CN1299890A

CN1299890A - 一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料

Info

Publication number: CN1299890A
Application number: CN 00136521
Authority: CN
Inventors: 王华平; 张玉梅; 王彪
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-06-20

Abstract

本发明公开了一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料,由纳米级粉体材料加特殊切片制成母粒,纳米级粉体材料包括下列成分:TiO₂15—30%、ZrO15—30%、ZnO5—10%、稀土络合物5—20%;该添加材料克服了纳米级无机添加粒子因比表面积较大而产生的凝聚等缺点,提高了无机粒子在聚合物中的分散性能,从而提高了远红外纤维的可纺性和制成率。

Description

一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料

本发明涉及一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料。

近年来，人们利用超微细无机材料活加改性技术开发了多种功能纤维材料，如远红外纤维、防紫外纤维、抗菌纤维等。世界许多国家，尤其是日本，在远红外纤维和织物的研究开发方面做了大量工作。八十年代中后期，日本钟纺、东丽、尤尼吉卡、可乐丽和三菱人造丝公司等大型企业率先研究开发了远红外纤维及其制品，并于1989年前后陆续将产品推向市场，其后越来越多的企业参与远红外纤维和研究开发，包括日本东洋驻、旭化成公司等，并很快形成了一股远红外保健纺织品开发热潮。据1987年成立的日本远红外线应用研究会统计，到1995年底已有100多家企业参与了远红外保健纺织品的开发生产，主要产品包括日本钟纺公司的“マィニミク”聚酯纤维，尤尼吉卡公司的“SOLAR-a”织物等。我国自90年代开始的远红外纺织品的研制开发，已取得长足进步，一些产品已陆续投放市场，受到广大消费者的欢迎。主要研究单位包括：清华大学、中国纺织大学、天津纺织工学院、江苏生命集团、珠海天年公司等。清华大学以远红外涤纶为主，天津纺织工学院侧重于丙纶，中国纺织大学的产品包括涤纶、丙纶等多种纤维。利用超微细粒子的不同功能特性，添加到聚烯烃、聚酯、尼龙等合成纤维中进行改性和功能化开发，对增加合成纤维产品的附加价值、丰富纤维品种和人体保健等具有重要的意义。

用于远红外功能纤维的无机材料主要有：碳化锆(ZrC)、氧化锆(ZrO)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr₂O₃)、二氧化钛锡(TiO₂-SnO₂-Sb₂O₃)等组成。它的作用机理主要是：远红外线是波长在2.5--1000μm的电磁波辐射，具有热效应。远红外纤维所用低温远红外材料的远红外辐射机理是其自身的晶格振动。当材料从环境或人体热量吸收能量后，其分子中的原子或原子团处于高能量的激发状态，当原子或原子团从高能量的振动状态向低能量状态转变时，就会产生波长2.5--25μm的远红外辐射。人体对远红外波段的辐射具有吸收能力，吸收远红外辐射后，产生体感温升的效果，起到保暖作用。在实际应用中，对于远红外辐射材料的选择上必须考虑材料的辐射波长与人体吸收波长的匹配及在主吸收波段上的远红外发射率。

存在的问题与不足：

1．无机添加粒子的粒径较粗，没有考虑到不同粒径不同材料的粉体对纤维的远红外功能的不同影响，配方较单一。

2．由于微细颗粒的比表面积较大，易凝聚，使得无机粒子在聚合物中的分散性较差，影响纤维的可纺性。

3．纺丝工艺有缺陷，使得纤维的制成率偏低＜85％，提高了产品的生产成本。

4．片面追求远红外发射率，添加量较大(一般大于5％)，影响纺丝性能，提高生产成本。

5．纤维较粗，使用受到限制。

本发明的目的是：提供一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，该添加材料克服了纳米级无机添加粒子因比表面积较大而产生的凝聚等缺点，提高了无机粒子在聚合物中的分散性能，从而提高了远红外纤维的可纺性和制成率。

本发明的技术方案是：一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，包括纳米级粉体材料，纳米级粉体材料包括下列成分：

TiO₂ 15--30％

ZrO 15--30％

ZnO 5--10％

稀土络合物 5--20％

本发明进一步的技术方案是：一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，包括纳米粉体材料，纳米粉体材料包括下列成分：

TiO₂ 15--30％

ZrO 15--30％

ZnO 5--10％

稀土络合物 5--20％

表面活性剂 10--15％

分散剂 5--10％

MgO 5--15％

Al₂O₃ 5--10％

SiO₂ 5--10％。

本发明更详细的技术方案是：一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，包括纳米级粉体材料，纳米级粉体材料包括下列成分：

TiO₂ 15--30％

ZrO 15--30％

ZnO 5--10％

稀土络合物 5--20％

表面活性剂 10--15％

分散剂 5--10％

MgO 5--15％

Al₂O₃ 5--10％

SiO₂ 5--10％；

所述纳米级粉体材料的平均粒径为15--80nm；在10--30％的上述纳米级粉体材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片进行混合干燥，并制成母粒；所述表面活性剂采用烷基磺酸盐；所述分散剂采用钛酸酯类、铝酸盐、月桂酸盐、硬酯酸盐、硅酸盐中的一种或几种混合；所述聚合物或聚酯切片的熔融指数为28--30。

本发明的优点是：

本发明充分考虑了以下影响制备远红外纤维的各项因素：

1．影响远红外纤维功效的因素：不同种类的材料具有不同的远红外辐射和吸收能力，从而影响远红外纤维的效果，好的远红外添加材料应该是能对人体所发出的热量辐射有高的吸收能力，同时在这种能量辐射作用下又具有高的特定波长远红外辐射的发射能力。人体的红外吸收波长在8--14μm，根据光谱匹配原则，应选择在此波段具有高远红外辐射发射能力的材料。

2．组成的影响：不同的材料具有不同的远红外发射和吸收特性，考虑到多种化合物的互补效应，一般选择的远红外辐射材料多为多种化合物的混合物，如MgO-Al₂O₃-CuO-TiO₂-SiO₂-Cr₂O₃等。实验研究了金属氧化物混合物的低温远红外发射性能与其组成之间的关系，结果显示混合物的远红外发射率通常低于组成物质的最高远红外发射率。另外，在以铝为主要成分添加少量硅和以钛为主要成分添加莫来石和硅后的混合物，在8--14μm波长范围内的大部分波段的发射率在90％以上。在实际应用中，不仅需要考虑混合物组成对远红外发射率的影响，还要考虑混合物组成对人体或应用环境中能量吸收能力的影响。

3．材料粒径的影响：材料在粒径发生变化时，其红外特性也可能发生变化，Al₂O₃、MgO、Cr₂O₃几氧化物的高温远红外发射率表现为随粒径减小而减小，而另有对不同粒径的几种无机材料样品的研究结果显示随材料颗粒的减小，样品的红外反射光谱普遍增强。对于远红外纤维中使用的无机材料，一般认为粒径较小时有利于保暖性能的提高。综合考虑材料的远红外特性和对可纺性的影响，一般选用不同粒径的超微粉末。

4．添加量的影响：远红外纤维的保暖性能与其中远红外材料的添加量成正比，但随着添加量的增加，势必引起纤维的可纺性恶化，当添加量超过1％时，法向光谱比辐射率随含量增加变化不大，实际应用中的添加量一般在1％--10％之间。

5．事实可以证明远红外织物的有效作用。日本钟纺测试远红外线鞋垫的保温效果发现，实验者在10℃、相对湿度65％的条件下，用远红外鞋垫，可以提高温度4℃；中国科学院血液研究所和血液病医院用天津纺织工学院研制的远红外护腿放在腿上放置20分钟，小腿血液流量增加42％，微循环增加了114.2％，而相同结构和厚度的棉护套，血液量仅增加4.88％，微循环仅增加1.32％。临床证实，采用远红外纤维加工的纺织品对因血液循环或微循环障碍引起的多种疾病有较好的病症改善和辅助治疗作用。

6．在近十几年的研究中，远红外织物的制造倾向于共混纺丝的方法，成纤聚合物基材也不断扩展，在聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯、粘胶纤维中都有所发展。添加剂除了传统的具有高效远红外线发射功能的钛、铝、镁、锆、硅等元素的氧化物、碳化物和氮化物微粉等，近年来还在其中加入了具有放射性的铀、钍等元素的化合物。另外，日本森下丹等五家公司制备了一种称为“海藻炭”的高效远红外线发射物质，价格低，性能优异。即使是传统的远红外添加剂，也在向超细、纳米材料的方向发展。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

实施例：一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，采用平均粒径为40nm的纳米级粉体材料，具体配方是：

TiO₂ 20％

ZrO 20％

ZnO 6％

稀土络合物 8％

表面活性剂 10％

分散剂 8％

MgO 12％

Al₂O₃ 8％

SiO₂ 8％；

所述表面活性剂采用烷基磺酸盐；所述分散剂采用钛酸酯类、铝酸盐、月桂酸盐、硬酯酸盐、硅酸盐中的一种或几种混合。

用熔融指数为28--30的聚合物或聚酯切片+上述配方的纳米级粉体材料进行混合干燥，再进行双螺杆造粒，即为本发明高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料。

Claims

1．一种制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，包括纳米级粉体材料，纳米级粉体材料包括下列成分：

TiO₂ 15--30％

ZrO 15--30％

ZnO 5--10％

稀土络合物 5--20％。

2．根据权利要求1所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：所述纳米级粉体材料还包括下列成分：

表面活性剂 10--15％

分散剂 5--10％

MgO 5--15％

Al₂O₃ 5--10％

SiO₂ 5--10％。

3．根据权利要求1或2所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：所述纳米级粉体材料的平均粒径为15--80nm。

4．根据权利要求1或2所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：在10--30％的上述纳米级粉体材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片进行混合干燥，并制成母粒。

5．根据权利要求2所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：所述表面活性剂采用烷基磺酸盐。

6．根据权利要求2所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：所述分散剂采用钛酸酯类、铝酸盐、月桂酸盐、硬酯酸盐、硅酸盐中的一种或几种混合。

7．根据权利要求4所述的制备高效纳米远红外细旦纤维用的添加材料，其特征在于：所述聚合物或聚酯切片的熔融指数为28--30。