CN114032627A - 一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维材料领域，本发明公开了一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维及其制备方法，该纤维由多孔疏水皮层和亲水芯层构成皮芯结构；所述多孔疏水皮层为PET、PP或PA，所述亲水芯层为含有蓄湿腔的亲水性聚酯，所述蓄湿腔内容纳有负离子粉体。本发明的负离子吸湿保健功能纤维具有负离子粉体负载牢固耐洗、负离子释放效率高以及贴肤性好的特点。

Description

一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维材料领域，尤其涉及一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维及其制备方法。
背景技术
负离子材料，是一种能够产生空气负离子的粉体材料，通常由稀土元素、电气石粉等物质组成。其中，电气石是最为典型的负离子粉，当作用于电石气晶体表面的压力或温度发生变化时，会引起电气石晶体的电势差，使周围空气发生电离，被击中的电子作用于邻近的水和氧分子并使它转化为负离子。这种天然产生的负氧离子，具有保健作用，对人体健康有好处。
随着技术的发展以及人们日常生活质量的提高，各种复合有负离子粉的具有保健功能的产品逐渐被开发出来，例如可释放负离子的服装、板材、涂料等。其中，对于复合有负离子粉的服装等织物来说，一般都是将负离子粉体添加至聚合物熔体中然后进行纺丝，获得复合有负离子粉的功能纤维，再将其制作为各类织物；或者是通过织物后浸渍处理的方式将负离子浆料施加到织物表面。但是上述两种方法所得的织物，在实际使用过程中，负离子的释放效率有限，因此保健功效并不明显。并且，对于浸渍处理工艺来说，例如CN201810406028.3的方案，负离子粉体也容易在后续的使用过程中或洗涤过程中脱落，影响保健效果。此外，两种方式中，由于负离子粉的添加，至少有部分粉体会固着于纤维表面，导致纤维表面粗糙，会有毛刺感，当用作贴身织物原料时，贴肤性差，会导致用户使用体验欠佳。
综上，针对现有技术负离子织物产品存在的以上问题，有必要开发出一款负离子粉体负载牢固、负离子释放效率高且贴肤性好的负离子保健功能纤维。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维及其制备方法。本发明的负离子吸湿保健功能纤维具有皮芯结构，其中皮层为多孔疏水结构，芯层为亲水材质且含有蓄湿腔和负离子粉体。该纤维具有负离子粉体负载牢固耐洗、负离子释放效率高以及贴肤性好的特点。
本发明的具体技术方案为：一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维，由多孔疏水皮层和亲水芯层构成皮芯结构；所述多孔疏水皮层为PET、PP或PA，所述亲水芯层为含有蓄湿腔的亲水性聚酯，所述蓄湿腔内容纳有负离子粉体。
本发明的负离子吸湿保健功能纤维为皮芯结构，其中皮层具有多孔结构且为疏水材质(PET、PP或PA)，芯层为亲水材质(亲水性聚酯)且具有微小的蓄湿腔结构，蓄湿腔内含有负离子粉体。上述结构的好处在于：
(1)负离子粉体负载牢固、耐水洗：与现有技术中通过对织物进行浸渍处理于织物表面负载负离子粉体的方式相比，本发明将负离子粉体负载于纤维的芯层中，不会与外界发生接触，即使水洗也不易洗脱。
(2)负离子释放效率高：①一方面：负离子粉体释放负离子的过程为：在外界温度和压力变化的情况下，会引起负离子粉体(例如电气石)晶体之间的电势差，从而使空气发生电离，被击中的电子附着于邻近的水分子并使它转化为空气负离子，即负离子(负氧离子)。由此可知，负离子的产生需要借助水分子。但是在普通环境下，空气中水分子过于稀薄，当空气发生电离时，电子被击中后由于其邻近位置缺乏能够附着的水分子，导致无法顺利转化为负离子并释放空气中去。因此目前的大多数负离子产品的负离子释放能力并未得到充分利用。在本发明中，皮层为疏水材质且设有多孔通道，其作用在于能够将外界接触到的水分(湿气)传导至芯层中，而芯层为亲水材质，可储存水分，为负离子粉体释放负离子提供有利条件。但是亲水性聚酯为人工合成纤维，其亲水性不如粘胶(纤维素)等天然来源纤维，因此吸湿导湿性能仍然欠佳。而不采用粘胶纤维的原因又在于其纺丝工艺与人工合成纤维不兼容，无法制备皮芯结构。而现有技术中也有将负离子粉体附着于中空纤维的中空内壁上，但是该种纤维强度较低(中空)，无法满足一些高强度的应用场景。为了使芯层中的水分尽可能靠近负离子粉体，本发明在负离子粉体周围生成孔隙作为蓄湿腔。如此芯层中的水分在渗透压作用下能够顺利富集并析出至蓄湿腔内，使得负离子粉体周围湿度更高。②另一方面，现有的含负离子粉体的材料释放效率较低的原因还在于，负离子粉体被包裹在材料中缺乏释放通道。而在本发明中，首先芯层中的负离子粉体是容纳于蓄湿腔内，其表面未被材料紧密包裹，而皮层中又具有多孔结构，两者的结合可为负离子提供释放通道，因此负离子释放效率得到提高。在上述两方面因素的影响下，本发明纤维在相同条件下(负离子粉体相同，含量相同)负离子释放量会更大。
(3)贴肤性好：如背景技术部分所述，部分现有技术的产品中，负离子粉体是附着于纤维或织物表面，会导致纤维或织物表面粗糙，手感较差，不够顺滑，会有毛刺感，不适合作为与皮肤直接接触的产品。而本发明的负离子粉体是位于芯层中，不会与皮肤直接接触，因此贴肤性好。另一方面，本发明将皮层设计为疏水的原因是在于能够保持纤维表面的干爽性，若皮层也为亲水材质，吸收大量水分后与皮肤接触会有闷湿感，贴肤性差。
作为优选，所述负离子粉体为电气石。
作为优选，所述负离子粉体为1-10微米。
一种负离子吸湿保健功能纤维的制备方法，步骤如下：
(1)对负离子粉体进行干燥，按质量比1:(0.6-1.0)将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到核壳结构的微米级负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒。
(2)按质量比5-15:100将负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(3)按质量比30-40:100将碱溶性共聚酯与PET、PP或PA通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片。
(4)将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，对形成的丝束经过风冷、牵伸、热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(5)对皮芯结构纤维进行碱处理以去除碱溶性共聚酯，经超声清洗、干燥后获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维。
本发明上述制备方法的原理可大致概括为：步骤(1)中使碱溶性共聚酯包裹于负离子粉体表面形成核壳结构；步骤(2)中将负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯共混制成芯层切片；步骤(3)中将碱溶性共聚酯与疏水的PET、PP或PA共混制成皮层切片；步骤(4)进行常规纺丝获得皮芯结构纤维；步骤(5)对皮芯结构纤维进行碱处理，可去除纤维中的碱溶性共聚酯，从而在皮层中形成多孔结构，在芯层中由于包裹于负离子粉体表面的碱溶性共聚酯发生溶解形成蓄湿腔结构，最终获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维。在上述方法中，本发明巧妙通过碱溶性共聚酯溶于碱的特性来生成皮层多孔结构和芯层蓄湿腔，方法简便有效。
作为优选，步骤(1)中，所述负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒的粒径为2-20微米。
作为优选，步骤(1)中，所述碱溶性共聚酯为含有5-10mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和5-10mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯。
作为优选，步骤(4)中，皮层切片和芯层切片的质量比为(30:70)-(40:60)。
作为优选，步骤(4)中，皮层切片的纺丝温度为240-280℃，芯层切片的纺丝温度为270-290℃。
作为优选，步骤(5)中，牵伸温度为90-110℃，热定型温度为130-150℃。
作为优选，步骤(5)中，所述碱处理为按浴比1:30-40将皮芯结构纤维浸渍于90-100℃的0.5-1.5wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理1-2h。
需要注意的是，在碱处理时需要进行超声波振荡处理和超声洗涤，如此才能确保碱液或水分充分渗透进入纤维内部以实现碱处理和水洗。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明的负离子吸湿保健功能纤维具有皮芯结构，其中皮层为多孔疏水结构，芯层为亲水材质且含有蓄湿腔和负离子粉体。该纤维具有负离子粉体负载牢固耐洗、负离子释放效率高以及贴肤性好的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
(1)对1-5微米的电气石粉体进行干燥，按质量比1:1将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯(6mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和7mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯)中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到粒径为2-10微米的电气石@碱溶性共聚酯颗粒。
(2)按质量比10:100将电气石@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(3)按质量比35:100将碱溶性共聚酯与PET通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片。
(4)按质量比35:65将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为270℃，芯层切片的纺丝温度为280℃；对形成的丝束经过风冷、100℃牵伸、140℃热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(5)按浴比1:35将皮芯结构纤维浸渍于95℃的1wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理60min。碱处理后取出进行超声清洗、60℃烘箱干燥，获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维，其皮层为多孔疏水皮层，芯层含有蓄湿腔的亲水性聚酯，蓄湿腔内容纳有负离子粉体。
实施例2
(1)对5-10微米的电气石粉体进行干燥，按质量比1:0.8将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯(含有6mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和7mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯)中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到粒径为10-20微米的电气石@碱溶性共聚酯颗粒。
(2)按质量比5:100将电气石@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(3)按质量比30:100将碱溶性共聚酯与PP通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片。
(4)按质量比30:70将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为265℃，芯层切片的纺丝温度为285℃；对形成的丝束经过风冷、95℃牵伸、135℃热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(5)按浴比1:30将皮芯结构纤维浸渍于100℃的0.5wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理1h。碱处理后取出进行超声清洗、60℃烘箱干燥，获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维，其皮层为多孔疏水皮层，芯层为含有蓄湿腔的亲水性聚酯，蓄湿腔内容纳有负离子粉体。
实施例3
(1)对5-10微米的电气石粉体进行干燥，按质量比1:0.6将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯(含有6mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和7mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯)中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到粒径为10-20微米的电气石@碱溶性共聚酯颗粒。
(2)按质量比15:100将电气石@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(3)按质量比40:100将碱溶性共聚酯与PA通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片。
(4)按质量比40:60将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为245℃，芯层切片的纺丝温度为285℃；对形成的丝束经过风冷、110℃牵伸、150℃热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(5)按浴比1:40将皮芯结构纤维浸渍于100℃的1.5wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理2h。碱处理后取出进行超声清洗、60℃烘箱干燥，获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维，其皮层为多孔疏水皮层，芯层为含有蓄湿腔的亲水性聚酯，蓄湿腔内容纳有电气石粉体。
对比例1
将5-10微米的电气石干燥后按3％的添加量至PET的纺丝熔体中进行熔体纺丝，纺丝温度为275℃，对形成的丝束经过风冷、110℃牵伸、150℃热定型和卷绕后，获得含有电气石粉体的非皮芯结构纤维。
对比例2
(1)按质量比5:100将1-5微米的电气石粉体与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(2)将PET切片干燥后作为皮层切片。
(3)按质量比35:65将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为270℃，芯层切片的纺丝温度为280℃；对形成的丝束经过风冷、100℃牵伸、140℃热定型和卷绕后，获得芯层含有电气石粉体的皮芯结构纤维。
对比例3
(1)对1-5微米的电气石粉体进行干燥，按质量比1:1将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯(6mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和7mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯)中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到粒径为2-10微米的电气石@碱溶性共聚酯颗粒。
(2)按质量比10:100将电气石@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(3)将PET切片干燥后作为皮层切片。
(4)按质量比35:65将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为270℃，芯层切片的纺丝温度为280℃；对形成的丝束经过风冷、100℃牵伸、140℃热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(5)按浴比1:35将皮芯结构纤维浸渍于95℃的1wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理60min。碱处理后取出进行超声清洗、60℃烘箱干燥，获得含有电气石粉体的皮芯结构纤维，其皮层为疏水皮层，芯层为含有电气石粉体的亲水性聚酯，且含有少量蓄湿腔。
对比例4
(1)按质量比5:100将1-5微米的电气石粉体与亲水性聚酯(5mol％山梨醇单体的聚对苯二甲酸乙二酯)通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片。
(2)按质量比35:100将碱溶性共聚酯与PET通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片。
(3)按质量比35:65将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，皮层切片的纺丝温度为250℃，芯层切片的纺丝温度为280℃；对形成的丝束经过风冷、100℃牵伸、140℃热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维。
(4)按浴比1:35将皮芯结构纤维浸渍于95℃的1wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理60min。碱处理后取出进行超声清洗、60℃烘箱干燥，获得含有电气石粉体的皮芯结构纤维，其皮层为多孔疏水皮层，芯层为含有电气石粉体的亲水性聚酯。
性能测试
对实施例1以及对比例1-4所得纤维进行负离子释放量、吸湿性以及手感测试。测试方法如下：
(1)负离子发射量：将各案例的纤维纺织成30cm*30cm大小的布，克重为200+1g/m2，分别将其放置于50cm*50cm*50cm尺寸的箱体内，将检测仪置于箱体内，控制箱体内环境为标准环境条件，关闭箱体，保持24h后进行读数。测试进行多次水洗，在水洗5次和10次时在进行检测，每次水洗后检测前进行干燥。
(2)将各案例的纤维纺织成30cm*30cm大小的布，克重为200+1g/m2，进行回潮率测定。
(3)对各案例的纤维表面分别用手触摸，进行盲评。
各项结果如下表所示：
Figure BDA0003414921460000081
由上表数据可知：
负离子释放量方面：实施例1的未水洗织物的负离子释放量最高，对比例1为普通的含有电气石的聚酯纤维，其负离子释放量低于实施例1；对比例2中由于皮层不具有多孔结构，因此负离子释放受阻，负离子释放量最低；对比例3与对比例2相似，皮层不具多孔结构，但是其具有蓄湿腔，可富集水分促进负离子释放，因此数据优于对比例2；而对比例4具有多孔疏水皮层，但是与实施例1相比不具有蓄湿腔，因此数据不如实施例1。而在耐水洗方面，具有皮芯结构的实施例1以及对比例2-4，由于具有皮层的包裹，电气石粉体不易洗脱，负离子释放量影响较小，尤其是对比例2和3，由于皮层不具有多孔，电气石粉体负载牢度更高。而对比例1不具备皮芯结构，纤维表层的电气石粉体容易洗脱，从而影响负离子释放量。
回潮率：回潮率表示织物的吸湿性，由上表可知实施例1的吸湿性最佳，而对比例1的普通聚酯纤维回潮率最差；对比例2由于具有亲水芯层，因此吸湿性优于对比例1；对比例3在对比例2的基础上含有蓄湿腔，吸湿性进一步提高；对比例4的皮层具有多孔结构，可将湿气导入芯层，因此吸湿性仅次于实施例1。
手感：实施例1以及对比例2-4的纤维中由于电气石位于芯层，因此纤维手感顺滑，而对比例1纤维的表层也含有电气石，因此纤维表面较为粗糙，手感较差。

Claims (10)

1.一种皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维，其特征在于：由多孔疏水皮层和亲水芯层构成皮芯结构；所述多孔疏水皮层为PET、PP或PA，所述亲水芯层为含有蓄湿腔的亲水性聚酯，所述蓄湿腔内容纳有负离子粉体。
2.如权利要求1所述的负离子吸湿保健功能纤维，其特征在于：所述负离子粉体为电气石。
3.如权利要求1或2所述的负离子吸湿保健功能纤维，其特征在于：所述负离子粉体为1-10微米。
4.一种如权利要求1-3之一所述负离子吸湿保健功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)对负离子粉体进行干燥，按质量比1:(0.6-1.0)将其添加至熔融状态下的碱溶性共聚酯中分散均匀，冷却固化后进行粉碎、球磨，得到核壳结构的微米级负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒；
(2)按质量比5-15:100将负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒与亲水性聚酯通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得芯层切片；
(3)按质量比30-40:100将碱溶性共聚酯与PET、PP或PA通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出造粒，干燥后制得皮层切片；
(4)将皮层切片和芯层切片熔融后通过皮芯纺丝装置的不同通道进行熔体纺丝，对形成的丝束经过风冷、牵伸、热定型和卷绕后，获得皮芯结构纤维；
(5)对皮芯结构纤维进行碱处理以去除碱溶性共聚酯，经超声清洗、干燥后获得皮芯结构的负离子吸湿保健功能纤维。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述负离子粉体@碱溶性共聚酯颗粒的粒径为2-20微米。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碱溶性共聚酯为含有5-10mol％间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠-1和5-10mol％聚乙二醇的聚对苯二甲酸乙二酯。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，皮层切片和芯层切片的质量比为(30:70)-(40:60)。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，皮层切片的纺丝温度为240-280℃，芯层切片的纺丝温度为270-290℃。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，牵伸温度为90-110℃，热定型温度为130-150℃。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述碱处理为按浴比1:30-40将皮芯结构纤维浸渍于90-100℃的0.5-1.5wt％氢氧化钠溶液中，超声波振荡处理1-2h。
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