專利名稱：一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料。
近年來，人們利用超微細無機材料活加改性技術(shù)開發(fā)了多種功能纖維材料，如遠紅外纖維、防紫外纖維、抗菌纖維等。世界許多國家，尤其是日本，在遠紅外纖維和織物的研究開發(fā)方面做了大量工作。八十年代中后期，日本鐘紡、東麗、尤尼吉卡、可樂麗和三菱人造絲公司等大型企業(yè)率先研究開發(fā)了遠紅外纖維及其制品，并于1989年前后陸續(xù)將產(chǎn)品推向市場，其后越來越多的企業(yè)參與遠紅外纖維和研究開發(fā)，包括日本東洋駐、旭化成公司等，并很快形成了一股遠紅外保健紡織品開發(fā)熱潮。據(jù)1987年成立的日本遠紅外線應用研究會統(tǒng)計，到1995年底已有100多家企業(yè)參與了遠紅外保健紡織品的開發(fā)生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括日本鐘紡公司的“マィニミク”聚酯纖維，尤尼吉卡公司的“SOLAR-a”織物等。我國自90年代開始的遠紅外紡織品的研制開發(fā)，已取得長足進步，一些產(chǎn)品已陸續(xù)投放市場，受到廣大消費者的歡迎。主要研究單位包括清華大學、中國紡織大學、天津紡織工學院、江蘇生命集團、珠海天年公司等。清華大學以遠紅外滌綸為主，天津紡織工學院側(cè)重于丙綸，中國紡織大學的產(chǎn)品包括滌綸、丙綸等多種纖維。利用超微細粒子的不同功能特性，添加到聚烯烴、聚酯、尼龍等合成纖維中進行改性和功能化開發(fā)，對增加合成纖維產(chǎn)品的附加價值、豐富纖維品種和人體保健等具有重要的意義。
用于遠紅外功能纖維的無機材料主要有碳化鋯(ZrC)、氧化鋯(ZrO)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鉻(Cr2O3)、二氧化鈦錫(TiO2-SnO2-Sb2O3)等組成。它的作用機理主要是遠紅外線是波長在2.5--1000μm的電磁波輻射，具有熱效應。遠紅外纖維所用低溫遠紅外材料的遠紅外輻射機理是其自身的晶格振動。當材料從環(huán)境或人體熱量吸收能量后，其分子中的原子或原子團處于高能量的激發(fā)狀態(tài)，當原子或原子團從高能量的振動狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，就會產(chǎn)生波長2.5--25μm的遠紅外輻射。人體對遠紅外波段的輻射具有吸收能力，吸收遠紅外輻射后，產(chǎn)生體感溫升的效果，起到保暖作用。在實際應用中，對于遠紅外輻射材料的選擇上必須考慮材料的輻射波長與人體吸收波長的匹配及在主吸收波段上的遠紅外發(fā)射率。
存在的問題與不足
1．無機添加粒子的粒徑較粗，沒有考慮到不同粒徑不同材料的粉體對纖維的遠紅外功能的不同影響，配方較單一。
2．由于微細顆粒的比表面積較大，易凝聚，使得無機粒子在聚合物中的分散性較差，影響纖維的可紡性。
3．紡絲工藝有缺陷，使得纖維的制成率偏低＜85％，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
4．片面追求遠紅外發(fā)射率，添加量較大(一般大于5％)，影響紡絲性能，提高生產(chǎn)成本。
5．纖維較粗，使用受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，該添加材料克服了納米級無機添加粒子因比表面積較大而產(chǎn)生的凝聚等缺點，提高了無機粒子在聚合物中的分散性能，從而提高了遠紅外纖維的可紡性和制成率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，包括納米級粉體材料，納米級粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡合物 5--20％本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，包括納米粉體材料，納米粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO 15--30％ZnO 5--10％稀土絡合物 5--20％表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO 5--15％Al2O35--10％SiO25--10％。
本發(fā)明更詳細的技術(shù)方案是一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，包括納米級粉體材料，納米級粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡合物 5--20％表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO5--15％Al2O35--10％SiO25--10％；所述納米級粉體材料的平均粒徑為15--80nm；在10--30％的上述納米級粉體材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片進行混合干燥，并制成母粒；所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽；所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合；所述聚合物或聚酯切片的熔融指數(shù)為28--30。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明充分考慮了以下影響制備遠紅外纖維的各項因素1．影響遠紅外纖維功效的因素不同種類的材料具有不同的遠紅外輻射和吸收能力，從而影響遠紅外纖維的效果，好的遠紅外添加材料應該是能對人體所發(fā)出的熱量輻射有高的吸收能力，同時在這種能量輻射作用下又具有高的特定波長遠紅外輻射的發(fā)射能力。人體的紅外吸收波長在8--14μm，根據(jù)光譜匹配原則，應選擇在此波段具有高遠紅外輻射發(fā)射能力的材料。
2．組成的影響不同的材料具有不同的遠紅外發(fā)射和吸收特性，考慮到多種化合物的互補效應，一般選擇的遠紅外輻射材料多為多種化合物的混合物，如MgO-Al2O3-CuO-TiO2-SiO2-Cr2O3等。實驗研究了金屬氧化物混合物的低溫遠紅外發(fā)射性能與其組成之間的關(guān)系，結(jié)果顯示混合物的遠紅外發(fā)射率通常低于組成物質(zhì)的最高遠紅外發(fā)射率。另外，在以鋁為主要成分添加少量硅和以鈦為主要成分添加莫來石和硅后的混合物，在8--14μm波長范圍內(nèi)的大部分波段的發(fā)射率在90％以上。在實際應用中，不僅需要考慮混合物組成對遠紅外發(fā)射率的影響，還要考慮混合物組成對人體或應用環(huán)境中能量吸收能力的影響。
3．材料粒徑的影響材料在粒徑發(fā)生變化時，其紅外特性也可能發(fā)生變化，Al2O3、MgO、Cr2O3幾氧化物的高溫遠紅外發(fā)射率表現(xiàn)為隨粒徑減小而減小，而另有對不同粒徑的幾種無機材料樣品的研究結(jié)果顯示隨材料顆粒的減小，樣品的紅外反射光譜普遍增強。對于遠紅外纖維中使用的無機材料，一般認為粒徑較小時有利于保暖性能的提高。綜合考慮材料的遠紅外特性和對可紡性的影響，一般選用不同粒徑的超微粉末。
4．添加量的影響遠紅外纖維的保暖性能與其中遠紅外材料的添加量成正比，但隨著添加量的增加，勢必引起纖維的可紡性惡化，當添加量超過1％時，法向光譜比輻射率隨含量增加變化不大，實際應用中的添加量一般在1％--10％之間。
5．事實可以證明遠紅外織物的有效作用。日本鐘紡測試遠紅外線鞋墊的保溫效果發(fā)現(xiàn)，實驗者在10℃、相對濕度65％的條件下，用遠紅外鞋墊，可以提高溫度4℃；中國科學院血液研究所和血液病醫(yī)院用天津紡織工學院研制的遠紅外護腿放在腿上放置20分鐘，小腿血液流量增加42％，微循環(huán)增加了114.2％，而相同結(jié)構(gòu)和厚度的棉護套，血液量僅增加4.88％，微循環(huán)僅增加1.32％。臨床證實，采用遠紅外纖維加工的紡織品對因血液循環(huán)或微循環(huán)障礙引起的多種疾病有較好的病癥改善和輔助治療作用。
6．在近十幾年的研究中，遠紅外織物的制造傾向于共混紡絲的方法，成纖聚合物基材也不斷擴展，在聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯、粘膠纖維中都有所發(fā)展。添加劑除了傳統(tǒng)的具有高效遠紅外線發(fā)射功能的鈦、鋁、鎂、鋯、硅等元素的氧化物、碳化物和氮化物微粉等，近年來還在其中加入了具有放射性的鈾、釷等元素的化合物。另外，日本森下丹等五家公司制備了一種稱為“海藻炭”的高效遠紅外線發(fā)射物質(zhì)，價格低，性能優(yōu)異。即使是傳統(tǒng)的遠紅外添加劑，也在向超細、納米材料的方向發(fā)展。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述實施例一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，采用平均粒徑為40nm的納米級粉體材料，具體配方是TiO220％ZrO 20％
ZnO6％稀土絡合物 8％表面活性劑 10％分散劑 8％MgO12％Al2O38％SiO28％；所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽；所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合。
用熔融指數(shù)為28--30的聚合物或聚酯切片+上述配方的納米級粉體材料進行混合干燥，再進行雙螺桿造粒，即為本發(fā)明高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料。
權(quán)利要求
1．一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，包括納米級粉體材料，納米級粉體材料包括下列成分TiO215--30％ZrO15--30％ZnO5--10％稀土絡合物 5--20％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于所述納米級粉體材料還包括下列成分表面活性劑 10--15％分散劑 5--10％MgO 5--15％Al2O35--10％SiO25--10％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于所述納米級粉體材料的平均粒徑為15--80nm。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于在10--30％的上述納米級粉體材料中加入70--90％的聚合物或聚酯切片進行混合干燥，并制成母粒。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于所述表面活性劑采用烷基磺酸鹽。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于所述分散劑采用鈦酸酯類、鋁酸鹽、月桂酸鹽、硬酯酸鹽、硅酸鹽中的一種或幾種混合。
7．根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料，其特征在于所述聚合物或聚酯切片的熔融指數(shù)為28--30。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備高效納米遠紅外細旦纖維用的添加材料,由納米級粉體材料加特殊切片制成母粒,納米級粉體材料包括下列成分:TiO
文檔編號D01F1/10GK1299890SQ0013652
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月27日
發(fā)明者王華平, 張玉梅, 王彪 申請人:東華大學