CN107075737A - 热能存储和隔热的聚酯纤维及其制造方法 - Google Patents

热能存储和隔热的聚酯纤维及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造聚酯纤维的方法，该方法包括：将5～50重量％的包括钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物的复合金属氧化物颗粒与40～90重量％的选自醇、酮和乙酸酯的一种或两种有机溶剂、0.4～20重量％的聚乙烯醇缩丁醛(即聚合物)以及2～30重量％的硬脂酸钙或硬脂酸镁混合到一起，从而得到混合物，并搅拌和研磨该混合物从而制备分散液；将该分散液干燥从而制备粉末状的添加物；将1～30重量％的该添加物与聚酯片混合到一起从而得到混合物，并熔化此混合物从而制备母料片；以及将1～10重量％的该母料片与普通聚酯片混合到一起从而得到混合物，并对该混合物进行熔化和纺丝。通过根据本发明的制备方法而制备的复合功能聚酯纤维具有如下效果：储热和保温效果提高了+3℃或更多(基于灯泡实验)，储热和保温功能持续了10分钟或更多(基于灯泡实验)，实现了95％或更高的长纤维纱线制造加工性能，并且实现了95％或更高的染色M％。

Description

热能存储和隔热的聚酯纤维及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种储热并保温的聚酯纤维及其制造方法，更具体地，本发明涉及一种聚酯纤维及其制造方法，该聚酯纤维具有优秀的纤维储热和保温性能及其优异的持续性，其中，将钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物、锡系氧化物混合并纺丝成纱线。
背景技术
近年来，与关于高质量纤维制品的潮流一致，各种类型的功能性纤维已经上市。在为了追赶潮流的努力中，积极地进行了对于储热和保温的纤维及其技术开发的研究。
与此相联系，欧洲专利第302141号公开了精细的一碳化锆颗粒。但是，精细的一碳化锆颗粒的缺点在于，其无法提供具有多种颜色的纤维制品，因为在将其混合到混纺纱中的时候其具有灰或黑的颜色。
另外，日本未审专利申请公开第H3-69675号公开了一种制造短纤维的方法，该方法通过揉捏40重量％的精细陶瓷粉末(例如氧化锆、氧化硅、氧化铝等)来制备母片，通过将母片与普通片混合在一起来得到混合物，然后对该混合物进行纺丝。虽然该短纤维具有优秀的白度，但是其缺点是，由于大量陶瓷颗粒的分散能力差所以纤维丝的制造是困难的。
另外，韩国专利申请公开第10-1995-020757号公开了一种用于制造远红外线聚酯纤维的方法，该方法包含：将至少两个或更多类型的精细远红外线陶瓷粉末混合从而获得混合物，将0.5～9.0重量％的该混合物加入到聚合物；通过使用高速搅拌器制备乙二醇的稀浆；将该稀浆引入到酯化反应管中；以及揉捏该引入的稀浆。该方法存在一个问题，即，因为其主要成分是基于氧化锆的材料从而具有高硬度，该方法导致聚合反应、纺丝和后处理设备上和各种类型的导轨上的磨损。
另外，韩国专利第0926588号公开了一种制造短纤纱的方法，该方法包含：均匀地将Cs0.33WO3与聚酯树脂混合从而制造母料；将该母料混合、熔化并纺丝；将该母料拉长从而制造多丝纤维；以及将该多丝纤维裁剪成短纤维。但是，该方法的缺点是，由于添加物的分散能力差所以该方法只能用于制造短纤纱；其另一个缺点是，虽然其呈现出储热和保温效果，但是由于添加物的特性，导致该效果的持续性很差。
发明内容
技术问题
本发明用于解决现有技术中的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种聚酯纤维及其制造方法，该聚酯纤维展现出优秀的储热和保温性能及其优秀的持续性。
本发明的另一个目的是提供一种纺丝和一种采用该纺丝的织物制品，该纺丝具有优秀的纺丝加工性能、优秀的纤维加工性能(例如假捻加工性能)和优秀的可染色性，同时具有优秀的储热和保温性能。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的一个方面涉及一种聚酯纤维，其包括0.01～2重量％的复合金属氧化物颗粒，该复合金属氧化物颗粒中混合有钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物。
在根据本发明的一个实施方式中，基于100重量份的WO3，复合金属氧化物颗粒可以包括3～20重量份的Cs2O、1～10重量份的Sb2O3、0.5～5重量份的In2O3、和0.1～1重量份的SnO2，并且该聚酯纤维可以具有0.5～3旦的单丝细度。
为了实现上述目的，本发明的另一个方面涉及一种用于制造聚酯纤维的方法，该方法包括：将5～50重量％的包括钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物的复合金属氧化物颗粒与40～90重量％的选自醇、酮和乙酸酯的一种或两种有机溶剂、0.4～20重量％的聚乙烯醇缩丁醛(即聚合物)以及2～30重量％的硬脂酸钙或硬脂酸镁混合到一起，从而得到混合物，并搅拌和研磨该混合物从而制备分散液；将该分散液干燥从而制备粉末状的添加物；将1～30重量％的该添加物与聚酯片混合到一起从而得到混合物，并熔化该混合物从而制备母料片；以及将1～10重量％的该母料片与普通聚酯片混合到一起从而得到混合物，并对该混合物进行熔化和纺丝。
在根据本发明的一个实施方式的用于制备聚酯纤维的方法中，用于制备该母料片的该聚酯片可以具有0.60～0.70dl/g的固有粘度，并且，包括在该母料片中的该添加物可以具有2μm或更小的平均粒径。
在根据本发明的一个实施方式的用于制备聚酯纤维的方法中，该有机溶剂可以是选自乙醇、酮和丙酮的一种或两种材料的混合物，并且可以使用具有C形横截面的纺丝喷嘴对混合物进行纺丝。
有益的效果
通过根据本发明的制备方法而制备的复合功能聚酯纤维具有如下效果：储热和保温效果提高了+3℃或更多[基于灯泡实验(lamp tests)]，储热和保温功能持续了10分钟或更多(基于灯泡实验)，实现了95％或更高的长纤维纱线制造加工性能，并且实现了95％或更高的染色M％。
附图说明
图1是用于根据本发明的制备方法的混合熔化纺丝装置；
图2示出了通过根据本发明的制备方法而制备的纤维的横截面；
图3是用于测量通过本发明的制备方法而制备的纤维的储热和保温功能的测量装置的概略示意图；
图4示出了采用通过根据本发明的制备方法而制备的纤维的染色编织袜织物的储热和保温性能的测量结果。
具体实施方式
以下将参考实施例来更具体地描述本发明的具体实施方式。另外，在本发明的说明书中，将省略相关的公知的一般目的的功能或结构。
本发明的一个方面涉及一种聚酯纤维，其包括0.01～2.00重量％的复合金属氧化物颗粒，钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物混合在该复合金属氧化物颗粒中。
在根据本发明的一个实施方式中，基于100重量份的WO3，复合金属氧化物颗粒可以包括3～20重量份的Cs2O、1～10重量份的Sb2O3、0.5～5重量份的In2O3、和0.1～1重量份的SnO2。
本发明的另一个方面涉及一种用于制造聚酯纤维的方法，该方法包括如下步骤：将5～50重量％的包括钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物的复合金属氧化物颗粒与40～90重量％的有机溶剂、0.4～20重量％的聚乙烯醇缩丁醛以及2～30重量％的硬脂酸钙或硬脂酸镁颗粒混合到一起，从而得到混合物，并搅拌和研磨该混合物从而制备分散液；将该分散液干燥从而制备粉末状的添加物；将1～30重量％的该添加物与聚酯片混合到一起从而得到混合物，并熔化该混合物从而制备母料片；以及将1～10重量％的该母料片与普通聚酯片混合到一起从而得到混合物，并对该混合物进行熔化和纺丝。
图1是用于根据本发明的制备方法的混合熔化纺丝装置的概略示意图。现在参考图1对根据本发明的制备方法进行更加具体的描述。首先，将5～50重量％的包括(基于100重量份的WO3)3～20重量份的Cs2O、1～10重量份的Sb2O3、0.5～5.0重量份的In2O3、和0.1～1.0重量份的SnO2的复合金属氧化物颗粒与40～90重量％的选自醇、酮和乙酸酯的一种或两种有机溶剂、0.4～20.0重量％的聚乙烯醇缩丁醛(即聚合物，第一分散剂)以及2～30重量％的硬脂酸钙或硬脂酸镁(第二分散剂)混合到一起。通过超级旋转氧化锆研磨机(即，高粘度均化器)以20～60℃的温度搅拌和研磨该混合物10～20小时，从而通过搅拌和研磨得到的颗粒粒径成为10～50nm或更小，从而制备了分散液。
之后，以50～90℃的温度将该分散液干燥8～16小时从而制备粉末状的添加物。
将1～30重量％的该添加物与具有约0.60～0.70dl/g的固有粘度的聚酯片混合到一起从而得到混合物，并通过双挤出机以280～300℃的温度熔化和混合该混合物，从而制备母料片。在此情况下，当通过电子显微镜测量平均粒径时，该储热和保温添加物优选地具有2μm或更小的粒径。
通过自动搅拌机3将1～10重量％的所得到的具有储热和保温功能的该母料片自动地与普通聚酯片混合到一起从而得到混合物，通过挤出机5对该混合物进行熔化，并且通过聚合物熔化泵6将熔化后的混合物移动到纺丝喷嘴8。
优选地采用具有C形横截面的喷嘴作为该纺丝喷嘴8，从而纤维能够包含空气层，从而提高了该纤维的储热功能。通过纺丝喷嘴纺丝的纤维在经过冷却装置9时被降温，其通过第一和第二导丝滑轮(godet rollers)11和12，并且通过缠绕装置13来缠绕。
经缠绕的聚酯纤维优选地具有0.01～2.00重量％的储热和保温无机颗粒(复合金属氧化物颗粒)含量以及0.5～3旦的单丝细度。当储热和保温无机颗粒的含量少于0.01wt％时，出现储热和保温功能下降的问题。相反，当储热和保温无机颗粒的含量超过2wt％时，出现组件压力(pack pressure)上升和纺丝加工性能下降的问题。据此，这些情况是非优选的。另外，当纤维的单丝细度低于0.5旦时，需要将纺丝组件过滤器构造得密集，从而由于添加物而使得组件压力上升，由此导致组件替换周期下降和纺丝加工性能下降的问题。相反，当纤维的单丝细度超过3旦时，出现了衣物穿着舒适感下降的问题。
下文将参考实施例而更加详细地对根据本发明的用于制备储热和保温的聚酯纤维的方法进行描述。但是，该描述仅仅是意图示范本发明，本发明的范围不应该被该描述所限制。
实施例1
将基于100重量份的WO3包括5重量份的Cs2O、2重量份的Sb2O3、1重量份的In2O3、和0.5重量份的SnO2的20g复合金属氧化物颗粒与120g乙醇、10g聚乙烯醇缩丁醛(即聚合物)以及20g硬脂酸钙混合到一起从而得到混合物。通过超级旋转氧化锆研磨机(即，高粘度均化器)以30℃的温度搅拌和研磨该混合物10小时，从而通过搅拌和研磨得到的颗粒粒径为10～50nm或更小，从而制备了分散液。以70℃的温度将该分散液干燥9小时从而制备粉末状的储热和保温的添加物。得到的粉末的平均粒径为1～2μm。
之后，将得到的功能性粉末与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)混合到一起从而得到混合物，并将混合物熔化，从而制备了具有5重量％的功能性粉末含量的母料片。将该母料片与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)以重量比4:96混合到一起，从而功能性粉末在纤维中的浓度为0.2重量％，得到混合物。通过图1的纺丝设备、中心旋转外流淬火(ROQ)设备和喷嘴加热器以295℃的温度和2,450m/min的速度对该混合物进行纺丝，并且通过常规非接触式假捻装置以1.65的假捻拉长率对经纺丝的混合物进行假捻，从而制造了具有图2的C形横截面的65旦/108丝假捻纤维。采用具有C形的喷嘴作为纺丝喷嘴，从而可以包含空气层，从而提高了纤维的保温功能。母料片通过设置在熔化挤出机之前的独立的进料和混合装置来进行给料，并且对得到的功能性聚酯纤维的物理特性、加工性能和功能性进行评价。评价的结果如下文的表1中所示。
实施例2
将以与实施例1中相同的方式得到的功能性粉末与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)混合到一起，从而得到混合物，并且将该混合物熔化，由此制备了具有10重量％的功能性粉末含量的母料片。将该母料片与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)以重量比3:97混合到一起，从而功能性粉末在纤维中的浓度成为0.3重量％。通过图1的纺丝设备、中心旋转外流淬火(ROQ)设备和喷嘴加热器以295℃的温度和2,600m/min的速度对该混合物进行纺丝，并且通过常规非接触式假捻装置以1.65的假捻拉长率对经纺丝的混合物进行假捻，从而制造了具有图2的C形横截面的65旦/72丝假捻纤维。采用具有C形的喷嘴作为纺丝喷嘴，从而可以包含空气层，从而提高了纤维的保温功能。母料片通过设置在熔化挤出机之前的独立的进料和混合装置来进行给料，并且对得到的功能性聚酯纤维的物理特性、加工性能和功能性进行评价。评价的结果如下文的表1中所示。
比较例1
将基于100重量份的WO3包括5重量份的Cs2O、0.5重量份的Sb2O3和SnO2的20g复合金属氧化物颗粒与100g乙醇、2g聚乙烯醇缩丁醛(即聚合物)以及10g硬脂酸钙混合到一起从而得到混合物。通过超级旋转氧化锆研磨机(即，高粘度均化器)以30℃的温度搅拌和研磨该混合物10小时，从而通过搅拌和研磨得到的颗粒粒径为10～50nm或更小，从而制备了分散液。以70℃的温度将该分散液干燥9小时从而制备粉末状的储热和保温的添加物。得到的粉末的平均粒径为1～2μm。
将得到的功能性粉末与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)混合到一起从而得到混合物，并将混合物熔化，从而制备了具有5重量％的功能性粉末含量的母料片。将该母料片与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)以重量比4:96混合到一起，从而功能性粉末在纤维中的浓度为0.2重量％。通过图1的纺丝设备、中心旋转外流淬火(ROQ)设备和喷嘴加热器以295℃的温度和2,450m/min的速度对此混合物进行纺丝，并且通过常规非接触式假捻装置以1.65的假捻拉长率对经纺丝的混合物进行假捻，从而制造了具有图2的C形横截面的65旦/108丝假捻纤维。采用具有C形的喷嘴作为纺丝喷嘴，从而可以包含空气层，从而提高了纤维的保温功能。母料片通过设置在熔化挤出机之前的独立的进料和混合装置来进行给料，并且对得到的功能性聚酯纤维的物理特性、加工性能和功能性进行评价。评价的结果如下文的表1中所示。
比较例2
将常规的钨铯氧化物(Cs0.33WO3)粉末与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)混合到一起，从而得到混合物，并且将该混合物熔化，由此制备了具有10重量％的功能性粉末含量的母料片(下文简称MB片)。将该母料片与普通聚酯(固有粘度：0.64dl/g)以重量比3:97混合到一起，从而得到混合物，从而功能性粉末在纤维中的浓度成为0.3重量％。通过图1的纺丝设备、中心旋转外流淬火(ROQ)设备和喷嘴加热器以295℃的温度和2,600m/min的速度对该混合物进行纺丝，并且通过常规非接触式假捻装置以1.65的假捻拉长率对经纺丝的混合物进行假捻，从而制造了具有图2的C形横截面的65旦/72丝假捻纤维。采用具有C形的喷嘴作为纺丝喷嘴，从而可以包含空气层，从而提高了纤维的保温功能。母料片通过设置在熔化挤出机之前的独立的进料和混合装置来进行给料，并且对得到的功能性聚酯纤维的物理特性、加工性能和功能性进行评价。评价的结果如下文的表1中所示。
比较例3
通过图1的纺丝设备、中心旋转外流淬火(ROQ)设备和喷嘴加热器以295℃的温度和2,450m/min的速度对普通聚酯片(固有粘度：0.64dl/g)进行纺丝，并且通过常规非接触式假捻装置以1.63的假捻拉长率对经纺丝的混合物进行假捻，从而制造了具有图2的C形横截面的65旦/108丝假捻纤维。对得到的功能性聚酯纤维的物理特性、加工性能和功能性进行评价。评价的结果如下文的表1中所示。
表1
储热和保温性能(参考灯法)
制备了分别具有30cm宽度和30cm长度的织物样本并将其放入人工气候室(温度：20±2℃；相对湿度：65±4％)2小时。之后，将温度传感器设置在织物样本的各自相对更低的平面上，启动距离织物样本50cm的500W光源，用光照射织物样本30分钟，然后关闭光源。以1分钟为间隔，测量织物样本的温度30分钟，一共60分钟。然后进行计算，如下述公式所示。
图3示出了用于测量储热和保温性能的装置和测试条件的概略示意图。
如表1所示，通过根据本发明的制备方法制备的复合功能性聚酯纤维展现出如下效果：储热和保温效果提升了3℃或更高，储热和保温功能持续了10分钟或更长，实现了95％或更高的长纤维纱线制造加工性能，实现了95％或更高的染色M％。
尽管本发明参考优选实施例进行了具体的描述，但是本发明并不局限于上述实施例，明显地，本领域技术人员可以在本发明的技术主旨的范围内进行各种变换。

Claims (10)

1.一种聚酯纤维，包含0.01～2重量％的复合金属氧化物颗粒，该复合金属氧化物颗粒中混合有钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物。
2.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，基于100重量份的WO3，该复合金属氧化物颗粒包含3～20重量份的Cs2O、1～10重量份的Sb2O3、0.5～5重量份的In2O3、和0.1～1重量份的SnO2。
3.根据权利要求1所述的聚酯纤维，其中，该聚酯纤维具有0.5～3旦的单丝细度。
4.一种用于制造聚酯纤维的方法，该方法包括：将5～50重量％的包括钨系氧化物、铯系氧化物、锑系氧化物、铟系氧化物和锡系氧化物的复合金属氧化物颗粒与40～90重量％的选自醇、酮和乙酸酯的一种或两种有机溶剂、0.4～20重量％的聚乙烯醇缩丁醛聚合物以及2～30重量％的硬脂酸钙或硬脂酸镁混合到一起，从而得到混合物，并搅拌和研磨该混合物从而制备分散液；
将该分散液干燥从而制备粉末状的添加物；
将1～30重量％的该添加物与聚酯片混合到一起从而得到混合物，并熔化该混合物从而制备母料片；
以及将1～10重量％的该母料片与普通聚酯片混合到一起从而得到混合物，并对该混合物进行熔化和纺丝。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于100重量份的WO3，该复合金属氧化物颗粒包含3～20重量份的Cs2O、1～10重量份的Sb2O3、0.5～5重量份的In2O3、和0.1～1重量份的SnO2。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，用于制备该母料片的该聚酯片具有0.60～0.70dl/g的固有粘度。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，包括在该母料片中的该添加物可以2μm或更小的平均粒径。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，该有机溶剂是选自乙醇、酮和丙酮的一种或两种材料的混合物。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，使用具有C形横截面的纺丝喷嘴对混合物进行纺丝。
10.一种采用聚酯纤维的织物制品，其中，该聚酯纤维是权利要求1所述的聚酯纤维，并且该聚酯纤维是通过权利要求4所述的制造方法来纺丝的。
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