專利名稱：遠(yuǎn)紅外輻射聚酯纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造一種經(jīng)陽光輻射后顯示出優(yōu)異的積熱效果和優(yōu)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(duì)苯二甲酸和乙二醇的聚酯纖維的方法，該纖維顯示出改進(jìn)了的白度和軟/粗接觸手感以及優(yōu)異的、永久性的積熱和保溫效果，且能夠輻射出遠(yuǎn)紅外射線。該聚酯纖維是通過在聚合物中均勻共混一種在遠(yuǎn)紅外輻射范圍內(nèi)(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。
陶瓷顆粒從太陽光線中吸收可見光和近紅外線(顯示出優(yōu)異的熱效率)，將所吸收的射線轉(zhuǎn)化成遠(yuǎn)紅外線，然后輻射出遠(yuǎn)紅外射線。當(dāng)輻射出的遠(yuǎn)紅外射線所具有的頻率大致等于陶瓷顆粒內(nèi)所確定的固有振動(dòng)系統(tǒng)的頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，使得振動(dòng)系統(tǒng)的振幅增大。依靠這樣一種共振現(xiàn)象，從陶瓷顆粒產(chǎn)生熱能。在纖維與這樣一種陶瓷顆粒共混的情況下，熱能會(huì)升高該纖維的溫度。陶瓷顆粒還具有反射從人體發(fā)射的8-12微米的遠(yuǎn)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(yùn)動(dòng)服、便服和用作無紡織物的襯墊。
通常，實(shí)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(yīng)用和要求染色的應(yīng)用。這是因?yàn)檫@類纖維不盡人意地具有深灰色。
為了提高此類纖維的白度，還有人建議使用色彩調(diào)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(guān)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(dǎo)致積熱和保溫效果的下降，同時(shí)不能充分提高白度。
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(jù)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(jìn)行混合，從而形成切片。該切片與常規(guī)的聚酯切片一起混合紡絲，制造6旦尼爾的短絲。根據(jù)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?yàn)楣不斓奶沾深w粒的量大。此外，纖維感覺很粗糙，因?yàn)楣不烊氲念w粒具有很高的硬度。結(jié)果，很難使用這一方法得到的纖維制造服裝。
為解決上述問題進(jìn)行執(zhí)著研究的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)通過向該纖維材料添加遠(yuǎn)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(jīng)過太陽光線輻射后顯示出優(yōu)異的、永久性的積熱和保溫效果的纖維。基于這一事實(shí)完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)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(jīng)太陽光線輻射后顯示出優(yōu)異的、永久性的積熱和保溫效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種制造遠(yuǎn)紅外輻射纖維的方法來實(shí)現(xiàn)這一目的，該纖維是由主要包括二甲基對(duì)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(yuǎn)紅外輻射波長范圍(4-25微米)內(nèi)的光譜反射率不低于65％的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒。
遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒選自ZrO2、ZrSiO4、SiO2和TiO2，它們?nèi)烤哂?.001-1.0微米的粒徑分布和不高于0.02微米的平均粒徑。
在使用二甲基對(duì)苯二甲酸和乙二醇的縮聚工藝制造用于纖維的聚酯時(shí)，需要提供一種在聚合物中均勻共混陶瓷顆粒的復(fù)雜技術(shù)，該陶瓷顆粒在遠(yuǎn)紅外輻射范圍(波長4-25微米)內(nèi)具有不低于65％的光譜反射率。
通常使用的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒包括ZrO2、Al2O3、BaSO4、SiO2、TiO2、MnO2、Fe2O3、CoO、CuO、ZrC、MgO、Cr2O3、ZrSiO4、K2O、SiC、ZrN等。它們具有不同的化學(xué)和物理性質(zhì)以及不同的遠(yuǎn)紅外輻射范圍。在幾個(gè)對(duì)比試驗(yàn)之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在實(shí)施本發(fā)明時(shí)ZrO2、SiO2、TiO2和ZrSiO4是優(yōu)選的。ZrO2和TiO2顯示出優(yōu)異的遠(yuǎn)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，SiO2和ZrSiO4顯示出紫外屏蔽效果以及優(yōu)異的遠(yuǎn)紅外輻射特性。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)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(yīng)發(fā)生任何聚結(jié)作用。當(dāng)陶瓷顆粒的粒徑分布低于0.001微米時(shí)，可能易發(fā)生聚結(jié)。另一方面，陶瓷顆粒的粒徑分布高于1.0微米時(shí)，產(chǎn)生不盡人意的纖維接觸手感和差的纖維加工性。
為了獲得陶瓷顆粒的改進(jìn)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(zhuǎn)速下攪拌。為了過濾掉較大粒徑的顆粒和外來物質(zhì)，分別在各移動(dòng)容器中安裝2微米、5微米和10微米的過濾器。
然后淤漿即陶瓷顆粒溶液(其中陶瓷顆粒完全分散)經(jīng)加料管加入到反應(yīng)管中，將陶瓷顆粒分散在聚合物中。在加料過程中，根據(jù)加料管的形狀和長度，陶瓷顆?？赡艹练e在加料管中。在這方面，根據(jù)本發(fā)明，該加料管經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后具有直線形狀(如果可能話)，讓溶液向下流動(dòng)且具有不多于10米的長度。
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(yōu)選為1.0-6.0重量％，欲摻入聚合物中的陶瓷顆粒以包括ZrO2＋TiO2、ZrO2＋TiO2＋SiO2和ZrSiO4＋TiO2的混合物形式添加進(jìn)去。根據(jù)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。ZrO2的優(yōu)選含量為3-70％、ZrSiO4的優(yōu)選含量為30-70％。優(yōu)選地，SiO2的含量為25-45％。還優(yōu)選TiO2的含量為25-45％。
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(yīng)管或可以添加到聚合反應(yīng)管中。但是，考慮到陶瓷顆粒的物理特性，在防止顆粒聚結(jié)時(shí)有利的是在低溫下添加淤漿(如果可能的話)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在酯交換反應(yīng)中脫完甲醇之后反應(yīng)管處在大約155-200℃時(shí)，將陶瓷顆粒淤漿添加進(jìn)去。為了防止因過量添加乙二醇而反應(yīng)管中發(fā)生任何問題，也適當(dāng)?shù)叵薅ㄌ砑訒r(shí)間。優(yōu)選的添加時(shí)間為10-15分鐘。所以，根據(jù)本發(fā)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。
參考下面的實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例，更易理解本發(fā)明，但是，這些實(shí)施例是為了說明本發(fā)明而不應(yīng)認(rèn)為是限定本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1為了由二甲基對(duì)苯二甲酸和乙二醇的縮聚反應(yīng)制備聚酯，先制得兩種遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrO2顆粒和TiO2顆粒，然后以58∶42的比例混合在一起。然后該陶瓷顆?；旌衔锱c乙二醇混合，進(jìn)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(zhuǎn)速下連續(xù)攪拌所得混合物約兩小時(shí)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。
ZrO2和TiO2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(dāng)在酯交換反應(yīng)脫完甲醇之后反應(yīng)管處在溫度175℃下時(shí)，以低速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿的添加持續(xù)約15分鐘。作為酯交換反應(yīng)的催化劑，500ppm Mn(OAc)2和300ppm Sb2O3也被添加到反應(yīng)管中。對(duì)于這一酯交換反應(yīng)，反應(yīng)完成溫度是290℃。同樣，反應(yīng)時(shí)間大約是3小時(shí)和10分鐘。如此制得了聚酯切片。
聚酯切片然后經(jīng)過干燥后具有不高于40ppm的濕含量。在紡絲溫度270-285℃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(jìn)行拉伸，從而制造出具有75旦尼爾的細(xì)度的FY75/36長絲。使用這一長絲，制造滑雪服。評(píng)價(jià)纖維原材料和最終纖維產(chǎn)品的物理性能。對(duì)纖維原材料，評(píng)價(jià)陶瓷顆粒在聚合物中的分散性(摻混程度)。對(duì)最終產(chǎn)品即滑雪服，評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)陶瓷顆粒在聚合物中的分散性。以加工工廠的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)紡絲和拉伸加工性。通過用肉眼觀察或通過使用配色機(jī)評(píng)價(jià)纖維白度。使用熱圖像測(cè)量器具評(píng)價(jià)積熱和保溫效果。根據(jù)穿著性和柔軟性評(píng)價(jià)織物接觸感覺。評(píng)價(jià)結(jié)果記述在表1中。
使用聚酯切片，將1.2旦尼爾×38毫米原棉制成短纖維。將這一短纖維紡織，制造供夾克用的T100機(jī)紡織物。在使用機(jī)紡織物制造服裝之后，評(píng)價(jià)其物理性能。按照與滑雪服相同的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果記述在表1中。
實(shí)施例2使用兩種以比例58∶42混合在一起的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrSiO4顆粒和TiO2顆粒，按照與實(shí)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(duì)于ZrSiO4和TiO2顆粒，使用粒徑分布為0.01-1.0微米的顆粒。
實(shí)施例3使用三種以比例30∶40∶30混合在一起的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrO2顆粒、TiO2顆粒和SiO2顆粒，按照與在實(shí)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(duì)于ZrO2和TiO2顆粒，使用粒徑分布為0.005-1微米的顆粒。
對(duì)比實(shí)施例1使用兩種以比例50∶50混合在一起的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrO2顆粒和TiO2顆粒，按照與在實(shí)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(yīng)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(dāng)恰好在酯交換反應(yīng)的初始聚合反應(yīng)開始之前、該反應(yīng)管處在溫度232℃下時(shí)，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續(xù)添加大約15分鐘。
對(duì)比實(shí)施例2使用兩種以比例70∶30混合在一起的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒，即ZrSiO4顆粒和TiO2顆粒，按照與在實(shí)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(yīng)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(dāng)恰好在酯交換反應(yīng)的初始聚合反應(yīng)開始之前、該反應(yīng)管處在溫度232℃下時(shí)，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續(xù)添加大約15分鐘。
對(duì)比實(shí)施例3使用三種以比例30∶50∶20混合在一起的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒即ZrO2顆粒、TiO2顆粒和SiO2顆粒，按照與在實(shí)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(yīng)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(dāng)恰好在酯交換反應(yīng)的初始聚合反應(yīng)開始之前、該反應(yīng)管處在溫度232℃下時(shí)，以較低的速度添加陶瓷顆粒淤漿。陶瓷顆粒淤漿連續(xù)添加大約15分鐘。
表 I陶瓷顆粒 評(píng)價(jià)結(jié)果熱效果5)混合比 含量 粒度1)樣品 D2)W3)T4)外6)內(nèi)7)6℃ 8℃實(shí)施ZrO258％ 0.001- 滑雪服8)◎◎◎ 11例1 TiO242％4.5重量％0.6微米6℃ 7℃(外衣9)◎◎◎ 114℃ 5℃實(shí)施ZrSiO458％ 0.01- 滑雪服○○×11例2 TiO242％4.5重量％1.0微米4℃ 4.5℃外衣 ○○×113℃ 4℃實(shí)施ZrO230％ 0.005- 滑雪服○○○11例3 TiO240％4.5重量％1.0微米SiO230％3℃ 4℃外衣 ○○○11對(duì)比ZrO250％--0.001- 滑雪服○××例1 TiO250％7.3重量％0.6微米--外衣 ○××--對(duì)比ZrSiO470％ 0.0017 滑雪服× × ×例2 TiO230％7.3重量％1.0微米--外衣 × × ×--對(duì)比ZrO230％ 0.005- 滑雪服× × ×例3 TiO250％7.3重量％1.0微米SiO420％--外衣 × × ×
*粒徑1)粒徑分布D2)顆粒的分散性W3)紡絲和拉伸加工性T4)纖維接觸感覺熱效果5)積熱和保溫效果外6)服裝外部內(nèi)7)服裝內(nèi)部滑雪服8)長絲滑雪服外衣9)纖維外衣*根據(jù)升高的服裝溫度評(píng)價(jià)實(shí)施例1-3的服裝中所顯示出的積熱和保溫效果，與由常規(guī)的原紗或原棉制造的那些服裝相比較。
◎良好，○中等，×壞
權(quán)利要求
1.一種制造遠(yuǎn)紅外輻射纖維的方法，該纖維是由主要包括二甲基對(duì)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(yuǎn)紅外輻射波長范圍4-25微米內(nèi)的光譜反射率不低于65％的陶瓷顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒選自ZrO2、ZrSiO4、SiO2和TiO2，它們?nèi)烤哂?.001-1.0微米的粒徑分布和0.02微米的平均粒徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒包括ZrO2和TiO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒包括ZrO2、TiO2和SiO2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒包括ZrSiO4和TiO2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中遠(yuǎn)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％。
全文摘要
一種制造經(jīng)過陽光輻射后顯示出優(yōu)異的積熱和保濕效果的聚酯纖維的方法。該遠(yuǎn)紅外輻射聚酯纖維是由主要包括二甲基對(duì)苯二甲酸和乙二醇的聚酯制成的，且添加于在遠(yuǎn)紅外輻射波長范圍4-25微米內(nèi)光譜反射不低于65％的遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒。遠(yuǎn)紅外輻射陶瓷顆粒選自ZrO
文檔編號(hào)D01F1/10GK1140770SQ9610041
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1996年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月14日
發(fā)明者任大羽, 李昌喜, 金鼎烈, 曹智淑 申請(qǐng)人:第一合纖株式會(huì)社