CN117385498A - 一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法，所述复合纤维由吸光蓄热切片和温升理疗切片通过熔融纺丝工艺制备获得，吸光蓄热切片含有吸光蓄热粉体和成纤聚合物，其中吸光蓄热粉体的含量为1‑30wt%，温升理疗切片含有温升理疗粉体和成纤聚合物，其中温升理疗粉体的含量为1‑30wt%。本发明所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维采用的稀土基高发射材料具有高远红外发射率与吸收率，不但可以吸收人体热辐射出的热量，减少人体热流失，还能够将远红外再次发射，与人体内的水分子形成共振，增强血液循环。利用复合纺丝技术将吸光蓄热成分和温升理疗成分相结合，二者协同增效，更加有效的提升远红外温升保暖和理疗保健效果。

Description

一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能纤维领域，尤其是涉及一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法。

背景技术

人体热传递的途径包括蒸发、热传导、热对流和热辐射，其中热辐射占人体热能传递的40%-60%，是人体热量最主要的流失途径。34℃人体皮肤的红外辐射主要分布在8-14μm的远红外波段，稀土粒子可以吸收人体辐射出的这部分热量，并以94%的发射率将远红外线高效返回人体，减少人体热流失。

远红外纺织品能够吸收人体自身辐射的能量并直接发射远红外线光波，当频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时，可引起共振效应，使皮下组织深层部位的温度升高，产生的热效应使水分子活化，使之处于高能状态，加速人体所需生物酶的合成，同时活化蛋白质等生物分子，从而增强机体免疫力和生物细胞的组织再生能力，达到改善微循环，增强机体细胞活力，加强代谢作用的特点能有效促进患血液循环，从而激活细胞组织、提高代谢机能。远红外纺织品还可以吸收太阳光中的短波能量，并将其以远红外辐射方式作用于人体，同时实现远红外温升保暖和远红外理疗保健。

随着社会的快速发展，人们对健康生活的追求也逐渐提高，对远红外温升理疗的观念也越来越强。因此，远红外保暖保健织物成为了近些年来的研究热点。但是目前市面上的远红外产品存在远红外发射率低，性能差，保温效果不理想的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法，旨在实现高效的远红外发射和温升能力，同时实现减少人体热散失，促进远红外理疗。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维，所述复合纤维是由包括吸光蓄热切片和温升理疗切片的原料通过熔融纺丝工艺制备获得的吸光蓄热切片和温升理疗切片各自占据纤维的一半的并列型纤维结构；

所述吸光蓄热切片由包括吸光蓄热粉体和成纤聚合物的原料制备得到，所述吸光蓄热粉体包括吸光蓄热材料和保温材料，所述吸光蓄热材料为铯钨青铜、氧化锡锑空心微球、石墨烯、稀土六硼化物中的一种或多种；所述保温材料为相变纳米胶囊、纳米陶瓷颗粒、二氧化硅气凝胶中的一种或多种；

所述温升理疗切片由包括温升理疗粉体和成纤聚合物的原料制备得到，所述温升理疗粉体包括稀土基高发射材料和竹炭粉；所述稀土基高发射材料为稀土氧化物和过渡金属氧化物的固溶体。

吸光蓄热切片和温升理疗切片的质量比为1:1；

吸光蓄热切片中吸光蓄热粉体的含量为1-30wt%，吸光蓄热粉体包括质量份数为40~60份的吸光蓄热材料和40~60份的保温材料；

温升理疗切片中温升理疗粉体的含量为1-30wt%，温升理疗粉体包括质量份数为40~80份的稀土基高发射材料和10~30份的竹炭粉。

进一步，稀土氧化物和过渡金属氧化物的摩尔比为1：（0.25~6）；所述稀土基高发射材料的粒度在500nm~5μm之间。

进一步，所述稀土氧化物为自然配分氧化镧铈、氧化镧、氧化铈、氧化钇、氧化铕、氧化钆、氧化钐中的一种或多种。

进一步，所述过渡金属氧化物为氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镍、氧化铬中的一种或多种。

进一步，所述稀土六硼化物为六硼化镨、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铕、六硼化钇、六硼化镧铕、六硼化镧铈中的一种或多种。

进一步，所述成纤聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯聚合物中的一种或多种。

本发明还提供了一种如上述所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备温升理疗粉体

a、将稀土基高发射材料分散至去离子水中，分散后放置于球磨机内球磨；

b、将步骤a所得的混合溶液进行抽滤并烘干，烘干后将其进行粉碎；所得粉体在1000~1500℃高温煅烧2-5小时，自然冷却，煅烧产物粉碎，得到稀土基高发射粉体；

c、将步骤b得到的粉体和竹炭粉分散至去离子水中，置于球磨机内球磨，得到稀土基高发射浆料；

d、将步骤c得到的浆料放入烘箱内进行烘干，烘干后使用粉碎机将其进行粉碎，可得到温升理疗粉体；

（2）制备吸光蓄热粉体

a、将吸光蓄热材料分散至去离子水中，分散后放置于球磨机内球磨；

b、将保温材料放入步骤a得到的浆料内，使用分散机分散。

c、将步骤b得到的浆料放入烘箱内进行烘干，烘干后将其进行粉碎，可得到吸光蓄热粉体；

（3）将成纤聚合物分别和吸光蓄热粉体、温升理疗粉体在分散介质中混合均匀后干燥至含水率低于500ppm，分别将2种混合物投入双螺杆制粒机中熔融挤出造粒，得到吸光蓄热母粒和温升理疗母粒；

（4）将两种母粒再分别与成纤聚合物混合均匀得到吸光蓄热切片和温升理疗切片，将两种切片真空干燥至含水量低于200ppm后，通过熔融纺丝工艺制备稀土基高发射保暖理疗复合纤维。

进一步，在步骤（1）中，步骤a使用分散盘分散，分散盘转速为200~300r/min，球磨机的转速为150~500r/min，球磨12~24h，步骤b中烘干温度为80~110℃，步骤c中球磨机的转速为200~500r/min，球磨10~24h，步骤d中烘干温度为80~100℃；

在步骤（2）中，步骤a使用分散盘分散，分散盘转速为200-300r/min，球磨机的转速为150~300r/min，球磨6~8h，步骤b中分散机的转速为200~400r/min，分散时间为20~40min，步骤c中烘干温度为80~100℃。

进一步，在步骤（3）中，吸光蓄热粉体、温升理疗粉体与成纤聚合物分别放入点动高速搅拌机混合，点动高速搅拌机转速200-2000转/分钟，优选800-1000转/分钟，混合时间1-30分钟，优选5-15分钟，点动搅拌间歇时间5-120秒，优选30-60秒；

混合粉体在40-80℃环境下真空干燥2-8h，优选60-70℃干燥4-6h，避免粉体板结，然后升高温度至100-130℃继续干燥8-24h，优选110-120℃，干燥12-16h，避免聚合物过度氧化。

进一步，在步骤的（4）中，两种切片分别在100-130℃下真空干燥8-12h；纺丝温度为150-350℃，卷绕速度为1800-5000m/分钟。

本发明还提供了一种如上述所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维在家纺、服用面料等纺织领域的应用。

相对于现有技术，本发明所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维及其制备方法具有以下优势：

本发明所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维中使用的温升理疗粉体包括稀土基高发射材料和竹炭粉，稀土基高发射材料为稀土氧化物和过渡金属氧化物的固溶体，稀土氧化物、过渡金属氧化物与竹炭粉共同作用，协同增效，促进了材料的远红外温升性质，使得该复合纤维具有很高的远红外吸收与发射能力，能够将人体发射的绝大部分远红外线进行吸收并发射回人体，当红外辐射的波长和被辐照的物体吸收的波长相对应时，物体分子共振吸收，使皮下组织温度升高，加剧人体内分子运动，从而增强其血液循环，达到保温保健作用。而吸光蓄热粉体具有较高的红外反射率和折射率，不但对人体8-14μm波长的红外辐射具有更高的反射效果，同时，结合吸光蓄热材料的局域表面等离子共振效应，吸收并储存太阳光的大部分能量，发射的远红外辐射与温升理疗粉体形成能量循环，大幅提高了保暖理疗的功能。

（2）本发明所采用的并列型复合结构能够使吸光蓄热材料与温升理疗材料各自占据纤维的一半，既能使吸光蓄热材料大面积吸收太阳光中的能量，也能够使温升理疗材料发射的远红外线无阻隔的作用于人体，此复合纤维制成的纱线与织物中，两种功能组份相互接触，能够极大的发挥能量循环的特点，使织物获得更强的保暖理疗能力。同时并列型复合纤维具有高卷曲性，可以使织物具有保暖、蓬松、柔软的性能。

（3）本发明提供的稀土基高发射保暖理疗复合纤维制备简单，应用方便，成本低廉。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1制备的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的截面图；

图2为本发明对比例8制备的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的截面图；

图3为本发明对比例9制备的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的截面图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下实施例中如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备温升理疗粉体

a、按天然配分氧化镧铈、氧化铁、氧化锰和氧化铜的摩尔比为1：1：1：1的比例称取稀土基高发射材料的原料。所有原料分散至去离子水中，装入球磨罐，在转速为300r/min条件下球磨12h；

b、球磨结束后将浆料进行抽滤烘干，烘干温度为100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，粉碎后的粉体在1200℃的环境下煅烧4h；自然冷却，煅烧产物粉碎，得到稀土基高发射粉体；

c、按质量份数计，取步骤b得到的稀土基高发射粉体40份，竹炭粉10份，去离子水100份，放入球磨罐内以300r/min球磨12h，得到稀土基高发射浆料；

d、将步骤c得到的浆料放入高温烘箱内进行烘干，烘干温度设定100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，可得到温升理疗粉体A。

（2）制备吸光蓄热粉体

a、按质量份数计，取吸光蓄热材料铯钨青铜40份、石墨烯10份、六硼化镧5份，分散至去离子水中，使用分散盘分散均匀，分散盘转速为300r/min，分散后放置于球磨机内，在转速为250r/min条件下球磨8h；

b、按质量份数计，取保温材料纳米陶瓷粉35份，二氧化硅气凝胶10份，放入步骤a得到的浆料内，使用分散机在转速为300r/min条件下分散20min；

c、将步骤b得到的浆料放入高温烘箱内进行烘干，烘干温度设定100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，可得到吸光蓄热粉体。

（3）将聚对苯二甲酸乙二酯切片粉碎至粉末状，并将两种功能粉体分别与去离子水配置为固含量为70%的功能粉体浆料。取两种功能粉体浆料各1000g，各自加入2100g聚对苯二甲酸乙二酯粉末，通过点动高速搅拌机混合均匀，在点动搅拌机转速为1000转/分钟的条件下混合10分钟，得到混合浆料；将混合浆料在60℃干燥5h，然后升高温度至120℃，干燥12h，得到含水量低于500ppm的复合粉体；将干燥后的复合粉体通过双螺杆挤出机转速为300转/分钟，温度260℃，8MPa的压力下挤出，通过水浴进行固化后切粒制备吸光蓄热母粒和温升理疗母粒。

（4）将过程步骤（3）中的两种母粒和同类型的成纤聚合物调配成混合切片，母粒占混合切片总质量的10%，然后在真空60℃环境下干燥5h，随后在120℃下干燥12h，干燥后的混合切片含水量低于200ppm；通过熔融复合纺丝技术得到并列型稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其截面如图1所示，即吸光蓄热切片和温升理疗切片各自占据纤维的一半。

（5）取步骤（4）制备的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，通过POY-DTY加工方法制成纱线，然后通过穿经操作使其整齐排列于综框中作为经纱，并调整卷布辊使经纱的张力均匀且松紧适度；在梭子上缠绕稀土基高发射保暖理疗纱线作为纬纱，通过由开口机构按序带动上下两层经纱形成的梭口通道，将梭子往复交替通过梭口通道进行编织，最终得到稀土基高发射保暖理疗织物。

实施例2

稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备温升理疗粉体

a、按氧化镧、氧化钛、氧化锌和氧化锆的摩尔比为1：0.6：1.2：1.2的比例称取稀土基高发射材料的原料。所有原料分散至去离子水中，装入球磨罐，在转速为300r/min条件下球磨12h；

b、球磨结束后将浆料进行抽滤烘干，烘干温度为100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，将粉碎后的粉体在1200℃的环境下煅烧4h；自然冷却，煅烧产物粉碎，得到稀土基高发射粉体；

c、按质量份数计，取步骤b得到的稀土基高发射粉体45份，竹炭粉20份，去离子水100份，放入球磨罐内以300r/min球磨12h。得到稀土基高发射浆料；

d、将步骤c得到的浆料放入高温烘箱内进行烘干，烘干温度设定100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，可得到温升理疗粉体B。

步骤（2）-（5）同实施例1。

实施例3

稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备温升理疗粉体

a、按氧化钇、氧化铁、氧化钛和氧化猛的摩尔比为1：1.2：0.6：1.4的比例称取稀土基高发射材料的原料。所有原料分散至去离子水中，装入球磨罐，在转速为300r/min条件下球磨12h；

b、球磨结束后将浆料进行抽滤烘干，烘干温度为100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，粉碎后的粉体在1200℃的环境下煅烧4h；自然冷却，煅烧产物粉碎，得到稀土基高发射粉体；

c、按质量份数计，取步骤b得到的稀土基高发射粉体52份，竹炭粉18份，去离子水100份，放入球磨罐内以300r/min球磨12h。得到稀土基高发射浆料；

d、将步骤c得到的浆料放入高温烘箱内进行烘干，烘干温度设定100℃，烘干后使用高速粉碎机将其进行粉碎，可得到温升理疗粉体C。

步骤（2）-（5）同实施例1。

对比例1

与实施例1的区别在于，不添加吸光蓄热粉体。

对比例2

与实施例1的区别在于，不添加温升理疗粉体。

对比例3

与实施例1的区别在于，不添加竹炭粉。

对比例4

与实施例1的区别在于，不添加过渡金属氧化物。

对比例5

与实施例1的区别在于，温升理疗粉体的制备去掉步骤b，即不对稀土基高发射材料进行煅烧。

对比例6

与实施例1的区别在于，吸光蓄热粉体中不添加保温材料。

对比例7

与实施例1的区别在于，吸光蓄热粉体中不添加吸光蓄热材料。

对比例8

与实施例1的区别在于，该稀土基高发射保暖理疗复合纤维制备成皮芯结构，其截面如图2，即温升理疗切片将吸光蓄热切片包裹在内侧。

对比例9

与实施例1的区别在于，该稀土基高发射保暖理疗复合纤维制备成皮芯结构，其截面如图3，即吸光蓄热切片将温升理疗切片包裹在内侧。

表1 实施例与对比例制备的织物的发射率与远红外温升测试

从表1可以看出，各实施例的8-14μm发射率和远红外温升值均优于各对比例，说明本发明所制备的稀土基高发射保暖理疗复合纤维具有优良的远红外发射和温升能力，同时实现减少人体热散失，促进远红外理疗。

对比例1中不添加吸光蓄热粉体，远红外的温升值下降非常明显，保温效果差。对比例2中不添加温升理疗粉体，导致8-14μm发射率大幅度降低，远红外理疗效果下降。

对比例3中不添加竹炭粉后，在发射率和远红外温升方面呈现了下降趋势，说明稀土基高发射材料与竹炭粉共同作用，协同增效，促进了织物的远红外温升性质。

对比例4中不添加过渡金属氧化物后，在发射率和远红外温升方面呈现了明显的下降趋势，在没有过渡金属氧化物的嵌入下，稀土氧化物单一物质的发射能力较弱，从而导致发射率和温升值的下降。

对比例5不经过煅烧的稀土基高发射材料中含有杂质，并且无法实现稀土氧化物和过渡金属氧化物晶格的嵌入，无法发挥出高发射材料的性能，导致对比例5的织物在发射率和温升值上均低于实施例1的织物性能。

对比例6中吸光蓄热粉体内不添加保温材料后所吸收的太阳光中的热量无法进行较长时间的留存，导致温升值下降。对比例7中不添加吸光蓄热材料将无法吸收并存储太阳光中的能量，并且缺失了对远红外线的辐射能力，削弱了吸光蓄热粉体与温升理疗粉体之间能量循环的协同效应，从而使织物性能大幅下降。

对比例8采用了外层为温升理疗层，内部为吸光蓄热层的皮芯复合结构。由于吸光蓄热层处于纤维内部，无法直接接触到太阳光，从而削弱了其吸光蓄热的能力，仅靠温升理疗层发射的远红外线无法达到蓄热效果。

对比例9采用了内部为温升理疗层，外层为吸光蓄热层的皮芯复合结构。由于远红外线的穿透能力很弱，复合在内部极大的影响了远红外的发射效果，从而导致远红外理疗能力的减弱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：所述复合纤维是由包括吸光蓄热切片和温升理疗切片的原料通过熔融纺丝工艺制备获得的吸光蓄热切片和温升理疗切片各自占据纤维的一半的并列型纤维结构；

所述吸光蓄热切片由包括吸光蓄热粉体和成纤聚合物的原料制备得到，所述吸光蓄热粉体包括吸光蓄热材料和保温材料，所述吸光蓄热材料为铯钨青铜、氧化锡锑空心微球、石墨烯、稀土六硼化物中的一种或多种；所述保温材料为相变纳米胶囊、纳米陶瓷粉、二氧化硅气凝胶中的一种或多种；

所述温升理疗切片由包括温升理疗粉体和成纤聚合物的原料制备得到，所述温升理疗粉体包括稀土基高发射材料和竹炭粉；所述稀土基高发射材料为稀土氧化物和过渡金属氧化物的固溶体。

2.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：吸光蓄热切片和温升理疗切片的质量比为1:1；

吸光蓄热切片中吸光蓄热粉体的含量为1-30wt%，吸光蓄热粉体包括质量份数为40~60份的吸光蓄热材料和40~60份的保温材料；

温升理疗切片中温升理疗粉体的含量为1-30wt%，温升理疗粉体包括质量份数为40~80份的稀土基高发射材料和10~30份的竹炭粉。

3.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：稀土氧化物和过渡金属氧化物的摩尔比为1：（0.25~6）；所述稀土基高发射材料的粒度在500nm~5μm之间。

4.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：所述稀土氧化物为自然配分氧化镧铈、氧化镧、氧化铈、氧化钇、氧化铕、氧化钆、氧化钐中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：所述过渡金属氧化物为氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镍、氧化铬中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：所述稀土六硼化物为六硼化镨、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铕、六硼化钇、六硼化镧铕、六硼化镧铈中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维，其特征在于：所述成纤聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯聚合物中的一种或多种。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（1）制备温升理疗粉体

a、将稀土基高发射材料分散至去离子水中，分散后放置于球磨机内球磨；

b、将步骤a所得的混合溶液进行抽滤并烘干，烘干后将其进行粉碎；所得粉体在1000~1500℃高温煅烧2-5小时，自然冷却，煅烧产物粉碎，得到稀土基高发射粉体；

c、将步骤b得到的粉体和竹炭粉分散至去离子水中，置于球磨机内球磨，得到稀土基高发射浆料；

d、将步骤c得到的浆料放入烘箱内进行烘干，烘干后使用粉碎机将其进行粉碎，可得到温升理疗粉体；

（2）制备吸光蓄热粉体

a、将吸光蓄热材料分散至去离子水中，分散后放置于球磨机内球磨；

b、将保温材料放入步骤a得到的浆料内，使用分散机分散；

c、将步骤b得到的浆料放入烘箱内进行烘干，烘干后将其进行粉碎，可得到吸光蓄热粉体；

（3）将成纤聚合物分别和吸光蓄热粉体、温升理疗粉体在分散介质中混合均匀后干燥至含水率低于500ppm，分别将2种混合物投入双螺杆制粒机中熔融挤出造粒，得到吸光蓄热母粒和温升理疗母粒；

（4）将两种母粒再分别与成纤聚合物混合均匀得到吸光蓄热切片和温升理疗切片，将两种切片真空干燥至含水量低于200ppm后，通过熔融纺丝工艺制备稀土基高发射保暖理疗复合纤维。

9.根据权利要求8所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，步骤a使用分散盘分散，分散盘转速为200~300r/min，球磨机的转速为150~500r/min，球磨12~24h，步骤b中烘干温度为80~110℃，步骤c中球磨机的转速为200~500r/min，球磨10~24h，步骤d中烘干温度为80~100℃；

在步骤（2）中，步骤a使用分散盘分散，分散盘转速为200-300r/min，球磨机的转速为150~300r/min，球磨6~8h，步骤b中分散机的转速为200~400r/min，分散时间为20~40min，步骤c中烘干温度为80~100℃。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的稀土基高发射保暖理疗复合纤维在家纺、服用面料等纺织领域的应用。