专利名称：具有吸收红外线功能的纤维、其制法及纺织品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维材料，特别涉及一种具有吸收红外线功能的纤维材料。
背景技术：
一般的天然或合成纤维要达到较佳的保暖效果，通常需使用经纬密度高的织物或增加织物的厚度，但是这些方式会使得纺织成品的透气性变差且重量增加。另外，在纺织成品中还可以使用动物羽绒作为充填物，或使用人造的中空或多孔性纤维来制成纺织成品，以达到保暖且轻量化的效果。然而，此类纺织成品具有高蓬松性， 会造成使用者活动的不便。因此，业界亟需一种纤维材料，其可以使得纤维及其制成的纺织品具有保暖性，并同时具有轻量化以及避免纺织成品过度蓬松的特性，以克服上述缺点。目前已有人利用碳化锆粉体添加分散于纤维内的做法来制备纺织品，其吸收红外线的性能优异(红外线能量可转换为热能，导致纺织品温度上升，达到保暖效果)，但是因为其纺织品是深黑色且价格非常昂贵，导致应用受到了很大的限制。因此，研发浅色系和生产成本较低的吸收红外线功能纺织品，是目前的重点方向。氧化锌是一种半导体材料，其禁带宽度(energy gap)于室温下为3. 37eV,随着氧化锌粉体的尺寸减小，其禁带宽度会逐渐增加，为了提升其电气或光学性质，通常掺杂第 IIIA至VA族的元素。氧化锌或掺杂第IIIA至VA族元素的氧化锌通常应用在与半导体产业相关的产业上，例如导电材料、压电材料、气体探测器或太阳能电池等。
发明内容
本发明提供一种具有吸收红外线功能的纤维，此纤维包括纤维主体，以及添加分散于纤维主体的内部的具有吸收红外线功能的粉体。此外，本发明还提供一种具有吸收红外线功能的纺织品，其包括如上所述的具有吸收红外线功能的纤维。另外，本发明还提供一种具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，该方法包括提供具有吸收红外线功能的粉体，提供至少一单体与此粉体掺合，将单体聚合，形成至少一聚合物与此粉体掺合的复合材料，以及将复合材料以纺丝工程加工，形成具有吸收红外线功能的纤维，其中粉体添加分散于纤维的内部。本发明还提供另一种具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，该方法包括提供具有吸收红外线功能的粉体，提供至少一聚合物与此粉体混掺，形成聚合物与此粉体混掺的复合材料，以及将复合材料以纺丝工程加工，形成具有吸收红外线功能的纤维，其中粉体添加分散于纤维的内部。添加本发明的具有吸收红外线功能的粉体所制成的纺织品，其颜色改变相对于未添加粉体的纺织品而言，平均可见光反射率差异只有2%左右。此性能远优于添加碳化锆粉体的纺织品(具有吸收红外线功能)，其颜色改变非常明显，平均可见光反射率差异可以达到40%以上。
具体实施例方式本发明利用具有吸收红外线功能的粉体添加分散于纤维主体的内部，使得纤维具有吸收红外线的功能，并使得利用此纤维制成的纺织品也具有吸收红外线的功能，由此达到纺织品具有吸收红外线及保暖的功效，并同时保有纺织品轻量化的优点以及避免纺织品过度蓬松的缺点。在本发明的实施例中，具有吸收红外线功能的粉体可以是掺杂一种或一种以上第 IIIA族至第VA族的金属元素的金属氧化物粉体，或者为前述掺杂有第IIIA族至第VA族的金属元素的金属氧化物粉体的组合。在一实施例中，具有吸收红外线功能的粉体可为掺杂镓(Ga)、铝(Al)或镓和铝元素组合的氧化锌(aio)粉体，或者为前述掺杂不同元素的氧化锌粉体的组合。此具有掺杂元素的氧化锌粉体对于波长约在780nm以上的红外线具有吸收能力。氧化锌粉体的粒径可为约IOnm至200nm，优选地为小于lOOnm。在一实施例中，在具有掺杂元素的氧化锌粉体中， 掺杂元素的重量百分比约占锌和掺杂元素总重量的0. 1至20重量百分比(wt% )。在氧化锌粉体内掺杂镓(Ga)、铝(Al)的方法可为(1)将锌的硝酸盐或者硫酸盐与掺杂元素(包括镓、铝)的氯化物或硫酸盐配制成混合溶液，浓度为0. 5ml/L至5. 0ml/L，掺杂元素的添加摩尔量为锌和掺杂元素总摩尔量的 0. Imol %至 10. Omol % .(2)将步骤(1)中所配制的混合盐溶液和碳酸氢铵溶液一起滴加到水中，将过程保持在40°C，pH值控制在7. 0-7. 5，同时强烈搅拌，由此生成均勻掺杂的白色碱式碳酸锌沉淀物。(3)将上述沉淀物经过洗涤分离后烘干，所得的粉末在氢气和氩气的混合下烧结， 烧节温度400°C至700°C，时间30分钟至60分钟，烧结后即得到最终的掺杂镓、铝的氧化锌粉体。依据本发明的一实施例，可将一种或一种以上掺杂镓(( )、铝(Al)或镓和铝元素的组合的氧化锌(aio)粉体掺合在一种或一种以上的单体中，接着将单体聚合，形成聚合物与上述粉体的复合材料，然后利用纺丝工程将此复合材料加工，形成具有吸收红外线功能的纤维。在一实施例中，上述单体可以是己二酸/己二胺的组合、己内酰胺 (caprolactam)、乙二醇/对苯二甲酸的组合、乙烯及丙烯，其聚合而成的聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或前述的组合，所形成的纤维可为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或前述的组合，并且具有上述粉体添加分散在纤维内部，使得纤维具有吸收红外线的功能。依据本发明的另一实施例，可将一种或一种以上掺杂镓(Ga)、铝(Al)或镓和铝元素组合的氧化锌(SiO)粉体直接与一种或一种以上的聚合物混掺(blending)，形成聚合物与上述粉体的复合材料，然后利用纺丝工程将此复合材料加工，形成具有吸收红外线功能的纤维。在一实施例中，上述聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或它们的组合，所形成的纤维可为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或它们的组合，并且具有上述粉体混掺在纤维内部，使得纤维具有吸收红外线的功能。
在本发明的实施例中，在具有吸收红外线功能的纤维中，上述粉体约占纤维主体及粉体总重量的0. 1至10. 0重量百分比)。此外，上述具有吸收红外线功能的纤维还可以通过单体材料、聚合物材料或纤维材料的选择而具有其他功能，例如抗紫外线、抗菌、抗静电、阳离子可染、高氨价低温可染、 异形断面吸湿排汗或中空保暖等功能。在本发明的实施例中，上述具有吸收红外线功能的纤维可单独制成纺织品，或者与其他纤维混合制成纺织品。利用此纺织品制成的成品可吸收红外线，因此具有保暖的功效。以下列举各实施例与比较例说明本发明的具有吸收红外线功能的纤维及其纺织品的制造方法及其特性。实施例1将掺杂镓元素的氧化锌粉体(镓的掺杂量为锌和镓总重量的1. Owt% )加入水中打浆混合(浓度25wt% )并添加在温度为70°C _80°C的己内酰胺(caprolactam)单体内， 其中掺杂镓的氧化锌粉体的添加量为0. 5wt% (相对于掺杂镓的氧化锌粉体与己内酰胺单体的总重)。接着，在190°C-200°C的温度下搅拌6小时，然后进行卸压(约30分钟)，再升温至230°C -240°C，在搅拌下保持温度18小时，此时即已将己内酰胺单体聚合成为聚酰胺(polyamide)。以纺丝及假捻工程(纺温、卷速4500m/min、上油量0. 5opu)将含有掺杂镓的氧化锌粉体的聚酰胺复合物假捻成为70d/24f规格的聚酰胺纤维，再织成基重为 150g/m2的针织布。使用积分球分光光度计测试实施例1的针织布在可见光波长范围400nm-780nm的平均反射率以及在红外线波长范围780-2500nm的平均吸收率，其结果分别为68%及65%， 如表1所列。实施例2-4实施例2-4的针织布的制备方式如同实施例1，其差别在于镓元素的掺杂量以及掺杂镓的氧化锌粉体的添加量不同，如表1所列。同样地，使用积分球分光光度计测试实施例2-4的针织布在可见光波长范围 400nm-780nm的平均反射率及在红外线波长范围为780-2500nm的平均吸收率，其结果如表 1所列。比较例1将己内酰胺单体聚合成为聚酰胺(polyamide)，以纺丝及假捻工程将聚酰胺假捻成为70d/24f规格的聚酰胺纤维，再织成基重为150g/m2的针织布。使用积分球分光光度计测试比较例1的针织布在可见光波长范围400nm-780nm的平均反射率及在红外线波长范围为780-2500nm的平均吸收率，其结果分别为70%及40%， 如表1所列。比较例2将粒径约为IOOnm的碳化锆粉体加入水中打浆混合(浓度25wt % )并添加在温度为70°C-80°C的己内酰胺(caprolactam)单体内，其中碳化锆粉体的添加量为0. 5wt% (相对于碳化锆与己内酰胺单体的总重)。接着，在190°C -200°C的温度下搅拌6小时，然后进行卸压(约30分钟)，再升温至230°C -240°C，在搅拌下保持温度18小时，此时即已将己内酰胺单体聚合成为聚酰胺(polyamide)。以纺丝及假捻工程(纺温、卷速4500m/min、 上油量0. 5opu)将含有碳化锆粉体的聚酰胺复合物假捻成为70d/24f规格的聚酰胺纤维， 再织成基重为150g/m2的针织布。使用积分球分光光度计测试比较例2的针织布在可见光波长范围400nm-780nm的平均反射率及在红外线波长范围为780-2500nm的平均吸收率，其结果分别为25%及60%， 如表1所列。表1实施例1-4与比较例1-2的针织布的成分与特性
权利要求
1.一种具有吸收红外线功能的纤维，包括纤维主体；以及添加分散于该纤维主体的内部的具有吸收红外线功能的粉体。
2.根据权利要求1所述的具有吸收红外线功能的纤维，其中所述粉体包括掺杂镓、铝或镓和铝元素组合的氧化锌粉体，或者具有掺杂元素的所述氧化锌粉体的组合。
3.根据权利要求2所述的具有吸收红外线功能的纤维，其中以所述氧化锌粉体中的锌与所述掺杂元素的总重量计，所述掺杂元素为0. 1至20重量百分比。
4.根据权利要求1所述的具有吸收红外线功能的纤维，其中以纤维主体与粉体的总重量计，所述粉体为0. 1至10重量百分比。
5.根据权利要求1所述的具有吸收红外线功能的纤维，其中所述纤维主体包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或其组合物。
6.一种具有吸收红外线功能的纺织品，其包括根据权利要求1-5中任一项所述的具有吸收红外线功能的纤维。
7.根据权利要求6所述的具有吸收红外线功能的纺织品，其进一步包括至少一种纤维与所述具有吸收红外线功能的纤维混纺。
8.根据权利要求7所述的具有吸收红外线功能的纺织品，其中所述至少一种纤维与所述具有吸收红外线功能的纤维包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、棉纤维、人造纤维或醋酸纤维，或是以上述纤维为主体的改性纤维。
9.一种具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，该方法包括提供具有吸收红外线功能的粉体；提供至少一种单体与该粉体混合；将该单体聚合，形成至少一种聚合物与该粉体混合的复合材料以及将该复合材料以纺丝工程加工，形成具有吸收红外线功能的纤维， 其中所述粉体添加分散于该纤维的内部。
10.根据权利要求9所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中所述粉体包括掺杂镓、铝或镓和铝元素组合的氧化锌粉体，或者具有掺杂元素的所述氧化锌粉体的组合。
11.根据权利要求10所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中以所述氧化锌粉体中的锌与所述掺杂元素的总重量计，所述掺杂元素为0. 1至20重量百分比。
12.根据权利要求9所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中所述单体包括己二酸/己二胺的组合、己内酰胺、乙二醇/对苯二甲酸的组合、乙烯及丙烯。
13.根据权利要求9所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中所述聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或是以前述聚合物为主体的改性聚合物，且所述纤维包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或是以前述纤维为主体的改性纤维。
14.根据权利要求9所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中在所述具有吸收红外线功能的纤维中，以纤维主体与粉体的总重量计，所述粉体为0. 1至10重量百分比。
15.一种具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，该方法包括提供具有吸收红外线功能的粉体；提供至少一种聚合物与该粉体混掺，形成该聚合物与该粉体混合的复合材料 以及将该复合材料以纺丝工程加工，形成具有吸收红外线功能的纤维，其中所述粉体混掺于该纤维的内部。
16.根据权利要求15所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中所述粉体包括掺杂镓、锑或镓和锑元素组合的氧化锌粉体，或者具有掺杂元素的所述氧化锌粉体的组合，且在所述具有吸收红外线功能的纤维中，以纤维主体与粉体的总重量计，所述粉体为 0. 1至10重量百分比。
17.根据权利要求15所述的具有吸收红外线功能的纤维的制造方法，其中所述聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或其组合物，且该纤维包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或前述纤维为主体的改性纤维。
全文摘要
本发明涉及一种具有吸收红外线功能的纤维、其制法以及纺织品。所述纤维包含纤维主体以及添加分散于该纤维主体的内部的具有吸收红外线功能的粉体。将具有吸收红外线功能的粉体与单体掺合，再聚合成聚合物，或将粉体与聚合物直接混掺，接着将混掺粉体的聚合物复合材料以纺丝工程加工，形成具有吸收红外线功能的纤维，并利用此纤维制成具有吸收红外线功能的纺织品。添加本发明的具有吸收红外线功能的粉体所制成的纺织品，其颜色改变相对于未添加粉体的纺织品而言，平均可见光反射率差异只有2％左右。此性能远优于添加碳化锆粉体的具有吸收红外线功能的纺织品，其颜色改变非常明显，平均可见光反射率差异可以达到40％以上。
文档编号C08K3/08GK102337603SQ20101023905
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者何佳臻, 张昌荣, 张芬梅, 黄泳彬 申请人:财团法人工业技术研究院