CN110565190A

CN110565190A - 诱生负氧离子的涤纶材料及其功能粉末和助剂的制作方法

Info

Publication number: CN110565190A
Application number: CN201910862078.7A
Authority: CN
Inventors: 李潇
Original assignee: Hebei Senya Environmental Protection New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Hebei Senya Environmental Protection New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2019-12-13

Abstract

本发明公开了一种诱生负氧离子的涤纶材料及其功能粉末和助剂的制作方法，其中负氧离子功能粉末的制作方法包括以下步骤：将离子吸附型稀土矿石、富镁纤维状硅酸盐和含水硅酸镁烘焙干燥；利用酸性萃取剂对烘焙干燥后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取，萃取后进行高温烘烤，去除放射性元素；将非晶形的二氧化硅加温，降低其中的可溶性硅酸含量；将含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅，粉碎并混合均匀，得到负氧离子功能粉末。本发明，负氧离子功能助剂的原料成本低且容易获得，生产的涤纶材料可以不断诱生负氧离子，改善人们的生活环境，保证呼吸健康。

Description

诱生负氧离子的涤纶材料及其功能粉末和助剂的制作方法

技术领域

本发明涉及功能面料技术领域，具体涉及一种诱生负氧离子的涤纶材料及其功能粉末和助剂的制作方法。

背景技术

涤纶面料，在中国俗称“的确良”，是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为原料，经纺丝和后处理制成的纤维，大量用于制造衣着面料和工业制品。涤纶具有极优良的定形性能。涤纶纱线或织物经过定形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等，在使用中经多次洗涤，仍能经久不变。

而随着经济的发展和生活水平的提高，人们越来越关注自身的健康问题。负氧离子是一种带负电荷的氧气离子。空气中的正负离子按其迁移率大小可分为大、中、小离子，其中小离子或小离子团可以进入生物体，发挥良好的生物活性。小粒径负离子易于透过人体的血脑屏障，可以调节内分泌和促进新陈代谢，促进呼吸健康。

因此，负氧离子功能面料的研究深受人们重视。如中国发明专利CN1360092A公开了一种负氧离子涤纶纤维及制备方法，由15－25％的奇冰石粉体和75－85％的聚酯切片,经粉末制备、粉体混合、拉丝、空调侧吹风机冷却、卷绕成材,制成负氧离子涤纶纤维。该方案中，负氧离子涤纶纤维的制备需要纳米级TiO₂、ZnO、Al₂O₃、Fe₂O₃以及电气石五种材料组成奇冰石粉体，经粉体混合、拉丝、空调测吹风机冷却、卷绕成材等工序，生产的负氧离子涤纶纤维可以产生负氧离子。但是该方案制备的负氧离子涤纶纤维具有如下缺点：负氧离子母粒粉体(奇冰石)所需原料种类过多，选料复杂，放射性高，加工工艺繁琐，生产成本高。

有鉴于此，急需对现有的负氧离子涤纶及制备方法进行改进，以降低负氧离子功能助剂的制造成本，提高小粒径的负氧离子的诱生率，满足用户对负氧离子涤纶材料的使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有负氧离子涤纶材料选料复杂，放射性高，小粒径的负氧离子诱生量不足的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种负氧离子功能粉末的制作方法，包括以下步骤：

将离子吸附型稀土矿石、富镁纤维状硅酸盐和含水硅酸镁烘焙干燥；

利用酸性萃取剂对烘焙干燥后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取，萃取后进行高温烘烤，去除放射性元素；

将非晶形的二氧化硅加温，降低其中的可溶性硅酸含量；

将所述烘焙干燥后的含水硅酸镁、去除放射性元素后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石以及二氧化硅，粉碎并混合均匀，得到负氧离子功能粉末。

在上述方法中，所述含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅的重量份数比为3:(3-6):(4-8):(1-2.5)。

在上述方法中，所述含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅的重量份数比为3：6：5：1。

在上述方法中，将所述负氧离子功能粉末与中性水溶性助剂和树脂混合、搅拌，使三者充分混合成为白色胶状物，获得负氧离子功能助剂，三者的重量份数比为(3-5)：(20-30)：(80-92)。

上述方法中，晶体状的二氧化硅中，可溶性硅酸含量为30％以下。

在上述方法中，利用酸性萃取剂对烘焙干燥后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取时，所用酸性萃取剂的质量为富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石质量之和的3-5倍，且酸性萃取剂的浓度为5-15wt％。

在上述方法中，萃取后，富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石中的放射性元素的去除率在80％以上。

本发明还提供了了一种诱生负氧离子的涤纶材料的制作方法，包括以下步骤：

将按上述方法制作的负氧离子功能助剂分别添加到湿法纺丝工艺流程中的纺丝原液、丝束中和剂、表面活性剂三种材料中，其中，负氧离子功能助剂与三种材料各组分的重量比例为：

负氧离子：纺丝原液＝2.5-4：80-100

负氧离子：丝束中和剂＝3-5：50-80

负氧离子：表面活性剂＝3-7：80-100

将纺丝原液从喷丝孔压出细流，并在凝固浴中凝固成初生纤维；

初生纤维通过含中和剂和表面活性剂的沸水煮洗；

丝束的后处理或包装入箱。

在本方案中，所述湿法纺丝的速度为5～20米/分。

与现有技术相比，本发明提供的诱生负氧离子的涤纶材料及其方法，采用离子吸附型稀土矿石、富镁纤维状硅酸盐、含水硅酸镁和二氧化硅制备获得，材料品种大大减少，降低了原料成本。

另外，负氧离子功能粉末经中性水溶性助剂与树脂处理获得白色胶状的负氧离子功能助剂，具有较强的附着力，提高了负氧离子涤纶材料的负氧离子功能助剂的含量和诱生负氧离子的诱生能力。

附图说明

图1为本发明中负氧离子功能助剂的制作方法流程图；

图2为本发明中诱生负氧离子的涤纶材料的制作方法的流程图；

具体实施方式

本发明提供了一种诱生负氧离子的涤纶材料及其功能粉末和助剂的制作方法，生产出的负氧离子的涤纶纤维材料，通过空气共振诱生负氧离子，可以起到净化空气，改善人们生活环境，提高呼吸健康。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作出详细说明。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。显然，以下所描述的具体实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

负氧离子功能助剂是负氧离子PU面料生产的先决条件，负氧离子功能助剂的质量决定了PU面料是否可以满足国家对负氧离子PU面料的检测测试，尤其是关于辐射计量的监测要求。

本发明提供的负氧离子功能粉末和助剂的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤110：将离子吸附型稀土矿石、富镁纤维状硅酸盐(如海泡石)和含水硅酸镁(如滑石)进行烘焙干燥处理。

具体作法是：将上述三种原料放入烘干炉或烘烘干机中进行烘焙干燥处理，烘焙温度为60度，烘培时间不低于24小时，使三种原料彻底干燥。

步骤120：利用酸性萃取剂对烘焙干燥后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取，萃取后进行高温烘烤，去除放射性元素，如镭、钍、钾等放射性元素。

具体方法是：采用中强酸性萃取剂(离解常数(Ka≈10))对步骤110得到的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取，所用酸性萃取剂的质量为富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石质量之和的3-5倍，酸的浓度为5-15wt％(Weight percent，质量百分比)，萃取时间不低于5小时，使得富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石在溶液中分散成为颗粒状，待其他杂质沉淀后，再将纯净的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石取出，进行高温烘烤，温度不低于180度，烘烤时间不少于24小时，使其成为灰白色。

通过上述萃取处理，可使镭、钍、钾等放射性元素的去除率达到80％以上。

步骤130：将非晶形的二氧化硅加温，降低二氧化硅中可溶性硅酸的含量。

具体作法是：将非晶形二氧化硅加温，例如加温到300度或350度，此时的二氧化硅具有PH值中性、无毒，悬浮性能好，吸附性能强等优点，同时对α射线的放射性射线具有良好的综合性，增加其半衰期45％。

步骤140：将烘焙干燥后的含水硅酸镁、去除放射性元素后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石以及二氧化硅，粉碎并混合均匀，得到负氧离子功能粉末。负氧离子功能粉末的粒度不低于1500目。

其中，优选的实施例中，含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅的重量份数比为3:(3-6):(4-8):(1-2.5)。

以下为典型的具体实施例：

具体实施例1。

水硅酸镁，3；

富镁纤维状硅酸盐，5.5；

离子吸附型稀土矿石，4；

二氧化硅，2.5。

具体实施例2。

水硅酸镁，3；

富镁纤维状硅酸盐，3；

离子吸附型稀土矿石，8；

二氧化硅，1。

具体实施例3。

水硅酸镁，3；

富镁纤维状硅酸盐，3.5；

离子吸附型稀土矿石，7；

二氧化硅，1.5。

具体实施例4。

水硅酸镁，3；

富镁纤维状硅酸盐，4；

离子吸附型稀土矿石，6；

二氧化硅，2。

具体实施例5。

水硅酸镁，3；

富镁纤维状硅酸盐，6；

离子吸附型稀土矿石，5；

二氧化硅，1。

优选地，步骤150：将负氧离子功能粉末、中性水溶性助剂与树脂混合、搅拌，使三者充分混合成为白色胶状物，获得负氧离子功能助剂。

该步骤中，搅拌时间不低于1小时，搅拌速率800转/分钟，静止24小时没有沉淀物为合格。

负氧离子功能粉末、中性水溶性助剂和树脂三者的重份数比为(3-5)：(20-30)：(80-92)。

以下为典型的具体实施例：

具体实施例1。

负氧离子功能粉末，5；

中性水溶性助剂，30；

树脂，80。

具体实施例2。

负氧离子功能粉末，5；

中性水溶性助剂，30；

树脂，80。

具体实施例3。

负氧离子功能粉末，4；

中性水溶性助剂，26；

树脂，85。

具体实施例4。

负氧离子功能粉末，4；

中性水溶性助剂，28；

树脂，83。

具体实施例5。

负氧离子功能粉末，3；

中性水溶性助剂，20；

树脂，92。

具体实施例6。

负氧离子功能粉末，5；

中性水溶性助剂，22；

树脂，88。

在上述方案中，离子吸附型稀土矿石又称风化壳残余型稀土矿，是含稀土花岗岩或火山岩经多年风化形成黏土矿物，解离出的稀土离子以水合离子或羟基水合离子吸附在黏土矿物上。矿石多在丘陵地带，为松散的沙黏土，颜色有白色、灰色、红色、黄色。密度为2.0～2.5g/cm³。在矿石中的稀土元素80％～90％呈离子状态吸附在高岭土、埃洛石和水云母等粘土矿物上；吸附在粘土矿物上的稀土阳离子不溶于水或乙醇，但在强电解质溶液中能发生离子交换并进入溶液和具有可逆反应。主要分布在我国江西、广东、湖南、广西、福建等地。

离子吸附型稀土矿石含有稀土元素，稀土元素由于自身具有较高的能量，在与空气接触时，可以诱发空气负离子。另外，稀土中的复合盐也具有将空气中的分子电离的功能，从而增加空气中负离子的浓度。然而，稀土元素同时也具有较强的放射性，会对人体造成一定的伤害。因此，现有技术中的负氧离子发生源都是将电气石、托玛琳石等加入少量的稀土进行复合改性，但是，放射性辐射超标的问题始终无法有效地解决。

本申请中，通过采用中强酸性萃取剂对离子吸附型稀土矿石进行萃取，使射性元素的去除率达到80％以上，因而，本申请方案，可以直接利用稀土诱生负氧离子，无须再使用电气石、托玛琳石等其他原料，减少了原料的选型和用量，简化了生产工艺，降低了成本。

本发明还提供了一种诱生负氧离子的涤纶材料及其制作方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤210：将按步骤150制得的负氧离子功能助剂分别添加到湿法纺丝工艺流程中的纺丝原液、丝束中和剂、表面活性剂三种材料中。

其中负氧离子功能助剂与纺丝原液、丝束中和剂和表面活性剂的重量比例为：

负氧离子功能助剂：纺丝原液＝2.5-4：80-100

负氧离子功能助剂：丝束中和剂＝3-5：50-80

负氧离子功能助剂：表面活性剂＝3-7：80-100

步骤220：采用湿法纺丝工艺生产涤纶纤维丝。

湿法纺丝的具体流程如下：

将纺丝原液从喷丝孔压出细流，并在凝固浴中凝固成初生纤维；混合了负氧离子功能助剂的纺丝原液通过喷丝板挤出，纺丝原液与凝固浴接触，纺丝原液中的聚合物凝固成单独的丝，并与来自其他喷丝板的丝束合并，以5～20米/分的速度绕在第一组卷绕锟上。

初生纤维通过含丝束中和剂和表面活性剂的沸水煮洗；绕在第一组卷绕锟上的丝束进入加入含负氧离子功能助剂的丝束中和剂和表面活性剂的沸水，可以洗去凝固浴溶液并使加工的纤维的端基稳定。

丝束的后处理或包装入箱。将形成的涤纶纤维丝束经拉伸、充分洗涤、上油、干燥、蒸汽调湿、卷曲、高压釜热定型，最后切断成短纤维，或作为直接成条纤维束包装入纸箱。

现有的诱生负氧离子的材料或面料生产工艺，通常都是将负氧离子功能粉末直接添加使用，这样的使用方式，负氧离子功能粉末的浸润性和附着性较低，因此，生产出的产品，负氧离子的诱生量也较低。

本申请方案中，首先将负氧离子功能粉末、中性水溶性助剂与树脂混合、搅拌，使三者充分混合成为白色胶状物，获得负氧离子功能助剂。然后在后续的生产工艺中，使用负氧离子功能助剂，而不是直接使用负氧离子功能粉末，由于经过了与中性水溶性助剂和树脂和混合处理，负氧离子功能助剂的粘度增加，负氧离子功能粉末的分散性和悬浮性更好，因此在产品上的浸润性和附着性大大提高，从而大大提高了负氧离子的诱生量和使用寿命。

另外，现有技术中所使用的二氧化硅，通常是未经处理的非晶化二氧化硅，这种二氧化硅原料，无论是沉降法制备获得，还是气相法制备获得，其产品都会呈弱酸性，含有少量的可溶性硅酸。这样，制备获得的负氧离子功能粉末，在添加到溶液中后，会使溶液呈弱酸性，而无论是材料生产工艺还是面料生产工艺，弱酸性都会对产品质量产生一定的影响，并且会降低材料成品的电离作用，减少负氧离子的诱生量。

而本申请方案，对于原料二氧化硅首先进行了加温处理，降低了二氧化硅中可溶性硅酸的含量，保证助剂呈中性，从而提高了负氧离子功能助剂的质量，保证了产品可以稳定地源源不断地向空间电离诱生负氧离子。

本发明提供的诱生负氧离子的PU面料的制作方法，具有以下突出的优点：

(1)以硅酸镁、富镁硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅为主要原料，原料成本低，负氧离子的诱生量大，辐射计量低。

(2)制作工艺简单，简化了原料种类，降低了生产成本。

(3)采用本发明方法生产出的负氧离子PU面料，可以源源不断地向空间电离诱生负氧离子，诱生量为1200-2500个/cm³，可改善人们的生活空间，净化空气和环境。

经过以上生产工艺流程加工后的涤纶纤维丝，可以在空气震荡作用下，电离周围空气，持续诱生负氧离子。经检验，按上述步骤生产的诱生负氧离子的涤纶材料的负氧离子诱生量为1200-2500个/立方厘米。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种负氧离子功能粉末的制作方法，包括以下步骤：

将非晶形的二氧化硅加温，降低其中的可溶性硅酸含量；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅的重量份数比为3:(3-6):(4-8):(1-2.5)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含水硅酸镁、富镁纤维状硅酸盐、离子吸附型稀土矿石和二氧化硅的重量份数比为3：6：5：1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述负氧离子功能粉末与中性水溶性助剂和树脂混合、搅拌，使三者充分混合成为白色胶状物，获得负氧离子功能助剂，三者的重量份数比为(3-5)：(20-30)：(80-92)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，晶体状的二氧化硅中，可溶性硅酸含量为30％以下。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用酸性萃取剂对烘焙干燥后的富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石进行萃取时，所用酸性萃取剂的质量为富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石质量之和的3-5倍，且酸性萃取剂的浓度为5-15wt％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，萃取后，富镁纤维状硅酸盐和离子吸附型稀土矿石中的放射性元素的去除率在80％以上。

8.一种诱生负氧离子的涤纶材料的制作方法，包括以下步骤：

将按权利要求4制得的负氧离子功能助剂分别添加到湿法纺丝工艺流程中的纺丝原液、丝束中和剂、表面活性剂三种材料中，其中，负氧离子功能助剂与三种材料各组分的重量比例为：

负氧离子：纺丝原液＝2.5-4：80-100

负氧离子：丝束中和剂＝3-5：50-80

负氧离子：表面活性剂＝3-7：80-100

初生纤维通过含丝束中和剂和表面活性剂的沸水煮洗；

丝束的后处理或包装入箱。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述湿法纺丝的速度为5～20米/分。