專利名稱：含有空心球形微粒的合成纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有空心球形微粒的合成纖維。更確切地說，本發(fā)明涉及一種合成纖維，其特征在于由于其中含有空心微粒而使其重量較輕，并且根據(jù)構(gòu)成空心球的物質(zhì)的不同而具有不同的功能。
背景技術(shù)：
隨著纖維技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)出的功能性合成纖維具有多種性能，具有如發(fā)射遠(yuǎn)紅外線、抗菌活性、抗靜電功能、防紫外線、磁性、除臭功能、電磁波屏蔽性能等對人類有益的性能。特別是，具有上述某些性能的合成纖維已經(jīng)成功地生產(chǎn)出來，并且目前在市場上可以購買到。
為了獲得具有上述性能的纖維，目前已經(jīng)披露了多種方法，在這些方法中引入了一種能夠?qū)⑺璧男阅芴峁┙o纖維的無機顆粒物。然而，用上述方法制備纖維時，其制備過程存在很多問題。而且制備出的纖維可能性能較差。此外，由于具有較大比重的無機顆粒物被加入到纖維中，使得纖維的比重也隨之增加。因此，用這種纖維制成的衣物穿著時有厚重感。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個方面在于解決相關(guān)技術(shù)中遇到的問題，并提供一種低比重、多功能的纖維。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種有多種用途的功能性纖維，其可以很容易地應(yīng)用到通常使用纖維的應(yīng)用范圍中。


本發(fā)明的上述內(nèi)容和其它方面的內(nèi)容，以及本發(fā)明的特征和其它優(yōu)點，可以通過結(jié)合附圖所進行的詳細(xì)描述，而得到更為清晰的理解，在附圖中圖1是粒度均勻的聚苯乙烯微球的放大照片；圖2是空心二氧化硅球的放大照片；以及圖3是示出了各個空心二氧化硅球的內(nèi)部空腔的放大照片。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，合成纖維中包含有由無機物或有機物形成的空心球。
在使用無機顆粒物制備合成纖維時，由于無機顆粒物的比重遠(yuǎn)高于纖維合成時所使用的樹脂，因此纖維的比重隨著所使用的無機物的量的增加而成比例增加。
因此，為了解決有關(guān)纖維比重高的問題，本發(fā)明使用了空心球形微粒。就這一點而論，所使用的空心球微粒的表觀比重應(yīng)小于或等于0.5，使得纖維的比重得到有效降低。如果空心球形微粒的表觀比重超過0.5，空心球過量使用，將對纖維的物理性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
而且，空心球具有多種用途，在這些用途中，空心球主要用于降低最終產(chǎn)品的重量，并浸漬有效成分，這都?xì)w因于空心球的內(nèi)部空腔。另外，空心球已經(jīng)應(yīng)用于油漆、塑料、橡膠、合成木材、化妝品、耐火材料、農(nóng)用化學(xué)品浸漬劑等等。市場上可購買到的有代表性的無機空心球的例子有二氧化硅、氧化鋁和粉煤灰，其中，空心球的粒度、形狀和粒度分布取決于它的用途和價格。
就粒度而言，如果在紡絲過程中使用較大粒度的物質(zhì)，則紡絲組件可能會被堵塞或纖維有可能會斷絲，從而無法正常地紡出想要的紗線。而且，所生產(chǎn)出來的合成纖維表面粗糙，并且強度低。使得纖維本身的物理性能變差。
因此，隨著空心球粒度的減小，纖維的性能將得到改善，或者其制備過程也變得更加容易。在這點上，用于衣物的約為小于等于1.5旦的纖維，其含有平均粒度為小于等于0.5μm，90％的粒度為小于等于1μm，且最大的粒度為小于等于2μm的微粒，這種纖維可以可靠地生產(chǎn)出來而適用于所預(yù)期的用途。不過，粒度的上限數(shù)值范圍并沒有嚴(yán)格的要求。特別是對于球形微粒來說，由于微粒間的結(jié)合力較低，即使粒度稍大，這些微粒也不會產(chǎn)生問題。另外，如果這些微粒具有較小的粒度，則很少出現(xiàn)制備問題。而且，可獲得具有優(yōu)異性能的纖維。
目前在市場上可購買到的空心球中，存在有很多無法滿足上述粒度要求的空心球。這是因為，這些可購買到的顆粒物最初并不是打算用在纖維上的。
如上述由本申請的發(fā)明人大量研究得到的粒度也包括不規(guī)則形狀的微粒及其粒度分布。如果空心球具有幾乎一樣的粒度，并接近理想的球形，則微粒間不存在結(jié)合力。因此，即便空心球的平均粒度在1μm左右，在制備過程中也不會出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。
同樣地，由聚苯乙烯制成的有機空心球也可以在市場中購買到。此外，在美國專利第4,427,836號和韓國專利第80123號中披露了一種制備有機空心球的方法。由于內(nèi)部空腔和包裹該空腔的聚合物外殼之間的折射率不同，通過將進入的光線散射掉，有機空心球可用于增加纖維的掩蔽效應(yīng)和白度。
為了獲得除減輕纖維重量以外的其他功能，還提出了將固體球形的、具有所需功能的第二物質(zhì)粉末與包括空心球的第一物質(zhì)一起使用的方法。然而，上述方法的缺點在于，用來減少纖維比重的第一物質(zhì)空心球和具有其他功能的第二物質(zhì)粉末是被分別加入的，從而使總的添加量增高，這將對纖維的制備過程起負(fù)面影響。而且，纖維本身的物理性能也會變差。因此，雖然上述方法實際上可行，但并不適用。
此外，還提出了通過使用具有所需功能的物質(zhì)來直接制備空心球的方法。例如，導(dǎo)電粉末被用來合成空心球。如果得以實現(xiàn)的話，含有這種合成空心球的合成纖維將在輕質(zhì)和優(yōu)異的抗靜電功能方面具有優(yōu)勢。
另外，具有理想粒度的空心球可以通過多種方法制得。例如，在本發(fā)明中，有機聚合物的微球被用作制備微型粒子的中間體。通過有機合成的方法，可制備出精細(xì)的有機聚合物的球形微粒，在這些球形微粒上薄薄地覆蓋上所要的物質(zhì)，之后僅僅將其內(nèi)部的有機聚合物除去。由此，外部所覆蓋的殼層得以保留，從而獲得了所要的空心球。在這種情形下，內(nèi)部的有機聚合物可以通過燃燒或?qū)⑵淙芙獾接袡C溶劑中而去除。
可選地，覆蓋有所需的功能物質(zhì)的空心球可原樣使用。
關(guān)于纖維的制備方法，除了通常所用的合成纖維紡絲法以外，還可采用氣流擠出法。
根據(jù)下述實施例的闡述，會對本發(fā)明有更好的理解，其中，所列出的實施例是為了對本發(fā)明進行說明，而不是對其進行限定。
實施例1從市場上可購買到的表觀比重為0.15g/cc、平均粒度為2μm、含98％的SiO2的空心二氧化硅球中分離出較小粒度的二氧化硅球，所分離出來的二氧化硅球的表觀比重為0.18g/cc，平均粒度為0.65μm，90％的粒度為1.3μm，且最大粒度為2.2μm。
將這樣分離出來的空心球與聚丙烯樹脂一起進行母料制備過程，制備出含有10wt％空心二氧化硅球的聚丙烯母料片(粒)，該聚丙烯母料片接著與聚丙烯樹脂進一步混合，并進行合成纖維的紡絲過程，從而制備出了1.2旦、含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯紗線。
所制備出的纖維的相對密度為0.96，其中，相對密度的含義為用含有空心球的紗線的比重除以含有與空心球重量相等的淡英斑巖粉末(elvan powder)的紗線的比重所得到的值。
實施例2通過乳液聚合反應(yīng)，合成出粒度均勻的聚苯乙烯微球，并將微球與乳液分離(圖1)。然后，將TEOS(原硅酸四乙酯)水解，并覆蓋到微球上，然后使其干燥。將內(nèi)部的聚苯乙烯在二氯甲烷中溶解，從而獲得空心二氧化硅球(圖2)。該空心的二氧化硅球，其微粒具有均勻的粒度，直徑為1.0μm。為了確定這些二氧化硅微粒的形狀，將該微粒剖開，并進行觀察。從觀察結(jié)果可看到該二氧化硅為空心球形(圖3)。
將空心球進行與實施例1相同的過程，可以得到1.2旦、含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯紗線。其相對密度為0.94。
實施例3通過層層(LBL)吸附的方法，將粒度為20nm的超細(xì)SiO2微粒進行三次吸附，吸附到聚乳膠球形微粒上，制備出覆蓋有超細(xì)SiO2微粒的聚苯乙烯乳膠的精細(xì)微粒，然后通過熱處理將內(nèi)部的有機物除去。從而制備出直徑為0.6μm的空心二氧化硅球。
將空心球進行與實施例1相同的過程，可以得到1.2旦的含有1.5wt％空心二氧化硅球的聚丙烯紗線。其相對密度為0.96。
實施例4將實施例3中制得的空心二氧化硅球浸入硝酸銀溶液中，使得每個空心二氧化硅球都結(jié)合有組分銀，然后將這些空心二氧化硅球從溶液中取出，經(jīng)過干燥、灼燒，制備出含4wt％銀的SiO2空心球。
進行與實施例1相同的紡絲過程，可以得到1.2旦的含有1.5wt％的SiO2空心球的聚丙烯紗線，其中每個SiO2空心球中含有4wt％的銀。其相對密度為0.97。
為了確定紗線的抗菌活性，針對大腸桿菌進行了抗菌試驗。試驗結(jié)果表明，抗菌活性達到或超過99％。然而，實施例3所制備的紗線卻不具有抗菌活性。
實施例5將實施例3中獲得的SiO2空心球浸入SnCl4溶液中，與濾液分離后，進一步浸入SbCl3溶液中，用氨水中和、干燥，然后在600℃下熱處理1小時，從而制備出Sn∶Sb的重量比為8.8∶1及SiO2∶[(Sn+Sb)的氧化物]的重量比為3.2∶1的導(dǎo)電混合物。
將所制得的導(dǎo)電混合物進行與實施例1相同的紡絲過程，從而得到1.2旦的含1.5wt％導(dǎo)電混合物的聚丙烯紗線。其相對密度為0.97。
這種聚丙烯紗線的電阻率為1/10,000，低于實施例3所制備的紗線，因而具有抗靜電功能。
實施例6將含有5wt％銀的沸石抗菌物質(zhì)(平均粒度為0.5μm，其中的90％粒度為1.0μm，且最大粒度為1.8μm)與實施例2中所用的空心二氧化硅球以重量比3∶1的比例混合。利用這樣獲得的混合物和普通聚酯片，制備出含有10％無機物的母料片，并將該母料片與普通聚酯片混合，然后經(jīng)過紡絲過程，制備出1.4旦的含2.0wt％無機物的紗線，其相對密度為0.97。通過抗菌試驗測試紗線的抗菌活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其抗菌性達到或超過99％。
實施例7將實施例3中所用的空心二氧化硅球與乙二醇混合成漿料，然后經(jīng)過聚酯片的聚合反應(yīng)過程，制備出含2wt％空心二氧化硅球的聚酯化合物片。將該聚酯化合物片進行紡絲過程，制備出1.2旦的含2.0wt％空心二氧化硅球的聚酯紗線。其相對密度為0.97。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，本發(fā)明提供了一種含空心球的合成纖維。這種合成纖維具有適用于制作衣物和被褥的物理性能，與普通纖維相比，其重量更輕。從而，被認(rèn)為是傳統(tǒng)的功能性纖維產(chǎn)品的最大弊端的穿著厚重感問題，可以很容易地得到解決。因此，功能性合成纖維可以獲得廣泛應(yīng)用。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實施例出于對本發(fā)明進行說明的目的已經(jīng)被披露，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道對本發(fā)明作出的各種不背離本發(fā)明的精神和范圍的可能的修改、附加及等同替換等均應(yīng)包含在通過本發(fā)明所附的權(quán)利要求披露的本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種合成纖維，包括空心球，所述空心球均由選自無機物、有機物、或兩者的組合物中的任意一種制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維，其中，所述空心球的表觀比重均小于或等于0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維，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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維，還包含功能性無機物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維，其中，所述空心球均覆蓋有功能性無機物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成纖維，其中，所述空心球均由功能性無機物制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一所述的合成纖維，其中，所述功能性無機物選自由遠(yuǎn)紅外線發(fā)射物質(zhì)、導(dǎo)電物質(zhì)、抗菌物質(zhì)、電磁波吸收物質(zhì)、防紫外線物質(zhì)、X-射線屏蔽物質(zhì)、防臭物質(zhì)、磁性物質(zhì)、和光學(xué)物質(zhì)組成的組。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種合成纖維，其含有空心球形微粒，每個微粒是由選自無機物、有機物、或兩者的組合物中的任一種所形成的。這種纖維具有低比重的優(yōu)點，從而有效地解決了日常的穿著問題。
文檔編號D01F1/10GK1625614SQ02828902
公開日2005年6月8日 申請日期2002年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者金元培, 金光培, 金胤成, 李建直, 全用鎮(zhèn), 鄭昌旭 申請人:石美秀