CN106245127A - 一种天然纳米矿物石粉功能纤维及一种功能性热能棉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功能纤维及采用该功能纤维制成的功能性热能棉。所述功能纤维为含有纳米矿物石粉的合成纤维，所述纳米矿物石粉的平均粒径为50‑60nm，且以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中。本发明的功能纤维具有远红外线温升功能、净化除臭功能、抗紫外线功能、抗日光辐射功能等多种功能，而且功能稳定持久，耐磨，耐水洗等，具有良好的应用前景。本发明的功能性热能棉不易变形，但有极高柔软度，并且高度透气，同时亦有抑菌除臭功能，有极佳保暖效果，能灵活配合不同纺织品使用。

Description

一种天然纳米矿物石粉功能纤维及一种功能性热能棉

技术领域

本发明涉及合成纤维领域，具体涉及一种天然纳米矿物石粉功能纤维及一种含有该天然纳米矿物石粉功能纤维的功能性热能棉。

背景技术

合成纤维产业的发展始于欧美，且欧美企业是该行业的先驱者，如杜邦公司的尼龙和ICI公司的聚酯产业。二战之后欧美化学企业获得了极大的发展，60年代到80年代是日美欧等先进国家合成纤维产业发展的黄金年代。随后合成纤维的生产中心转移到韩国、台湾、东盟和中国大陆等亚洲国家和地区。

合成纤维(synthetics)是化学纤维的一种，是用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维的统称。它以小分子的有机化合物为原料，经加聚反应或缩聚反应合成的线型有机高分子化合物，生产不受自然条件的限制。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。例如聚苯咪唑纤维耐高温，聚四氟乙烯纤维耐高温腐蚀，聚对苯二甲酰对苯二胺具有超高强度，聚酰亚胺纤维耐辐射等。

除了本身的材料特性，市场上出现了一些防UV、远红外线等功能纤维，例如CN104695227A公开了一种远红外棉纤维的生产工艺，包括原料准备、原料处理、制备远红外混合液、涂层处理和纺丝。其将预处理过的罗布麻纤维与活性炭纤维、棉纤维按比例进行混合后，喷入远红外负离子粉超声振荡研磨1～2小时，然后浸入远红外混合液中进行浸轧处理，再进行水蒸气处理，然后进行清洗和烘干，制成远红外纺丝原料，最后纺丝卷取成型。传统的合成纤维除了 本身的材料特性外是不含任何功能的，所有防UV、远红外线等功能都是在织成纺织品后再后加工处理，例如涂覆到纤织、编织物上或采用印刷方式进行加工。这样势必增加了生产工序且处理过程复杂，需要额外花费大量的人力、物力和时间等。在织成纺织品后再后加工处理，防UV、远红外线等功能的组分都附着在合成纤维的表面，在使用一段时间或洗涤后，防UV、远红外线等功能的组分会一定程度上脱落，原功能性降低等。另外现有的功能纤维为使功能组分附着在其表面需要额外的使用一些化学粘接剂等，不利于人体健康。而且为了使纤维具有多种功能，往往需要使用多种功能组分。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功能纤维，制备工艺简单，具有远红外线温升功能、净化除臭功能、抗紫外线功能、抗日光辐射功能等，而且功能稳定持久。

本发明的第一个方面是提供一种功能纤维，其为含有纳米矿物石粉的合成纤维，所述纳米矿物石粉的平均粒径为50-60nm，且以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中。

发明人经过大量的筛选研究，发现矿物石粉的平均粒径达到50-60nm时，能够以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中。

优选地，所述纳米矿物石粉中含有O、Si、Ti、C、Pt、Sb、Al、Mg等主要元素。

进一步优选地，所述纳米矿物石粉中含有的主要元素配比为：O 30-40wt％，Si20-30wt％，Ti 20-28wt％，C3-8wt％，Pt 2-5wt％，Sb2-5wt％，Al 2-4％和Mg 1-3wt％。

本发明中，所述“主要元素”是指原子百分数≥0.05％的元素。

发明人经过大量的筛选研究，发现该配比的纳米矿物石粉能够良好地以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中，而其他矿物石粉会聚合不良。

最优选地，所述纳米矿物石粉的主要元素与配比为：

其中，所述功能纤维中纳米矿物石粉的含量可根据纤维的具体用途来调配，一般地，所述功能纤维中纳米矿物石粉的含量为3-5wt％。

其中，根据合成纤维本身的材料特性和具体用途等，所述功能纤维可以为长纤维、短纤维或二者的混合。

其中，根据合成纤维本身的材料特性和具体用途等，所述功能纤维的截面形状可为Y字型、十字形、W形、多边形、多角形、海绵状、多孔形状、颗粒状或圆形等各种形状，而且也可以为中空或实心。

本发明的第二个方面是提供本发明第一个方面所述的任意一种功能纤维的制备方法，在合成纤维制备用原料(液体材料)中加入所述纳米矿物粉，按照合成纤维制备的常规方法制备而成。

具体地，在小分子原料中加入纳米矿物粉，按照常规方法共聚形成纳米矿物纤维颗粒，然后按照常规方法制备成功能纤维(根据不同需要，制备成长纤维或短纤维，及其需要的截面形状)。

本发明的第三个方面是提供一种功能性热能棉，按照重量份数计，其含有不少于40wt％的本发明第一个方面所述的任意一种功能纤维。

可做分层或不分层结构。适用于日常御寒衣服，休闲服、棉被、坐垫等用途。

分层结构：极高柔软度及舒适怠，高度透气，抑菌除臭，能灵活应用于不同纺织品中。

不分层结构：具支撑力结构，伸张力好，有蓬松感及耐用性提高，缝纫较易。

羊毛热能棉：结合羊毛与天然纳米矿物而成，在原有热能棉配方中再加入20％的羊毛﹐质感软软，比一般铺棉更保暖。

海棉(海棉热能棉、DIVA能量胸围杯垫)：把热能棉制成海棉状态，为海棉制品提供一个新的选择。DIVA系列是利用海棉热能棉压制成胸杯垫形状。

填充棉(仿羽绒棉)：具备羽绒柔软的触感，也拥有极佳的保暖恒温御寒功能。

优选地，所述功能纤维为截面为圆形的1.4D*51m/m中空棉，按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括50wt％1.4D*51m/m中空棉，25wt％1.1D*64m/m螺旋棉和25wt％2080低熔点棉；或者

优选地，所述功能纤维为截面为圆形的1.4D*51m/m中空棉，按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D 4080熔棉，20wt％羊毛，25wt％1.1D加硅棉；或者

优选地，所述功能纤维为截面为圆形的1.4D*51m/m中空棉，所述功能性热能棉为三层结构，按照重量份数计，其底和面的组成相同且包括80wt％1.4D*51m/m中空棉和20wt％2D 4080熔棉，其中层的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D 4080熔棉，35％1.1D/51加硅棉和10wt％3D/51无硅棉。

本发明的第四个方面是提供一种矿物石粉，所述矿物石粉的主要元素与配比为：O30-40wt％，Si 20-30wt％，Ti 20-28wt％，C3-8wt％，Pt 2-5wt％，Sb2-5wt％，Al 2-4％和Mg 1-3wt％。

最优选地，所述纳米矿物石粉的主要元素与配比为：

优选地，所述矿物石粉的平均粒径为50-60nm。

本发明将纳米矿物石粉以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中，无需增加额外的生产工序，且处理过程简单，节约人力、物力、财力。另外本发明采集不同的天然矿物石，运用纳米高科技技术，将20多种天然矿物研磨、配比等，筛选出纳米矿物石粉，以此制备的功能纤维具有远红外线温升功能、净化除臭功能、抗紫外线功能、抗日光辐射功能等多种功能，而且功能稳定持久，耐磨，耐水洗等，具有良好的应用前景。本发明提供的功能性热能棉结合天然矿物与传统铺棉成份，产品不易变形，但有极高柔软度，并且高度透气，同时亦有抑菌除臭功能，有极佳保暖效果，能灵活配合不同纺织品使用。

附图说明

图1为实施例1中纳米矿物石的主要元素配比图；

图2为实施例1中纳米矿物粉的照片；

图3为实施例1中纳米矿物纤维颗粒的照片；

图4为polyester功能纤维长纤维的观察图：A为长纤维照片，B为表面放 大图，C为截面的放大图；

图5为polyester功能纤维短纤维的观察图：A为长纤维照片，B为表面放大图，C为截面的放大图；

图6为Nylon功能纤维长纤维的观察图：A为长纤维照片，B为表面放大图，C为截面的放大图；

图7为Woody功能纤维长纤维的观察图：A为长纤维照片，B为表面放大图，C为截面的放大图；

图8为Acrylic功能纤维长纤维的观察图：A为长纤维照片，B为表面放大图，C为截面的放大图；

图9为功能纤维温升特性原理图；

图10为polyester功能纤维制纺织品-床上用品温差变化图，其中，5分钟：入睡前，10分钟-40分钟：入睡期，50分钟-80分钟：起床后；

图11为Nylon功能纤维制纺织品-内衣温升特性检测结果图。

具体实施方式

Polyester、Nylon,Woody及Acrylic是合成纤维中的品种。传统的合成纤维是不含任何功能的，所有防UV、远红外线等功能都是在织成纺织品后再后加工处理，例如涂覆到纤织、编织物上或采用印刷方式进行加工。传统方法具有多种如背景技术中所述的缺陷，为克服这些缺陷，本发明将纳米矿物石粉以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维，来制得功能纤维。

下面参照附图，结合具体的实施实施例对本发明作进一步的说明，以更好地理解本发明。

实施例1

采集不同的天然矿物石，运用纳米高科技技术，将20种天然矿物分别研磨 至平均50-60nm的颗粒大小；利用纳米技术，剔走矿物石中不良品，再按照图1所示配比，研磨成天然纳米矿物功能粉末，如图2所示。

在合成polyester纤维用小分子原料加入纳米矿物粉，按照常规方法共聚形成纳米矿物纤维颗粒，如图3所示。

最后按照常规方法制备成polyester功能纤维。根据不同需要，制备成polyester长纤维(如图4所示，也称作“天然纳米矿物石Polyester功能纤维”或“NanomineralPolyester钛空丝”)或短纤维(如5所示，也称作“天然纳米矿物石Polyester功能纤维”，是中空棉，作铺棉用)，及其需要的截面形状。

功能纤维中纳米矿物石粉的含量可根据纤维的具体用途来调配，在本实施例中polyester功能纤维长纤维纳米矿物粉的含量为5wt％，短纤维中纳米矿物粉的含量为3wt％。

观察polyester功能纤维长纤维的截面和表面，结果如图4所示，本实施例中长纤纱线的截面为十字型结构，从其表面及横切面放大图可见到，其含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失，有别于传统经过后制处理的功能纱线及纺织品。适合应用在床上用品面料、T恤面料、风衣夹克等产品。polyester功能纤维长纤维的截面为十字形，令到纤维与皮肤表面形成沟槽，与空气接触面积得以提升，可提高透气度、保持干爽，吸湿排汗。透过国际验证机构SGS所做的防水及透气性能测试报告，由polyester功能纤维长纤维所制造的纺织品，其透气度达到5710，是一种高度透气的产品。

观察polyester功能纤维短纤维的截面和表面，结果如图5所示，亦观察到其含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失。另外，其截面为中空圆形，让空气能自由流动，使面料保暖同时透气不闷热，轻薄柔软，而且还具有回弹力好及耐用不变形的特性。短纤纱线适合制造仿羽绒棉、填充棉、铺棉等产品。

实施例2

按照与实施例1相同的方法制备Nylon功能纤维长纤维(也称作“天然纳米矿物石Nylon功能纤维”或“Nanomineral Nylon纳丝棉”)，其纳米矿物石粉的含量为4wt％。观察其的截面和表面，结果如图6所示，本实施例中长纤纱线的截面为不规则的五角形状，从其表面及横切面放大图可见到，其含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失。另外不规则的五角形状回弹力好，触感轻柔，可增加材料的舒适度及柔软度。

实施例3

按照与实施例1相同的方法制备Woody功能纤维长纤维，其纳米矿物石粉的含量为4wt％。观察其的截面和表面，结果如图7所示，本实施例中长纤纱线含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失。另外其截面为不规则结构，令纤维紧扣时保留了更多表面空间。亲肤舒适度提高，透气度和吸水后亦相对一般天然棉高出2.5倍。

实施例4

按照与实施例1相同的方法制备Acrylic功能纤维长纤维，其纳米矿物石粉的含量为5wt％。观察其的截面和表面，结果如图8所示，本实施例中长纤纱线含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失。另外其截面为圆型，减低皮肤敏感度，御寒方便，透气又舒适，并能应用于不同衣服上。

实施例5

按照与实施例1相同的方法制备PP纱(丙纶)功能纤维，其纳米矿物石粉的含量为3wt％。常规的PP纱丙纶纤维是由碳氢元素聚合而成，在室温下耐油、耐氯，耐酸，具有优良的亲肤性。结构是采四面弹性，织造于服装里，无论任何动作都可自由伸展，格外舒适。PP纱丙纶可以自然完全分解，碳氢元素燃烧后不会产生有害物质，其颜色通过原液着色，使纤维的水洗色牢度及日光色牢度均非常优良，更避免了整染的污染排放，极其环保，是符合国际标准的环保 纤维。PP纱丙纶纤维本身的吸湿性近乎零，因为不会吸收水份及可排汗，汗气可透过丙纶特有的超强芯吸效应，迅速转移到织物表面蒸发掉，避免了细菌滋生，达到除臭抑菌功能。在标准温度21℃，湿度65％的环境下，普通常用纤维的回潮率一般超过4.5％，纯羊毛纤维更高达16％，而丙纶的回潮率大约只有0.05％。在实施例中，可以根据需要将PP纱(丙纶)功能纤维制成如下规格：DTY20D/24F、30D/24F、30D/48F、50D/48F、50D/72F、75D/48F、75D/72F。观察PP纱(丙纶)功能纤维的截面和表面，亦观察到其含有矿物颗粒，均匀分布于纱线内外，以其制成的纺织品即使经过多次洗涤，功能亦不会消失。

远红外特性

1、远红外线放射率：一般来说，远红外线放射率波长放射率大约0.8，即表示该纺织品具有远红外线功能。利用水洗法AATCC135(1)III(A)I测试作掸作条件，以实施例1制成的纺织品经过20次水洗后，放射率的检测结果维持于0.86–0.87(原始放射率是0.87-0.88)。以实施例1制成的纺织品在国家红外及工业电热产品质量监督检验中心进行“远红外线法向发射率”检验，检验结果是法向发射率0.87(大约标准0.80)，显示实施例1的功能纤维具有远红外线工能。实施例2-5检测结果同实施例1。

2、温升特性：远红外线功能纺织品，需具有温升特性，即经热源灯照射，测试样品与对照样品之间的表面温度差异，温度差需大于0.5℃以上。床上用品及衣服与人体接触最为紧密，与服与人体之间以热传导为主，热辐射为辅。

采用实施例1的功能纤维制成的纺织品-床上用品来做温度差测试，结果如图10所示，采用实施例1的功能纤维制成的纺织品-床上用品比一般的polyester棉被的保温性能提高1℃-1.5℃。而且比一般床上用品更能迅速保暖。另外透过国际验证机构SGS所做的保暖值CLO测试，证实采用实施例1的功能纤维制成的纺织品-床上用品的CLO保暖值远到2.26，其保暖程度与羽绒相约。这都证明实施例1的功能纤维具有“远红外线”功能。Polyester功能纤维制纺织品与人体接触相互感温，把人体散发的体温吸收后保留在纺织品上，再透过热辐 射作用把体温反射回人体，达到保暖作用，如图9所示。

采用实施例2的功能纤维制成的纺织品-内衣来做温度差测试，结果如图11所示，可看到在测试开始前的皮肤表面温度是32.85℃，测试开始30分钟后，皮肤表面温度已升至33.86℃，温度差超过1.01度。(测试时间30分钟，测试者在期间维持同一坐姿坐于椅子上)。

将实施例3-5制成纺织品，进行远红外特性，结果显示其均具有远红外特性。

抗日光辐射

1、抗紫外线(UV)，在太阳光下，紫外线强烈，本发明功能纤维制纺织品有限高的热安定性，使用安全且具有吸收紫外线能力，紫外线遮蔽率(UPF)强，平织布UPF>100，针织布UPF>40，可降低紫外线的穿透力，减少紫外线对人体皮肤的伤害，防止皮肤晒伤。

2、抗日光辐射热IR，夏日炎热温度高，本发明功能纤维制纺织品具有热反射作用，IR反射率达65％以上，可保持恒温不闷热。

抑菌净化

采用实施例1短纤维进行净化除臭检测：

经国际验证机购SGS测试，本发明的功能纤维有抑菌功能，证明对金黄葡萄球菌及克雷伯氏肺炎菌的抑菌率分别达致99.7％及95.8％。测试方法：FZ/T73023-2006，在中国广州纤维产品检测研究院的检测结果，抗菌效果达到AA级。测试方法：溶出性测试(D≤5)，结果：金黄色葡萄球菌D＝0，肺炎克雷伯菌D＝0。

采用实施例1的长纤维和实施例2-5进行净化除臭检测，结果同实施例1短纤维。

无残留毒物测试(NP/NPEO)

因含有NPEO的产品对生态做成破坏，于2013年欧盟已将对纺织物含有NPEO的标准降至10以下。实施例1短纤维经由国际检定机构SGS检测有关NPEO的含量，检测结果是N.D.，即NO DETECT没有找到NPEO的残留毒 物，证明产品对环境、对人体都是无害的。

应当理解的是，实施例1-5中，纳米矿石粉的配比仅是举例说明，在本发明范围内的其他配比也具有上述功能。可以根据实施例1-5中的制备方法按照上述功能检查方法进行检测可以得出。

实施例6：功能性热能棉1

先按照实施例1的方法制备短纤中空棉，再根据不同需要，结合传统铺棉成份，制成不同规格的热能棉-铺棉/填充棉。本实施例中，按照实施例1的方法制备圆形的1.4D*51m/m中空棉，其纳米矿物石粉的含量为4wt％。按照下述组成制成功能性热能棉：

按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括50wt％1.4D*51m/m中空棉，25wt％1.1D*64m/m螺旋棉和25wt％2080低熔点棉。

实施例7：功能性热能棉2

本实施例与实施例6的不同之处在于：

按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D 4080熔棉，20wt％羊毛，25wt％1.1D加硅棉。

实施例8：功能性热能棉3

本实施例与实施例6的不同之处在于：

所述功能性热能棉为三层结构，按照重量份数计，其底和面的组成分别包括80wt％1.4D*51m/m中空棉和20wt％2D 4080熔棉，其中层的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D 4080熔棉，35％1.1D/51加硅棉和10wt％3D/51无硅棉。

参照上文方法检测实施例6.-8的远红外线特性，结果同实施例1-5，显示其均具有远红外特性。

参照上文方法检测实施例6-8的抗日光辐射热特性。结果同实施例1-5，显示其均具有抗紫外线(UV)和抗日光辐射热IR的特性。

参照上文方法检测实施例6-8的抑菌净化特性，结果同实施例1-5，显示其 具有良好的抑菌净化特性。

参照上文方法检测实施例6-8的残留毒物(无残留毒物测试)，结果同实施例1-5，显示其无NPEO的残留毒物，对环境、对人体都是无害的。

Claims (12)

1.一种功能纤维，其特征在于，其为含有纳米矿物石粉的合成纤维，所述纳米矿物石粉的平均粒径为50-60nm，且以与高分子合成共聚的方式存在于合成纤维中。

2.根据权利要求1所述的功能纤维，其特征在于，所述纳米矿物石粉中含有的主要元素与配比为：O 30-40wt％，Si 20-30wt％，Ti 20-28wt％，C 3-8wt％，Pt 2-5wt％，Sb 2-5wt％，Al 2-4％和Mg 1-3wt％。

3.根据权利要求3所述的功能纤维，其特征在于，所述纳米矿物石粉的主要元素与配比为：O 33.19wt％，Si 26.89wt％，Ti 23.41wt％，C 5.56wt％，Pt 3.5wt％，Sb 3.14wt％，Al2.65％和Mg 1.66wt％。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的功能纤维，其特征在于，所述功能纤维中纳米矿物石粉的含量为3-5wt％。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的功能纤维，其特征在于，所述功能纤维包括长纤维和/或短纤维。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的功能纤维，其特征在于，所述功能纤维的截面形状为Y字型、十字形、W形、多边形、多角形、海绵状、多孔形状、颗粒状或圆形，并且为中空或实心。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的功能纤维的制备方法，其特征在于，合成纤维制备用原料加入所述纳米矿物粉，按照合成纤维制备的常规方法制备而成。

8.一种功能性热能棉，其特征在于，按照重量份数计，其含有不少于40wt％的权利要求1-4中任意一项所述的功能纤维。

9.根据权利要求8所述的功能性热能棉，其特征在于，所述功能纤维为截面为圆形的1.4D*51m/m中空棉，

按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括50wt％1.4D*51m/m中空棉，25wt％1.1D*64m/m螺旋棉和25wt％2080低熔点棉；或者

按照重量份数计，所述功能性热能棉的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D4080熔棉，20wt％羊毛，25wt％1.1D加硅棉；或者所述功能性热能棉为三层结构，按照重量份数计，其底和面的组成分别包括80wt％1.4D*51m/m中空棉和20wt％2D 4080熔棉，其中层的组成包括40wt％1.4D*51m/m中空棉，15wt％4D 4080熔棉，35％1.1D/51加硅棉和10wt％3D/51无硅棉。

10.一种矿物石粉，其特征在于，所述矿物石粉的主要元素与配比为：O30-40wt％，Si20-30wt％，Ti 20-28wt％，C3-8wt％，Pt 2-5wt％，Sb2-5wt％，Al 2-4％和Mg 1-3wt％。

11.根据权利要求10所述的矿物石粉，其特征在于，所述矿物石粉的主要元素与配比为：O 33.19wt％，Si 26.89wt％，Ti 23.41wt％，C 5.56wt％，Pt 3.5wt％，Sb 3.14wt％，Al2.65％和Mg 1.66wt％。

12.根据权利要求10或11所述的矿物石粉，其特征在于，所述矿物石粉的平均粒径为50-60nm。