一種制備遠紅外輻射聚酯纖維的方法
【專利摘要】本發明提供一種制造纖維的方法，該纖維顯示出改善了白度和軟/粗接觸感覺以及經太陽光線輻射后顯示出優異的、永久性的積熱和保溫效果。該纖維本體的橫截面為具有一個開口的圓環形，由主要包括二甲基對苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的,該方法的特征在于向該聚酯中添加至少兩種混合的、在遠紅外輻射波長范圍4-25微米內的光譜反射率不低于65％的陶瓷顆粒。
【專利說明】一種制備遠紅外輻射聚酯纖維的方法
[0001]本發明涉及制造一種經陽光輻射后顯示出優異的積熱效果和優異的保溫效果的聚酯纖維的方法，和更具體地涉及制造一種基于二甲基對苯二甲酸和乙二醇的聚酯纖維的方法，該纖維顯示出改進了的白度和軟/粗接觸手感以及優異的、永久性的積熱和保溫效果，且能夠輻射出遠紅外射線。該聚酯纖維本體的橫截面為具有一個開口的圓環形，所述纖維是通過在聚合物中均勻共混一種在遠紅外輻射范圍內(波長4-25微米)具有不低于65%的光譜反射率的陶瓷顆粒而制造的。
[0002]陶瓷顆粒從太陽光線中吸收可見光和近紅外線(顯示出優異的熱效率)，將所吸收的射線轉化成遠紅外線，然后輻射出遠紅外射線。當輻射出的遠紅外射線所具有的頻率大致等于陶瓷顆粒內所確定的固有振動系統的頻率時，會發生共振現象，使得振動系統的振幅增大。依靠這樣一種共振現象，從陶瓷顆粒產生熱能。在纖維與這樣一種陶瓷顆粒共混的情況下，熱能會升高該纖維的溫度。陶瓷顆粒還具有反射從人體發射的8-12微米的遠紅外射線的功能，從而保持體熱。在這方面，長纖維和短纖維用于運動服、便服和用作無紡織物的襯墊。
[0003]通常，實際上已知使用共混了碳化鋯顆粒的積熱和保溫纖維。此類纖維公開于EP302141A。然而，很難將該類纖維用于要求白度的應用和要求染色的應用。這是因為這類纖維不盡人意地具有深灰色。
[0004]為了提高此類纖維的白度，還有人建議使用色彩調整劑。例如，使用共軛紡絲方式制造纖維的方法是已知的，其中著色劑摻入纖維芯中。另一種有關大量添加白色顏料如氧化鈦的方法也是已知的。盡管這些方法可用來制造共混了碳化鋯顆粒的積熱和保溫纖維，然而，它們導致積熱和保溫效果的下降，同時不能充分提高白度。
[0005]在日本特開平3-69675中，公開了使用陶瓷顆粒制造6旦尼爾的短纖維的方法。在這一方法中，根據高濃度染色配料工藝，陶瓷如氧化鋯、氧化硅或氧化鋁的顆粒與聚酯按使得總顆粒含量為40重量％的比例進行混合，從而形成切片。該切片與常規的聚酯切片一起混合紡絲，制造6旦尼爾的短絲。根據這一方法，能獲得良好的白度。但是，顆粒在纖維中的分散較差，因為共混的陶瓷顆粒的量大。此外，纖維感覺很粗糙，因為共混入的顆粒具有很高的硬度。結果，很難使用這一方法得到的纖維制造服裝。
[0006]為解決上述問題進行執著研究的結果，我們發現通過向該纖維材料添加遠紅外輻射陶瓷顆粒能夠制造一種顯示出改善了的白度和軟接觸感覺的以及經過太陽光線輻射后顯示出優異的、永久性的積熱和保溫效果的纖維。基于這一事實完成了本發明。
[0007]因此，本發明的目的是提供一種制造纖維的方法，該纖維顯示出改善了白度和軟/粗接觸感覺以及經太陽光線輻射后顯示出優異的、永久性的積熱和保溫效果。
[0008]根據本發明，通過提供一種制造遠紅外輻射纖維的方法來實現這一目的，該纖維是由主要包括二甲基對苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的，該方法的特征在于向該聚酯中添加至少兩種混合的、在遠紅外輻射波長范圍(4-25微米)內的光譜反射率不低于65%的遠紅外輻射陶瓷顆粒，且該纖維本體的橫截面為具有一個開口的圓環形。
[0009]遠紅外親水聚酯的橫截面為具有一個開口的圓環形即C字形，有導通水分功能，可大大提高聚酯的親水性能。優選地，所述的圓環形的內徑Rl與外徑R2之比為1: 5-I: 3。
[0010]更優選地，所述的圓環形的內徑Rl與外徑R2之比為1: 4。
[0011]遠紅外輻射陶瓷顆粒選自Zr02、ZrSi04、Si02和Ti02，它們全部具有0.001-1.0微米的粒徑分布和不高于0.02微米的平均粒徑。
[0012]在使用二甲基對苯二甲酸和乙二醇的縮聚工藝制造用于纖維的聚酯時，需要提供一種在聚合物中均勻共混陶瓷顆粒的復雜技術，該陶瓷顆粒在遠紅外輻射范圍(波長4-25微米)內具有不低于65%的光譜反射率。通常使用的遠紅外輻射陶瓷顆粒包括Zr02、A1203、BaS04、Si02、Ti02、Mn02、Fe203、CoO、CuO, ZrC, MgO, Cr203、ZrSi04、K20、SiC、ZrN等。它們具有不同的化學和物理性質以及不同的遠紅外輻射范圍。在幾個對比試驗之后，本發明人發現在實施本發明時Zr02、Si02、Ti02和ZrSi04是優選的。Zr02和Ti02顯示出優異的遠紅外輻射特性和提供良好的纖維色澤，即良好的白度。另一方面，Si02和ZrSi04顯示出紫外屏蔽效果以及優異的遠紅外輻射特性。
[0013]優選地，根據本發明使用的陶瓷顆粒具有0.001-1.0微米的粒徑分布和不高于
0.02微米的平均粒徑。十分重要的是，在使用乙二醇形成淤漿的工藝中和在被共混入聚合物的工藝中陶瓷顆粒不應發生任何聚結作用。當陶瓷顆粒的粒徑分布低于0.001微米時，可能易發生聚結。另一方面，陶瓷顆粒的粒徑分布高于1.0微米時，產生不盡人意的纖維接觸手感和差的纖維加工性。
[0014]為了獲得陶瓷顆粒的改進分散性，制得一種含有乙二醇(作為溶劑，用量不低于80% )和陶瓷顆粒(用量為10.0-20.0重量％ )的淤漿。在淤漿形成步驟中陶瓷顆粒與溶劑的混合物在不低于2，500RPM的`轉速下攪拌。為了過濾掉較大粒徑的顆粒和外來物質，分別在各移動容器中安裝2微米、5微米和10微米的過濾器。
[0015]然后淤漿即陶瓷顆粒溶液(其中陶瓷顆粒完全分散)經加料管加入到反應管中，將陶瓷顆粒分散在聚合物中。在加料過程中，根據加料管的形狀和長度，陶瓷顆粒可能沉積在加料管中。在這方面，根據本發明，該加料管經結構設計后具有直線形狀(如果可能話)，讓溶液向下流動且具有不多于10米的長度。
[0016]考慮到積熱和保溫效果和纖維接觸感覺，摻入聚合物的陶瓷顆粒的含量優選為
1.0-6.0重量％，欲摻入聚合物中的陶瓷顆粒以包括Zr02 + Ti02、Zr02 + Τ?02 + Si02和ZrSi04 + Τ?02的混合物形式添加進去。根據陶瓷顆粒在聚合物中的分散性、纖維加工性、纖維升溫效果和纖維接觸感覺來說，該混合物中各組分的混合比例也是十分重要的。Zr02的優選含量為3-70%、ZrSi04的優選含量為30-70 %。優選地，Si02的含量為25-45 %。還優選Ti02的含量為25-45%。
[0017]由至少兩種陶瓷顆粒和乙二醇組成的陶瓷顆粒淤漿可以添加到酯交換反應管或可以添加到聚合反應管中。但是，考慮到陶瓷顆粒的物理特性，在防止顆粒聚結時有利的是在低溫下添加淤漿(如果可能的話)。根據本發明，當在酯交換反應中脫完甲醇之后反應管處在大約155-200°C時，將陶瓷顆粒淤漿添加進去。為了防止因過量添加乙二醇而反應管中發生任何問題，也適當地限定添加時間。優選的添加時間為10-15分鐘。所以，根據本發明制得了一種顯示出較好的陶瓷顆粒分散性和改善了白度的聚酯。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為遠紅外親水聚酯纖維截面示意圖。
[0019]參考下面的實施例和對比實施例，更易理解本發明，但是，這些實施例是為了說明本發明而不應認為是限定本發明的范圍。
[0020]實施例1
[0021]為了由二甲基對苯二甲酸和乙二醇的縮聚反應制備聚酯，先制得兩種遠紅外輻射陶瓷顆粒，即Zr02顆粒和Ti02顆粒，然后以58: 42的比例混合在一起。然后該陶瓷顆粒混合物與乙二醇混合，進而制得一種陶瓷顆粒的重量比為18重量％的淤漿。通過使用攪拌器在不低于2，500RPM的高轉速下連續攪拌所得混合物約兩小時以形成淤漿。通過這一攪拌作用，陶瓷顆粒均勻地分散于淤漿中。
[0022]Zr02和Ti02顆粒的粒徑分布為0.001-0.6微米。然后將陶瓷顆粒淤漿添加到上面制備的聚酯中，使陶瓷顆粒的含量占聚合物重量的4.5%。當在酯交換反應脫完甲醇之后反應管處在溫度175°C下時，以低速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿的添加持續約15分鐘。作為酯交換反應的催化劑，500ppm Mn (OAc) 2和300ppm Sb203也被添加到反應管中。對于這一酯交換反應，反應完成溫度是290°C。同樣，反應時間大約是3小時和10分鐘。如此制得了聚酯切片。
[0023]聚酯切片然后經過干燥后具有不高于40ppm的濕含量。在紡絲溫度270_285°C下、在紡絲速度1，850米/分鐘下，從干燥的聚酯切片紡出未拉伸的紗。之后，紡出的紗以大約
2.7的拉伸比進行拉伸，從而制造出具有75旦尼爾的細度的FY75/36長絲。使用這一長絲，制造滑雪服。評價纖維原材料和最終纖維產品的物理性能。對纖維原材料，評價陶瓷顆粒在聚合物中的分散性(摻混程度)。對最終產品即滑雪服，評價織物接觸感覺和積熱和保溫效果。通過電子顯微鏡觀察放大幾千倍的、等離子體處理過的樣品，來評價陶瓷顆粒在聚合物中的分散性。以加工工廠的數據為基礎，評價紡絲和拉伸加工性。通過用肉眼觀察或通過使用配色機評價纖維白度。使用熱圖像測量器具評價積熱和保溫效果。根據穿著性和柔軟性評價織物接觸感覺。評價結果記述在表I中。
[0024]使用聚酯切片，將1.2旦尼爾X38毫米原棉制成短纖維。將這一短纖維紡織，制造供夾克用的TlOO機紡織物。在使用機紡織物制造服裝之后，評價其物理性能。按照與滑雪服相同的方式進行評價。評價結果記述在表I中。
[0025]實施例2
[0026]使用兩種以比例58: 42混合在一起的遠紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrSi04顆粒和Ti02顆粒，按照與實施例1中相同的方式制得淤漿。在這種情況下，將陶瓷顆粒以18重量％的濃度摻混到乙二醇中。對于ZrSi04和Ti02顆粒，使用粒徑分布為0.01-1.0微米的顆粒。
[0027]實施例3
[0028]使用三種以比例30: 40: 30混合在一起的遠紅外輻射陶瓷顆粒，即Zr02顆粒、Ti02顆粒和Si02顆粒，按照與在實施例1中相同的方式制得淤漿。在這種情況下，將陶瓷顆粒以18重量％的濃度摻混在乙二醇中。對于Zr02和Ti02顆粒，使用粒徑分布為0.005-1微米的顆粒。
[0029]對比實施例1[0030]使用兩種以比例50: 50混合在一起的遠紅外輻射陶瓷顆粒，即Zr02顆粒和Ti02顆粒，按照與在實施例1中相同的方式制得淤漿。然后將陶瓷顆粒淤漿添加到包含在反應管中的聚合物中，使得陶瓷顆粒的含量占聚合物重量的7.3重量％。當恰好在酯交換反應的初始聚合反應開始之前、該反應管處在溫度232°C下時，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續添加大約15分鐘。
[0031]對比實施例2
[0032]使用兩種以比例70: 30混合在一起的遠紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrSi04顆粒和Τ?02顆粒，按照與在實施例2中相同的方式制得淤漿。然后將該陶瓷顆粒淤漿添加到包含在反應管中的聚合物中。使得陶瓷顆粒的含量占聚合物的7.3重量％。當恰好在酯交換反應的初始聚合反應開始之前、該反應管處在溫度232°C下時，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續添加大約15分鐘。
[0033]對比實施例3
[0034]使用三種以比例30: 50: 20混合在一起的遠紅外輻射陶瓷顆粒即Zr02顆粒、Ti02顆粒和Si02顆粒，按照與在實施例1中相同的方式制得淤漿。然后將陶瓷顆粒淤漿添加到包含在反應管中的聚合物中，使得陶瓷顆粒的含量占聚合物重量的7.3重量％。當恰好在酯交換反應的初始聚合反應開始之前、該反應管處在溫度232°C下時，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續添加大約15分鐘。
[0035]
【權利要求】
1.一種制造遠紅外輻射纖維的方法，該纖維本體的橫截面為具有一個開口的圓環形，由主要包括二甲基對苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的，該方法的特征在于向該聚酯中添加至少兩種混合的、在遠紅外輻射波長范圍4-25微米內的光譜反射率不低于65%的陶瓷顆粒。
2.根據權利要求1的方法，其中遠紅外輻射陶瓷顆粒選自Zr02、ZrSi04、Si02和Ti02，它們全部具有0.001-1.0微米的粒徑分布和0.02微米的平均粒徑。
3.根據權利要求1的方法，其中遠紅外輻射陶瓷顆粒包括Zr02和Ti02。
4.根據權利要求1的方法，其中遠紅外輻射陶瓷顆粒包括Zr02、Τ?02和Si02。
5.根據權利要求1的方法，其中遠紅外輻射陶瓷顆粒包括ZrSi04和Ti02。
6.根據權利要求1的方法，其中遠紅外輻射陶瓷顆粒在聚酯中的含量占聚酯重量的1.0-6.0 重量％。
7.根據權利要求1的方法，所述圓環形的內徑Rl與外徑R2之比為1: 5-1: 3。
8.根據權利要求7 所述的方法，其特征在于，所述的圓環形的內徑Rl與外徑R2之比為I: 4。
【文檔編號】D01F6/92GK103451765SQ201310355817
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】徐醒我, 關樂, 趙滿才 申請人:蘇州龍杰特種纖維股份有限公司