CN106319664A - 一种磁性纤维面料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁性纤维面料，制造方法包括：(1)离子液制备(2)回收磁粉的溶解(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴中制成磁性纤维。利用回收磁粉生产出来的磁性纤维，不仅降低了成本实现了绿色环保，而且具有良好的磁性发射性能以及耐洗涤性。
Description
技术领域
本发明涉及纤维制造，属于功能性纤维面料领域。
背景技术
因为外界磁场的变化都会影响人体的生理机能，这种变化通过神经，体液系统发生电荷、电位、分子结构、生化和生理功能的改变，从而调整人体的生理功能。基于这种原理，发明了用磁性功能纤维织造出的保健产品来达到调整人体机能和提高抗病能力，起到医疗保健作用的。磁性材料及其应用早在古代已被开发。当前磁性材料的种类规格繁多，用量极大，在仪器、仪表、电子、宇航等诸多工业和家、牧、渔业及医疗、保健、医药、环境保护和生物技术等各个领域都有广泛应用，其作用越来越大，也更为人们所重视。由于化学、物理结构、粒度大小以及磁行业的不同，根据材料的感应磁场随外加磁场变化同步与否，其方向是否相同，磁化率以及矫顽力的大小等等，磁性能不同其功效也不同。所以，不同的磁性材料，做成各种制品后有不同的用途。所过来，根据应用的需要也可将磁性材料加工成不同形状，诸如块状、薄膜状、颗粒状、粉状、纤维状等加以使用。磁性纤维是纤维状的磁性材料。它可以分为磁性纺织纤维和非纺织纤维。磁性非纺织纤维早在十几年前已有报导，如磁性合金纤维用于制造磁性复合材料、磁性涂层材料，磁性木质纤维素纤维用于制磁性纸等。用它们做成的磁制品可在磁记录、记忆、电磁转换、屏蔽、防护、医疗和生物技术、分离纯化等诸多方面对面予以应用。对于纺织工业来说需要的是磁性纺织纤维。它应是一种兼具纺织纤维特性和磁性的材料。它具有其他纺织纤维所没有的磁性，又具有一些以往其它磁性材料所没有的物理形态(直径几微米到几十微米，长度一般大于10毫米，长径比一般在500以上)及性能，诸如柔软、有弹性等，还可通过纺织加工做成纱线、织物或加工制成非织造布及各种形状的制品。磁性纤维根据基体纤维的材质可分为金属(或合金)磁性纤维、有机磁性纤维(基体为有机纤维)和无机磁性纤维(基体为无机纤维)。金属磁性纤维的机械性质与对应的基体纤维大致相同。无机磁性纤维的机械性能与对应的基体纤维相仿或稍低一些。有机磁性纤维的机械性能如强度等一般比对应基体纤维低，其差异随制备方法不同和纤维中磁性微粒的含量不同而不同。目前，磁性纤维(包括纺织纤维和非纺织纤维)的制备大致有两种途径：一是通过直接成形制备磁性纤维，二是通过基体纤维的化学、物理改性制备。1、磁性纤维的直接成形法磁性纤维直接成形可应用于制备金属或合金磁性纤维以及各种磁性有机纤维。从纤维成形和加工的方法又可分为以下三种。(1)金属纤维传统制造法磁性金属纤维或磁性合金纤维的制备起步较早。它们一般是通过类似制造金属纤维某些制造方法，诸如拉伸法、熔融挤出法、射流冷却法、熔融萃出法、切削法、结晶法等方法制备的。从70年代后期开始，金属磁性纤维大多用于制备复合材料，也有用于制磁性涂料。(2)有机金属络合物分解法这是制备金属或合金磁性纤维的方法之一。将金属铁、钴等在旋转金属原子反应器中，在高真空中加热使金属原子逸出与低温的甲苯等反应成为甲苯的零价金属络合物，如二甲苯铁［0］的甲苯溶液。然后将置于低温和氮气保护下的二甲苯铁［0］的甲苯溶液流过一置于外加磁场中的加热管道，使二甲苯铁［0］分解，并导致形成含磁铁纤维的淤浆。这种方法制成的磁性金属纤维的直径可控制在0.1～100μm，纤维的长径比可介于100～10000倍，将这种含磁性金属纤维的淤将经球磨和适当处理后可涂在聚酯薄膜上，制成磁记录材料。(3)共混纺丝法用这种方法可以制备大多数磁性有机纤维。通常将粒径小于1微米的磁性物质微粒混入成纤聚合物的溶体或纺丝原液中，经熔纺或湿纺制成磁性纤维。所得磁性纤维的强度主要取决于加入的磁性微粒的量和粒径。共混纺丝法的优点是混入纤维的磁粉可以是硬磁材料，也可以是软磁材料，可以采用熔纺也可在某些湿纺或干纺场合下应用，甚至可制备磁性复合纤维或异形纤维。缺点是混入磁粉的量通常在18%以下，如下述磁性聚酰胺，当混入的磁粉为13%时，磁性聚酰胺纤维的强度只有原聚酰胺纤维的50%左右。另外当在喷丝头处外加强磁场时，一则使纺丝设备复杂，二则可能会造成磁污染。2、以纤维为基体的化学、物理改性法这种方法适用于制备磁性有机纤维和磁性无机纤维。根据基体纤维的特点，又可采用下述不同的具体方法。(1)腔内填充法据报导，该方法主要用于磁性木质纤维素纤维的制备。因为木材纤维有胞腔，胞腔间的壁上又有通道，所以可通过物理方法将磁粉微粒填入木材纤维的胞腔中制成磁性纤维，用于制造磁性纸等。原则上，具有类似结构特征的纤维都可以用该方法制成相应的磁性纤维。(2)表面涂层法以适当方法将磁性物质涂布在各种纤维表面制成磁性纤维。例如，1987年日本森木琢郎等的专利报导就是用表面沉积涂布法制成磁性钛酸钾纤维。方法是将亚铁盐水溶液与碱溶液在适当条件下先后加入钛酸钾纤维分散在水介质的体系中，经水解和空气氧化，生成的磁性氧化铁沉积在纤维表面，制得暗褐色磁性钛酸钾纤维，用于制造磁性复合材料。(3)定位合成法利用某些纤维中可进行阳离子交换的基团，使亚铁离子与其发生交换，然后再经过水解和氧化，转化为具磁性的γ-Fe2O3或Fe3O4(统称铁氧体)而沉积在纤维的无定形区中，所生成的磁性物质(微粒)在纤维中所处位置受制于原来纤维中能进行阳离子交换基团的位置，故而称为定位合成法。由于磁性微粒是在空间很小的无定形区中形成，其尺寸通常很小，一般在2～60mm之间。通常纤维表层形成的铁氧体较多。由于生成的铁氧体的尺寸小，故能表现出超顺磁性。现有的方法具有成本高、磁性效果不能够长久等缺点。
发明内容
本发明的目的是提出一条流程短、低成本、利用直接回收磁粉、不破坏磁粉成分的工艺路线，使得磁性纤维的生产有利于绿色循环利用，且耐洗涤、磁性效果好。
一种磁性纤维面料，其特征在于：纤维中含有回收磁粉。
所述的磁性纤维的制造方法，其特征在于：
(1)离子液制备：取氨基酸离子液体适量溶解于1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)或1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeMIM]Cl)离子液体中，氨基酸离子液体的浓度为2-35wt％，得二元离子液体体系；
(2)回收磁粉的溶解：取回收磁粉适量加入步骤(1)中的离子液体中，浓度为0.1～5wt％，搅拌溶解得回收磁粉离子液体均匀混合溶液；
(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备：取纤维素适量加入步骤(1)中所述的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)或1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeMIM]Cl)离子液体中，浓度为1.6～8.8wt％，搅拌溶解至溶液透明，得纤维素离子液体均匀混合溶液，将步骤(2)中的回收磁粉离子液体均匀混合溶液加到该纤维素离子液体均匀溶液中，继续搅拌1小时以上得到溶质质量分数为4～10wt％的回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液；
（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴中制成磁性纤维；
步骤(1)中所述的氨基酸离子液体为甘氨酸硝酸盐、甘氨酸氯乙酸盐、甘氨酸对甲苯磺酸盐、赖氨酸盐酸盐、赖氨酸氯乙酸盐、赖氨酸对甲苯磺酸盐、脯氨酸盐酸盐、脯氨酸硝酸盐、脯氨酸氯乙酸盐或脯氨酸对甲苯磺酸盐中的任意一种。
步骤(3)中所述的回收磁粉与纤维素质量比为1～50∶50～99。
步骤(4)中所述的凝固浴为甲醇、乙醇、丙酮或水中的一种或几种。
所述回收磁粉由以下步骤制得：
A．将废旧镨铁硼PrFeB磁粉在乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中浸泡10h，得废旧磁粉 a；
B.将步骤A得到的废旧磁粉a在3~8wt%乙酰丙酮溶液中浸泡搅拌4~8min，用于除去废旧磁粉中的氧化物，得到磁粉b；
C.将步骤B得到的磁粉b放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，水浴加热浸泡8h，每两个小时超声振荡一次，每次10min，加热浸泡后再次放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，超声清洗10min，重复5次，至溶液纯净透明，得到磁粉c；
D.将得到的磁粉c放入真空干燥箱中干燥，过筛后得到磁粉d；
E.将磁粉d与4~8wt％环氧树脂混合，静压、固化、研磨得到粒径为0.2~0.8微米的回收磁粉。
制造回收磁粉所用混合溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮的混合溶剂，乙醇为30％～40％，二甲基甲酰胺20％～30％，醋酸丙酮30％～40％。
磁粉和环氧树脂的重量比为80~96:20~4。
本发明的有益效果：
1、本发明通过向1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)或1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeMIM]Cl)离子型液体中加入少量氨基酸离子液体，既赋予二元离子液体体系混合回收磁粉的能力，又不影响纤维素的溶解，同时降低成本。离子液体为溶剂，绿色环保可回收。
2. 在生产粘结PrFeB永磁体时生产过程中残次品量很大，同时，在磁体使用过程中，也难以避免会被腐蚀或者氧化，每年的废料量逐步增加，因此，开发出 一条既环保又低成本的回收粘结PrFeB磁粉废料的工艺路线具有重大的经济和社会效益。本发明利用相似相溶原理、溶剂溶胀方法回收废旧镨铁硼PrFeB磁粉，能完全回收磁粉，且不破坏磁粉本身，保留了较好的磁性能，同时，本发明在实施过程中无污染，设备简单，操作简便，经济价值高，易实现产业化。
3.本发明将使用特殊工艺回收的磁粉添加到经过特殊工艺制备的离子液体中生产出来的磁性纤维，具有良好的磁性发射性能以及耐洗涤性。
具体实施方式
实施例1：
所述的磁性纤维的制造方法，其特征在于：
(1)离子液制备：取甘氨酸硝酸盐离子液体适量溶解于1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)离子液体中，氨基酸离子液体的浓度为11wt％，得二元离子液体体系；
(2)回收磁粉的溶解：取回收磁粉适量加入步骤(1)中的离子液体中，浓度为2wt％，搅拌溶解得回收磁粉离子液体均匀混合溶液；
(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备：取纤维素适量加入1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)离子液体中，浓度为7wt％，搅拌溶解至溶液透明，得纤维素离子液体均匀混合溶液，将步骤(2)中的回收磁粉离子液体均匀混合溶液加到该纤维素离子液体均匀溶液中，质量比为45：90，继续搅拌1小时以上得到溶质质量分数为5wt％的回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液；
（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴甲醇中制成磁性纤维；
所述回收磁粉由以下步骤制得：
A．将废旧镨铁硼PrFeB磁粉在乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中浸泡10h，得废旧磁粉 a；
B.将步骤A得到的废旧磁粉a在3wt%乙酰丙酮溶液中浸泡搅拌8min，用于除去废旧磁粉中的氧化物，得到磁粉b；
C.将步骤B得到的磁粉b放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，水浴加热浸泡8h，每两个小时超声振荡一次，每次10min，加热浸泡后再次放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，超声清洗10min，重复5次，至溶液纯净透明，得到磁粉c；
D.将得到的磁粉c放入真空干燥箱中干燥，过筛后得到磁粉d；
E.将磁粉d与7wt％环氧树脂混合，静压、固化、研磨得到粒径为0.2微米的回收磁粉。
制造回收磁粉所用混合溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮的混合溶剂，乙醇为30％，二甲基甲酰胺30％，醋酸丙酮40％。
实施例2：
所述的磁性纤维的制造方法，其特征在于：
(1)离子液制备：取赖氨酸对甲苯磺酸盐氨基酸离子液体适量溶解于1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)离子液体中，氨基酸离子液体的浓度为3wt％，得二元离子液体体系；
(2)回收磁粉的溶解：取回收磁粉适量加入步骤(1)中的离子液体中，浓度为1wt％，搅拌溶解得回收磁粉离子液体均匀混合溶液；
(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备：取纤维素适量加入步骤(1)中所述的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)离子液体中，浓度为1.6wt％，搅拌溶解至溶液透明，得纤维素离子液体均匀混合溶液，将步骤(2)中的回收磁粉离子液体均匀混合溶液加到该纤维素离子液体均匀溶液中，质量比为10:80继续搅拌1小时以上得到溶质质量分数为4wt％的回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液；
（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴丙酮中制成磁性纤维；
所述回收磁粉由以下步骤制得：
A．将废旧镨铁硼PrFeB磁粉在乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中浸泡10h，得废旧磁粉 a；
B.将步骤A得到的废旧磁粉a在5wt%乙酰丙酮溶液中浸泡搅拌7min，用于除去废旧磁粉中的氧化物，得到磁粉b；
C.将步骤B得到的磁粉b放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，水浴加热浸泡8h，每两个小时超声振荡一次，每次10min，加热浸泡后再次放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，超声清洗10min，重复5次，至溶液纯净透明，得到磁粉c；
D.将得到的磁粉c放入真空干燥箱中干燥，过筛后得到磁粉d；
E.将磁粉d与8wt％环氧树脂混合，静压、固化、研磨得到粒径为0.4微米的回收磁粉。
制造回收磁粉所用混合溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮的混合溶剂，乙醇为40％，二甲基甲酰胺30％，醋酸丙酮30％。
比较例1：
一种回收磁粉/纤维素共混纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)离子液体体系的制备：取氨基酸离子液体适量溶解于咪唑型离子液体中，氨基酸离子液体的浓度为1wt％，得二元离子液体体系；(2)回收磁粉的溶解：取回收磁粉适量加入步骤(1)中的二元离子液体体系中，浓度为0.05wt％，搅拌溶解至溶液透明，得回收磁粉离子液体均一溶液；(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备：取纤维素适量加入步骤(1)中所述的咪唑型离子液体中，浓度为9wt％，搅拌溶解至溶液透明，得纤维素离子液体均一溶液，将步骤(2)中的回收磁粉离子液体均一溶液加到该纤维素离子液体均一溶液中，继续搅拌1小时以上得到溶质质量分数为2wt％的回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液。（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴中制成磁性纤维
回收磁粉制造方法同实施例1。
比较例2：
纤维制造步骤同实施例2。回收磁粉制造步骤如下：
第一步，将废旧快淬粘结钕铁硼磁粉在混合溶剂中浸泡12h，得废旧快淬粘结磁粉A；第二步，将第一步得到的废旧快淬粘结磁粉A在2wt％醋酸丙酮溶液或/和醋酸乙醇溶液中浸泡5min，用于除去废旧快淬粘结磁粉中的氧化物，得到磁粉B；第三步，将第二步得到的磁粉B放入混合溶剂中，30℃水浴加热浸泡8h，每两个小时超声振荡一次，每次15min，得到磁粉C；第四步，将第三步得到的磁粉C放入混合溶剂中，超声清洗15min，重复10次，至溶液纯净透明，得到磁粉D；第五步，将第四步得到的磁粉D放入丙酮中，超声波清洗15min，重复3次，得到磁粉E；第六步，将第五步得到的磁粉E放入真空干燥箱中干燥3h，干燥温度≤50℃，过筛后得到回收快淬粘结磁粉；第七步，将第六步得到的回收快淬粘结磁粉与适量粘结剂混合，经压型、冷等静压、固化、时效后得到再生快淬粘结钕铁硼磁体。研磨得到粒径为0.2~0.8微米的回收磁粉。制造回收磁粉所用混合溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮的混合溶剂，乙醇为40％，二甲基甲酰胺20％，醋酸丙酮30％。
将实施例和比较例的磁性纤维制成织物，依据《CAS 115-2005保健功能纺织品》测试磁性多功能面料的远红外法向全发射率；《SFJJ-QWX25-2006负离子浓度检验细则》检测磁性多功能面料的平均负离子浓度，测试性能结果如下：
表1
| 磁通量（mwb） | 平均负离子浓度（个/cm3） | 发射率（%） | 洗涤30次后磁通量（mwb） | 平均负离子浓度（个/cm3） | 发射率（%） | |
| 实施例1 | 0.8 | 2800 | 91 | 0.6 | 2750 | 87 |
| 实施例2 | 0.7 | 3000 | 90 | 0.5 | 2890 | 88 |
| 比较例1 | 0.2 | 2000 | 82 | 0.1 | 1600 | 76 |
| 比较例2 | 0.15 | 1800 | 80 | 0.09 | 1000 | 74 |
Claims (7)
1.一种磁性纤维面料，其特征在于：纤维中含有回收磁粉。
2.一种如权利要求1所述的磁性纤维的制造方法，其特征在于：
(1)离子液制备：取氨基酸离子液体适量溶解于1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)或1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeMIM]Cl)离子液体中，氨基酸离子液体的浓度为2-35wt％，得二元离子液体体系；
(2)回收磁粉的溶解：取回收磁粉适量加入步骤(1)中的离子液体中，浓度为0.1～5wt％，搅拌溶解得回收磁粉离子液体均匀混合溶液；
(3)回收磁粉/纤维素离子液体溶液的制备：取纤维素适量加入步骤(1)中所述的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AMIMCl)、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMIMCl)或1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeMIM]Cl)离子液体中，浓度为1.6～8.8wt％，搅拌溶解至溶液透明，得纤维素离子液体均匀混合溶液，将步骤(2)中的回收磁粉离子液体均匀混合溶液加到该纤维素离子液体均匀溶液中，继续搅拌1小时以上得到溶质质量分数为4～10wt％的回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液；
（4）将回收磁粉/纤维素复合离子液体溶液经安装有磁性喷头的喷丝孔喷丝进入凝固浴中制成磁性纤维；
所述回收磁粉由以下步骤制得：
A．将废旧镨铁硼PrFeB磁粉在乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中浸泡10h，得废旧磁粉 a；
B.将步骤A得到的废旧磁粉a在3~8wt%乙酰丙酮溶液中浸泡搅拌4~8min，用于除去废旧磁粉中的氧化物，得到磁粉b；
C.将步骤B得到的磁粉b放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，水浴加热浸泡8h，每两个小时超声振荡一次，每次10min，加热浸泡后再次放入乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮混合溶剂中，超声清洗10min，重复5次，至溶液纯净透明，得到磁粉c；
D.将得到的磁粉c放入真空干燥箱中干燥，过筛后得到磁粉d；
E.将磁粉d与4~8wt％环氧树脂混合，静压、固化、研磨得到粒径为0.2~0.8微米的回收磁粉。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，制造回收磁粉所用混合溶剂为乙醇、二甲基甲酰胺和醋酸丙酮的混合溶剂，乙醇为30％～40％(wt)，二甲基甲酰胺20％～30％（wt），醋酸丙酮30％～40％（wt）。
4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：磁粉和环氧树脂的重量比为80~96:20~4。
5.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氨基酸离子液体为甘氨酸硝酸盐、甘氨酸氯乙酸盐、甘氨酸对甲苯磺酸盐、赖氨酸盐酸盐、赖氨酸氯乙酸盐、赖氨酸对甲苯磺酸盐、脯氨酸盐酸盐、脯氨酸硝酸盐、脯氨酸氯乙酸盐或脯氨酸对甲苯磺酸盐中的任意一种。
6.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(3)中所述的回收磁粉与纤维素质量比为1～50∶50～99。
7.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：步骤(4)中所述的凝固浴为甲醇、乙醇、丙酮或水中的一种或几种。
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