CN1625614A

CN1625614A - 含有空心球形微粒的合成纤维

Info

Publication number: CN1625614A
Application number: CNA028289021A
Authority: CN
Inventors: 金元培; 金光培; 金胤成; 李建直; 全用镇; 郑昌旭
Original assignee: 石美秀
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2005-06-08
Also published as: US20050170167A1; JP2005524779A; MXPA04010869A; AU2002307670A1; WO2003093542A1; CA2485226A1

Abstract

本发明提供了一种合成纤维，其含有空心球形微粒，每个微粒是由选自无机物、有机物、或两者的组合物中的任一种所形成的。这种纤维具有低比重的优点，从而有效地解决了日常的穿着问题。

Description

含有空心球形微粒的合成纤维

技术领域

本发明涉及一种含有空心球形微粒的合成纤维。更确切地说，本发明涉及一种合成纤维，其特征在于由于其中含有空心微粒而使其重量较轻，并且根据构成空心球的物质的不同而具有不同的功能。

背景技术

随着纤维技术的发展，已经开发出的功能性合成纤维具有多种性能，具有如发射远红外线、抗菌活性、抗静电功能、防紫外线、磁性、除臭功能、电磁波屏蔽性能等对人类有益的性能。特别是，具有上述某些性能的合成纤维已经成功地生产出来，并且目前在市场上可以购买到。

为了获得具有上述性能的纤维，目前已经披露了多种方法，在这些方法中引入了一种能够将所需的性能提供给纤维的无机颗粒物。然而，用上述方法制备纤维时，其制备过程存在很多问题。而且制备出的纤维可能性能较差。此外，由于具有较大比重的无机颗粒物被加入到纤维中，使得纤维的比重也随之增加。因此，用这种纤维制成的衣物穿着时有厚重感。

发明内容

因此，本发明的一个方面在于解决相关技术中遇到的问题，并提供一种低比重、多功能的纤维。

本发明的另一方面在于提供一种有多种用途的功能性纤维，其可以很容易地应用到通常使用纤维的应用范围中。

附图说明

本发明的上述内容和其它方面的内容，以及本发明的特征和其它优点，可以通过结合附图所进行的详细描述，而得到更为清晰的理解，在附图中：

图1是粒度均匀的聚苯乙烯微球的放大照片；

图2是空心二氧化硅球的放大照片；以及

图3是示出了各个空心二氧化硅球的内部空腔的放大照片。

具体实施方式

根据本发明，合成纤维中包含有由无机物或有机物形成的空心球。

在使用无机颗粒物制备合成纤维时，由于无机颗粒物的比重远高于纤维合成时所使用的树脂，因此纤维的比重随着所使用的无机物的量的增加而成比例增加。

因此，为了解决有关纤维比重高的问题，本发明使用了空心球形微粒。就这一点而论，所使用的空心球微粒的表观比重应小于或等于0.5，使得纤维的比重得到有效降低。如果空心球形微粒的表观比重超过0.5，空心球过量使用，将对纤维的物理性能产生负面影响。

而且，空心球具有多种用途，在这些用途中，空心球主要用于降低最终产品的重量，并浸渍有效成分，这都归因于空心球的内部空腔。另外，空心球已经应用于油漆、塑料、橡胶、合成木材、化妆品、耐火材料、农用化学品浸渍剂等等。市场上可购买到的有代表性的无机空心球的例子有二氧化硅、氧化铝和粉煤灰，其中，空心球的粒度、形状和粒度分布取决于它的用途和价格。

就粒度而言，如果在纺丝过程中使用较大粒度的物质，则纺丝组件可能会被堵塞或纤维有可能会断丝，从而无法正常地纺出想要的纱线。而且，所生产出来的合成纤维表面粗糙，并且强度低。使得纤维本身的物理性能变差。

因此，随着空心球粒度的减小，纤维的性能将得到改善，或者其制备过程也变得更加容易。在这点上，用于衣物的约为小于等于1.5旦的纤维，其含有平均粒度为小于等于0.5μm，90％的粒度为小于等于1μm，且最大的粒度为小于等于2μm的微粒，这种纤维可以可靠地生产出来而适用于所预期的用途。不过，粒度的上限数值范围并没有严格的要求。特别是对于球形微粒来说，由于微粒间的结合力较低，即使粒度稍大，这些微粒也不会产生问题。另外，如果这些微粒具有较小的粒度，则很少出现制备问题。而且，可获得具有优异性能的纤维。

目前在市场上可购买到的空心球中，存在有很多无法满足上述粒度要求的空心球。这是因为，这些可购买到的颗粒物最初并不是打算用在纤维上的。

如上述由本申请的发明人大量研究得到的粒度也包括不规则形状的微粒及其粒度分布。如果空心球具有几乎一样的粒度，并接近理想的球形，则微粒间不存在结合力。因此，即便空心球的平均粒度在1μm左右，在制备过程中也不会出现严重的问题。

同样地，由聚苯乙烯制成的有机空心球也可以在市场中购买到。此外，在美国专利第4,427,836号和韩国专利第80123号中披露了一种制备有机空心球的方法。由于内部空腔和包裹该空腔的聚合物外壳之间的折射率不同，通过将进入的光线散射掉，有机空心球可用于增加纤维的掩蔽效应和白度。

为了获得除减轻纤维重量以外的其他功能，还提出了将固体球形的、具有所需功能的第二物质粉末与包括空心球的第一物质一起使用的方法。然而，上述方法的缺点在于，用来减少纤维比重的第一物质空心球和具有其他功能的第二物质粉末是被分别加入的，从而使总的添加量增高，这将对纤维的制备过程起负面影响。而且，纤维本身的物理性能也会变差。因此，虽然上述方法实际上可行，但并不适用。

此外，还提出了通过使用具有所需功能的物质来直接制备空心球的方法。例如，导电粉末被用来合成空心球。如果得以实现的话，含有这种合成空心球的合成纤维将在轻质和优异的抗静电功能方面具有优势。

另外，具有理想粒度的空心球可以通过多种方法制得。例如，在本发明中，有机聚合物的微球被用作制备微型粒子的中间体。通过有机合成的方法，可制备出精细的有机聚合物的球形微粒，在这些球形微粒上薄薄地覆盖上所要的物质，之后仅仅将其内部的有机聚合物除去。由此，外部所覆盖的壳层得以保留，从而获得了所要的空心球。在这种情形下，内部的有机聚合物可以通过燃烧或将其溶解到有机溶剂中而去除。

可选地，覆盖有所需的功能物质的空心球可原样使用。

关于纤维的制备方法，除了通常所用的合成纤维纺丝法以外，还可采用气流挤出法。

根据下述实施例的阐述，会对本发明有更好的理解，其中，所列出的实施例是为了对本发明进行说明，而不是对其进行限定。

实施例1

从市场上可购买到的表观比重为0.15g/cc、平均粒度为2μm、含98％的SiO₂的空心二氧化硅球中分离出较小粒度的二氧化硅球，所分离出来的二氧化硅球的表观比重为0.18g/cc，平均粒度为0.65μm，90％的粒度为1.3μm，且最大粒度为2.2μm。

将这样分离出来的空心球与聚丙烯树脂一起进行母料制备过程，制备出含有10wt％空心二氧化硅球的聚丙烯母料片(粒)，该聚丙烯母料片接着与聚丙烯树脂进一步混合，并进行合成纤维的纺丝过程，从而制备出了1.2旦、含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯纱线。

所制备出的纤维的相对密度为0.96，其中，相对密度的含义为用含有空心球的纱线的比重除以含有与空心球重量相等的淡英斑岩粉末(elvan powder)的纱线的比重所得到的值。

实施例2

通过乳液聚合反应，合成出粒度均匀的聚苯乙烯微球，并将微球与乳液分离(图1)。然后，将TEOS(原硅酸四乙酯)水解，并覆盖到微球上，然后使其干燥。将内部的聚苯乙烯在二氯甲烷中溶解，从而获得空心二氧化硅球(图2)。该空心的二氧化硅球，其微粒具有均匀的粒度，直径为1.0μm。为了确定这些二氧化硅微粒的形状，将该微粒剖开，并进行观察。从观察结果可看到该二氧化硅为空心球形(图3)。

将空心球进行与实施例1相同的过程，可以得到1.2旦、含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯纱线。其相对密度为0.94。

实施例3

通过层层(LBL)吸附的方法，将粒度为20nm的超细SiO₂微粒进行三次吸附，吸附到聚乳胶球形微粒上，制备出覆盖有超细SiO₂微粒的聚苯乙烯乳胶的精细微粒，然后通过热处理将内部的有机物除去。从而制备出直径为0.6μm的空心二氧化硅球。

将空心球进行与实施例1相同的过程，可以得到1.2旦的含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯纱线。其相对密度为0.96。

实施例4

将实施例3中制得的空心二氧化硅球浸入硝酸银溶液中，使得每个空心二氧化硅球都结合有组分银，然后将这些空心二氧化硅球从溶液中取出，经过干燥、灼烧，制备出含4wt％银的SiO₂空心球。

进行与实施例1相同的纺丝过程，可以得到1.2旦的含有1.5wt％的SiO₂空心球的聚丙烯纱线，其中每个SiO₂空心球中含有4wt％的银。其相对密度为0.97。

为了确定纱线的抗菌活性，针对大肠杆菌进行了抗菌试验。试验结果表明，抗菌活性达到或超过99％。然而，实施例3所制备的纱线却不具有抗菌活性。

实施例5

将实施例3中获得的SiO₂空心球浸入SnCl₄溶液中，与滤液分离后，进一步浸入SbCl₃溶液中，用氨水中和、干燥，然后在600℃下热处理1小时，从而制备出Sn∶Sb的重量比为8.8∶1及SiO₂∶[(Sn+Sb)的氧化物]的重量比为3.2∶1的导电混合物。

将所制得的导电混合物进行与实施例1相同的纺丝过程，从而得到1.2旦的含1.5wt％导电混合物的聚丙烯纱线。其相对密度为0.97。

这种聚丙烯纱线的电阻率为1/10,000，低于实施例3所制备的纱线，因而具有抗静电功能。

实施例6

将含有5wt％银的沸石抗菌物质(平均粒度为0.5μm，其中的90％粒度为1.0μm，且最大粒度为1.8μm)与实施例2中所用的空心二氧化硅球以重量比3∶1的比例混合。利用这样获得的混合物和普通聚酯片，制备出含有10％无机物的母料片，并将该母料片与普通聚酯片混合，然后经过纺丝过程，制备出1.4旦的含2.0wt％无机物的纱线，其相对密度为0.97。通过抗菌试验测试纱线的抗菌活性，结果发现其抗菌性达到或超过99％。

实施例7

将实施例3中所用的空心二氧化硅球与乙二醇混合成浆料，然后经过聚酯片的聚合反应过程，制备出含2wt％空心二氧化硅球的聚酯化合物片。将该聚酯化合物片进行纺丝过程，制备出1.2旦的含2.0wt％空心二氧化硅球的聚酯纱线。其相对密度为0.97。

工业应用

如上所述，本发明提供了一种含空心球的合成纤维。这种合成纤维具有适用于制作衣物和被褥的物理性能，与普通纤维相比，其重量更轻。从而，被认为是传统的功能性纤维产品的最大弊端的穿着厚重感问题，可以很容易地得到解决。因此，功能性合成纤维可以获得广泛应用。

尽管本发明的优选实施例出于对本发明进行说明的目的已经被披露，但本领域技术人员应该知道对本发明作出的各种不背离本发明的精神和范围的可能的修改、附加及等同替换等均应包含在通过本发明所附的权利要求披露的本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种合成纤维，包括空心球，所述空心球均由选自无机物、有机物、或两者的组合物中的任意一种制成。

2.根据权利要求1所述的合成纤维，其中，所述空心球的表观比重均小于或等于0.5。

3.根据权利要求1所述的合成纤维，其中，所述空心球的平均粒度小于或等于0.5μm，90％的粒度小于或等于1μm，以及最大粒度小于或等于2μm。

4.根据权利要求1所述的合成纤维，还包含功能性无机物。

5.根据权利要求1所述的合成纤维，其中，所述空心球均覆盖有功能性无机物。

6.根据权利要求1所述的合成纤维，其中，所述空心球均由功能性无机物制得。

7.根据权利要求4至6中任一所述的合成纤维，其中，所述功能性无机物选自由远红外线发射物质、导电物质、抗菌物质、电磁波吸收物质、防紫外线物质、X-射线屏蔽物质、防臭物质、磁性物质、和光学物质组成的组。