直接接触影响，同时控制热量传导，保证温度响应的敏感性。

然而应用于纺丝工艺的微胶囊仍有诸多要求，首当其冲的是微胶囊的粒径。受微胶囊合成工艺原理，微胶囊的粒径分布很难做到单分散，只可能尽量的窄分布。而纺丝中，纤维的直径有着极高的要求。如果微胶囊的粒径大于5个微米，堵塞喷丝孔的次数，频率，堵塞状况都会受到极大影响。即使完成纺丝，纤维中较大的胶囊也会成为应力集中的奇点，导致纤维的力学性能急剧下降。

与传统方法不同，本发明的纤维光泽变化，是可逆的，而不是一次性的或永久的。这是因为传统方法中所用消光剂等对于纤维光学性质的改变是不可逆的，而采用温敏材料则不同。如相变材料在相变温度下发生的固液相变是可逆的，因此其光学性质的变化也是可逆的。

所述光泽转换可逆的纤维，可以应用于包括纺织服装、电子设备的响应控制、温敏仪表制造、图像显示、人机交互、智能穿戴、防伪识别产品领域。纤维光泽的可逆转换，是通过对外界的温度变化实现的，可根据此性质实现材料的智能化。

本发明的有益效果如下：

1、提供了一种光泽转换可逆的纤维及其制备方法。纤维光泽在环境温度变化时，可实现“有光-消光”的可逆转换，并且转换程度可进行调节；

2、本发明方法适用范围广，不仅适用于湿法纺丝，而且适用于干法纺丝、熔融纺丝、电纺丝等；

3、本发明方法对于纺丝设备改造小，配合程度高。

附图说明

图1为实施例1中材料光学性质变化的示意图；

图1-1为模拟人体温度35℃时的微胶囊偏光显微镜照片；

图1-2为室温20℃时的微胶囊偏光显微镜照片；

图2为实施例2中所制得相变微胶囊和光泽转换可逆腈纶的DSC曲线，其中ΔH1为微胶囊焓变值，ΔH2为腈纶焓变值；

图3为实施3中所制得光泽转换可逆丙纶的DSC曲线，其中ΔH为丙纶焓变值。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种光泽转换可逆的粘胶纤维，其制备方法如下：

1)将相变微胶囊分散在粘胶纺丝原液中，搅拌均匀，其中相变微胶囊添加量为甲纤含量的质量百分比为5-10％，本实施例中相变微胶囊，芯材为相变温度为24-34℃的碳原子数为16-20个的脂肪烃，制备方法参考申请人系列发明“微胶囊储能组合物及其制备方法”(申请号：201410401132.5)。

2)设定总纺丝时间，经过滤，由计量泵控制，经由喷丝孔，酸浴凝固，再经水洗、酸洗等洗涤，干燥处理，加工得到一种光泽转换可逆的粘胶。

该纤维在20℃室温下为有光粘胶纤维，但用手握住一段时间，所摸之处的纤维变为消光状态，而把手松开后，又在几分钟内逐渐恢复为有光纤维。这是因为，纤维中相变材料在20℃室温下为结晶固态，而在手接触纤维时，皮肤温度为31-32℃，纤维中的相变材料熔融变为液态，这2种固-液状态下折光率发生变化，因此从有光变为消光。而当纤维温度恢复时，其中的相变材料状态也由液态恢复为固态，从而实现了纤维光泽变化的可逆。

本例所制备的纤维，除可用于服装面料织造外，还可将这种可逆转变的光学特性用于仪表制造、图形显示等。

如图1-2为室温20℃状态下的微胶囊偏光显微镜照片，有光泽处为微胶囊内部的相变材料结晶，而图1-1为升温到35℃时的微胶囊偏光显微镜照片，可以看到光斑消失。而降温后此光斑又能重新出现。这正好说明了，温敏相变材料由于温度的变化，其光学性质发生了可逆变化，从而导致了纤维光泽的可逆变化。

实施例2

一种光泽转换可逆的腈纶纤维，其制备方法如下：

1)将相变材料微球分散在NaSCN水溶液中，再与聚丙烯腈纺丝原液混合均匀，其中相变材料微球添加量为纤维含量的质量百分比为5-15％，本实施例中相变材料微球，含有相变温度为18-24℃的脂肪酸类化合物，制备方法参考申请人系列发明“一种相变储能复合微球及其制备方法”(申请号：201410405815.8)。

2)将上述混合物调节pH值，经加热，纺丝，凝固，再经水洗、酸洗等洗涤，干燥处理，加工得到一种光泽转换可逆的腈纶纤维。

该纤维在20℃室温下为有光腈纶纤维，但用手握住一段时间，所摸之处的纤维，由于升温，发生固-液变化，折射率变化，变为消光状态，而把手松开后，又在几分钟内逐渐恢复为有光纤维。如图2所示为对应的微胶囊和光泽转换可逆腈纶DSC焓变曲线。

该纤维及其制品，除可用于服装面料加工，还可用于工业仪表，电子设备控制用于光学器件和灵敏反应。

实施例3

一种光泽转换可逆的丙纶纤维，其制备方法如下：

1)以热致液晶为芯材，以OP-10和PVA为乳化剂，将其分散在水溶液中乳化，引发异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)聚合，形成以聚氨酯为壳材的液晶微胶囊。相转变温度为64-100℃。

2)将1)中所述的液晶微胶囊与聚丙烯，其中液晶微胶囊添加量为聚丙烯质量比的0.01-50％，在160-200℃用双螺杆挤出机共混造粒。

3)将2)中所得母粒经进一步熔融纺丝，得到一种光泽转换可逆的丙纶纤维。或将母粒进行熔喷，热轧等工艺制成一种光泽转换可逆的无纺布。

所得光泽转换可逆丙纶纤维的焓变曲线如图3所示。

本例中所制备的丙纶纤维及无纺布制品，可用于婴幼儿服装和尿不湿等用品上的温度识别，工业上的温敏仪表制造，人机交互，智能识别等。

实施例4

一种光泽转换可逆的聚乳酸纤维，其制备方法如下：

1)在60℃时，加入过硫酸铵作为引发剂，引发水相中N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合，再以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以丙烯酸为第二单体，聚合15h后形成P(NIPAM-co-AA)聚合物微球。相转变温度约为32℃。

2)将1)中所述的液晶微胶囊与聚乳酸，以质量比1：99，在170-210℃用双螺杆挤出机共混造粒。

3)将2)中所得聚乳酸母粒，经进一步熔融纺丝，得到一种光泽转换可逆的聚乳酸纤维。

本例中所制备的聚乳酸切粒或聚乳酸纤维，可用于服装织造、塑料用品制造，光学仪表，智能识别等。

实施例5

一种光泽转换可逆的包芯纱，其制备方法如下：

以实施例2方法得到一种光泽转换可逆的腈纶纤维，采用包芯工艺，将所得腈纶包裹氨纶形成一种“腈包氨”包芯纱，即得到一种光泽转换可逆的腈包氨包芯纱。

本例中所得光泽转换可逆腈包氨包芯纱，可用于丝袜，内衣等服饰加工制造，也可用于防伪识别，温度显示，精密仪表制造等领域。

上述实施例中纤维光泽的可逆转换，是通过对外界的温度变化实现的，可根据此性质实现材料的智能化。除可应用在纺织服装领域，增加服饰的美感和时尚性外，还可应用在电子设备的响应控制、温敏仪表制造、图像显示、人机交互、智能识别等众多领域。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种光泽转换可逆的纤维，其特征在于，所述纤维对至少0.1℃以上的温度变化敏感，即温度变化时，所述纤维的折射率变化，纤维的光泽度发生“全光-半消光-全消光”之间的变化，且当温度恢复时，纤维的光泽度恢复，即可逆变化；所述纤维的折射率的变化，通过在纤维表面或纤维内部的至少一处，含有温敏微胶囊；所述温敏微胶囊的折射率对至少0.1℃以上的温度变化敏感，温敏微胶囊的芯材或壳中的至少一处含有相变材料、液晶材料或温敏凝胶中的一种或其任意组合，微胶囊粒度D90不大于5微米。

2.根据权利要求1所述的光泽转换可逆的纤维，其特征在于，所述相变材料，包括“固-液”转变、“固-固”转变材料；所述液晶材料，包括热致液晶；所述温敏凝胶，包括聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶或接枝N-异丙基丙烯酰胺基团的聚合物水凝胶。

3.权利要求1或2所述的光泽转换可逆的纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将温敏微胶囊分散在水溶液或有机溶剂中形成分散液的步骤，和将所述分散液从喷丝孔中压出形成细流，经凝固或溶剂挥发而成为纤维的步骤。

4.权利要求1或2所述的光泽转换可逆的纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将温敏微胶囊分散在单体的水溶液或有机溶剂中形成分散液的步骤，在所述分散液中引发聚合反应形成聚合物熔体的步骤，和将聚合物熔体从喷丝孔中压出形成纤维的步骤。

5.权利要求1或2所述的光泽转换可逆的纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将温敏微胶囊分散在聚合物中形成混合物的步骤，将所述混合物进行熔融、切断形成切粒的步骤，和将混合物或切粒通过喷丝孔中压出形成纤维的步骤。

6.权利要求1或2所述的光泽转换可逆的纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将温敏微胶囊分散在聚合物溶液或熔体中形成分散液的步骤，和将所述分散液通过电场形成带电细流而成为纤维的步骤。

7.权利要求1或2所述的光泽转换可逆的纤维，应用于纺织服装、电子设备的响应控制、温敏仪表制造、图像显示、人机交互、智能穿戴、防伪识别产品领域。