纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维及其制造方法技术

纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维及其制造方法，纤维含重量份纳米陶瓷粉１２～４５份、聚丙烯２５０～２７０份和聚乙烯蜡２～１８份，纤维单丝纤度０．５～１．５Ｄ，断裂强度大于２．５ｃＮ／ｄｔｅｘ，通过纳米陶瓷粉水相分散、预分散前驱体、复合母粒、复合切片和高速纺丝等步骤制成。所述纳米陶瓷粉成分为ＺｒＯ↓［２］或ＺｒＯ↓［２］与ＺｒＣ、ＴｉＯ↓［２］和Ａｇ↑［＋］抗菌剂中一种或几种。采用该纤维可制成各种多功能纺织品，如：运动休闲服饰、内衣、床上用品、衬衫、袜子及各种护具制品等，具有发射生物波光子能量、抗紫外线、抗菌、吸收和阻隔近红外线及排汗导湿等多种功能，从而赋予纺织品抗菌卫生、能量保健、隔热防晒、蓄热保温、干爽舒适等多种功用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多功能纤维及其制造方法，尤其涉及一种与应用，属于纺织新材料
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技术介绍
纳米陶瓷材料是指晶粒尺寸在1～100nm之间、化学成分属于无机非金属的纳米材料，纳米陶瓷粉是一种最基本的纳米陶瓷材料。将具有特殊性能的纳米陶瓷粉与其它聚合物材料进行复合、掺杂而制成的纳米陶瓷复合功能纤维，不仅具有普通纤维所具有的常规特性，更具有纳米陶瓷材料所具有的特殊功能特性。目前，理论上制造纳米陶瓷复合功能纤维的方法主要有三种途径(1)涂覆法，是在纤维表面涂覆含有纳米陶瓷粉的粘合剂，这种方法最明显的缺点是无法保证纳米陶瓷粉在纤维表面的附着性和稳定性，尤其是纤维制品的舒适性和多次水洗耐久效果。(2)复合纤维母料法，是将纳米陶瓷粉与有机聚合物共混形成复合纤维母料，再按一定比例将其与纺丝原料混合纺丝，该方法工艺、技术和纤维质量可操作性良好，关键是如何保证有效地将纳米陶瓷粉以纳米粒子状态均匀分散在母料中，技术上有较大的难度，目前尚未发现具体有效的方法。(3)合成纤维母料法，是在纳米粉体存在下进行纤维原料的原位合成、形成包覆有纳米粒子的纤维大分子，构成纳米复合纤维母料，再以同(2)的方法纺丝，该方法的关键是合成纤维母料的技术、工艺和设备要求都非常复杂和困难，成本相对也很高，另外就是在取得纤维特殊功能同时又不失去纤维质感和手感等问题，目前也未见理想的解决方法。在合成纤维中添加具有特定功能的非纳米级普通陶瓷粉体，从而赋予纤维及其纺织品相应功能的应用技术已经很多。如中国专利公开号为CN1123849A中公开一种功能纤维，是在成纤聚合物中添加某些具有特殊热效应、磁效应和红外辐射等功能性物质的至少两种，颗粒直径为0.05~2μm，用常规纺丝方法和条件制成，其织物具有保健功能。中国专利技术专利公开号CN276445公开一种多功能纤维及制作方法，具有抗菌、抗紫外线和远红外多功能，其添加功能成分为多种氧化物陶瓷粉的混合物，粒径小于3μm。这些功能纤维大多是采用了多组分、复杂的原料配方，由于不是采用纳米材料，粉体颗粒较大，纤维难以做到很细，因此纤维功能性及纤维纺织品的质感、手感和舒适性都有明显的局限。添加纳米级陶瓷粉体，从而赋予纤维及其纺织品相应功能的应用技术有少量公开报道。如中国专利技术专利ZL200310118478.6公开一种抗紫外线-抗可见光-抗近红外线的特种功能纤维，该纤维中添加小于80nm的纳米α-Fe粉和云母粉；中国专利技术专利ZL200310122001.5中公开一种纳米蓄热升温全波段红外纤维组合物，通过升温来促进使用者血液循环作用，起蓄热增暖及保健作用，采用功能原料为10~100nm的高岭土和ZrC。这些专利技术的特征是纤维功能相对单一、功能配方中均采用了矿物原料，但纳米矿物原料的获得实际尚无经济有效的办法，即使通过特殊方法获得，这些无机的纳米颗粒表面活性高，极易在空气中团聚形成非纳米级的大颗粒，因此用普通的干法粉碎或表面处理分散技术，很难将团聚的大颗粒有效分散并稳定，更难以将其在纤维有机聚合物载体中呈均匀纳米分散，从而严重影响了其功能性发挥以及纤维的可纺性。细旦丙纶纤维是最近十多年才发展起来的新技术产品，它具有原料来源丰富、成本低、质轻(比重小)、保暖(热导率低)、疏水性(非极性)、强力高、抗化学腐蚀、卫生性好等许多独特的物理和化学性能，尤其是它是唯一批量应用的疏水性纤维，具有独特的毛细管“芯吸效应”，纤维越细，效果越显著，一般将单丝纤度小于1.5D的聚丙烯纤维称为细旦丙纶，制成贴身服装，可发挥理想的排湿、导汗作用。目前，普通细旦丙纶技术已有大量应用，但多功能的细旦丙纶尚无成熟可靠应用技术，其困难在于细旦纤维截面很小，一般直径在十几微米以下，因此要求添加功能材料的细度，尤其是颗粒分散度也必须很小，否则难以保证纤维的常规性能、功能成分添加量及功能性，特别是纤维可纺性和后加工难以满足大批量生产要求。中国专利技术专利公开号CN1310250A虽然公开一种远红外细旦丙纶长丝的生产方法，是将远红外陶瓷粉母粒与聚丙烯切片改性造粒制成切片，采用高速纺生产1~2.5dtex(1D≈1.1dtex)细旦丙纶长丝，但该方法仅提供纤维纺丝生产方法，而且所采用母粒的陶瓷微粉粒径为0.3~1.2μm，非纳米陶瓷材料，远大于纳米材料小于100nm(0.1μm)的纳米尺度要求；该生产方法中对主要影响功能纤维性能的陶瓷粉含量及其分散情况，均未提出具体措施和说明，因此，如何实施添加足够量陶瓷粉以满足纤维功能性要求，并保证纤维可纺性，以及避免纤维表面因大颗粒存在对织造设备产生磨损等问题，均存在严重技术局限和不确定因素。综上所述，如何发现具有多重功效、成份简单且易于控制的纳米陶瓷功能材料，采用经济有效的纳米陶瓷分散方法，将纳米陶瓷粒子均匀地分散到适当的纤维聚合物中，制成一种纳米复合多功能纤维，从而赋予纤维纺织品卫生、保健、防护、干爽和舒适等多功能特性，目前尚无理想的可行技术和相应产品。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术的目的在于提供一种，通过该方法制备的纤维功能成分简单、多样并可调，陶瓷粉体粒子均匀、高效纳米分散并与纤维聚合物有机复合，能有效保证纳米陶瓷复合功能纤维的可纺性、细旦化和功能多样化。本专利技术的技术方案如下一种纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维，其特征在于该纤维含有下列原料组分纳米陶瓷粉12～45重量份聚丙烯250～270重量份聚乙烯蜡 2～18重量份； 所述纳米陶瓷粉成分为ZrO2，或ZrO2与ZrC、TiO2和Ag+抗菌剂中一种或几种的混合，其中ZrO2不小于10重量份；将上述纳米陶瓷粉经水相分散，制成纳米分散水溶胶态陶瓷浆料，然后再与聚乙烯蜡、聚丙烯和溶剂油混合，形成水、油两相混合体系，经化学反应后，产物烘干成为干燥的纳米陶瓷预分散前驱体；将纳米陶瓷预分散前驱体经复合母粒制备、复合切片制备和纺丝后，形成纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维。本专利技术的技术特征还在于所述的纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维的单丝纤度0.5～1.5D，纤维断裂强度大于2.5cN/dtex；所采用的纳米陶瓷粉的粒径及其在复合母粒和复合细旦丙纶多功能纤维中的分散度小于100nm。本专利技术提供了一种上述纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)纳米陶瓷粉水相分散将10～45重量份的纳米陶瓷粉、阴离子表面活性剂和水，在常温下经球磨或砂磨制成浓度为5～30wt％的纳米分散水溶胶态陶瓷浆料；所述的阴离子表面活性剂用量为纳米陶瓷重量的2～6wt％；2)纳米陶瓷预分散前驱体制备在水中添加2～18重量份聚乙烯蜡、0～80重量份粉状聚丙烯和溶剂油搅拌，60～95℃下水中形成含蜡油相体系；将步骤1)中的纳米分散水溶胶态陶瓷浆料加入到含蜡油相体系中，经搅拌，形成水、油两相混合体系；然后添加阳离子表面活性剂，经化学反应后形成的产物烘干，获得纳米陶瓷预分散前驱体；所述的阳离子表面活性剂、溶剂油和水的用量按纳米陶瓷粉重量计，分别为2～6wt％、30～80wt％和4～20倍；3)纳米陶瓷复合纤维母粒制备将步骤2)所得的纳米陶瓷预分散前驱体在180～220℃下经过螺杆挤出机熔融、捏合、挤出，制成纳米陶瓷复合聚丙烯母粒；4)纳米陶瓷复合纤维切片制备将步骤3)中得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维，其特征在于：该纤维含有下列原料组分：纳米陶瓷粉：１２～４５重量份聚丙烯：２５０～２７０重量份聚乙烯蜡：２～１８重量份；所述纳米陶瓷粉成分为ＺｒＯ↓［２］，或ＺｒＯ↓［２］与 ＺｒＣ、ＴｉＯ↓［２］和Ａｇ↑［＋］抗菌剂中一种或几种的混合，其中ＺｒＯ↓［２］不小于１０重量份；将上述纳米陶瓷粉经水相分散，制成纳米分散水溶胶态陶瓷浆料，然后再与聚乙烯蜡、聚丙烯和溶剂油混合，形成水、油两相混合体系，经化学反应后， 产物烘干成为干燥的纳米陶瓷预分散前驱体；将纳米陶瓷预分散前驱体经复合母粒制备、复合切片制备和纺丝后，形成纳米陶瓷复合细旦丙纶多功能纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴进前，
申请(专利权)人：吴进前，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]