含有电气石颗粒的人造丝纤维及其制造方法

专利名称：含有电气石颗粒的人造丝纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的纤维材料及其制造方法，该纤维材料是含有电气石细颗粒的人造丝纤维，其中可以含有也可以不含有细云母片和/或滑石颗粒。更具体地说，本发明涉及能够释放出活性离子从而具有增强或活化生物体细胞作用的人造丝纤维及其制造方法。
在最近几年，人们感兴趣的一个问题是生物体细胞可以通过所谓的活性离子活化，从而改进该生物体的健康状况，因而现在有多种研究以利用活性离子来控制自主和运动神经系统，促进良好的睡眠、心气稳定、加快从疲劳中恢复等等。
作为可以释放出这类活性离子的一种物质，人们提出了电气石，它是一种天然矿物但可以人工合成。也就是说，在已知的具有永久极性的驻极体矿物中，电气石是永久性自发电极性最强的，因而其极化矢量不会受到外部电场的影响。还可以看到电气石矿物会释放出远红外光。
经过对有益效果，如改进穿着由含有电气石细颗粒的某些纤维的织物制成的衣服或运动护身的人身上的血液循环的大量研究，其中一个将其注意力集中在这些事实上的发明人在日本专利公开6-104926中提出了含有电气石的驻极体纤维。
因此，本发明的一个目的在于提供一种新型的基于含有电气石的驻极体人造丝的纤维及其有效的制造方法，该纤维能够以大大改进的效率释放出活性离子并且还可以用于活化生物体细胞。
本发明人已经发现当将一定量的细云母片和/或滑石颗粒加入到基于含有电气石的驻极体人造丝的纤维中时，可以看到由纤维中释放的活性离子会增加，超过由仅仅含有电气石颗粒的人造丝纤维释放的活性离子。
因此，本发明提供的驻极体纤维是一种人造丝纤维，它包括粘胶法人造丝纤维和铜铵法人造丝纤维，其中基于人造丝的量含有0.05-2.0％重量，优选地为0.05-0.5％重量均匀分散在纤维中的电气石颗粒，该颗粒的直径不超过1.0微米，优选地不超过0.3微米。
在本发明的另一种实施方案中，驻极体人造丝纤维基于人造丝纤维的量含有0.05-9.9％重量颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒以及基于人造丝纤维的量为0.1-9.95％重量一起均匀分散在纤维中的云母片。
在本发明的再一个实施方案中，该驻极体人造丝纤维基于人造丝纤维的量含有0.05-9.8％重量颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒、基于人造丝纤维的量为0.1-9.85％重量云母片以及基于人造丝纤维的量为0.1-9.85％重量一起均匀分散在纤维中的滑石颗粒。
如上定义的本发明的基于人造丝的驻极体纤维通过下面的方法来制备，当该纤维含有电气石颗粒时，该方法包括下列步骤(a)制备人造丝的纺丝水溶液；(b)将颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒均匀分散在纺丝水溶液中，其量基于人造丝的量优选地为0.05-2.0％重量；以及(c)将含有电气石的人造丝纺丝溶液纺丝成含有电气石的纤维形状。
以基本上相同的方式制备含有电气石和云母和/或滑石的纤维，其不同之处在于在步骤(b)中，将云母片和/或滑石颗粒与电气石颗粒一起均匀分散在纺丝溶液中。


图1是用于测定由驻极体纤维中释放的活性离子量的系统的示意图。
图2表示采用图1中所示出的装置系统捕获由在实施例中制备的驻极体纤维释放的活性离子的水的导电性，其作为纤维中电气石颗粒含量的函数。
如上所说，本发明的驻极体纤维的第一种实施方案是具有特定的颗粒尺寸并且以特定的量均匀分散在纤维体中的电气石颗粒的人造丝纤维。
也就是说，在本发明的驻极体纤维中的电气石颗粒的颗粒直径不超过0.3微米，优选地不超过0.2微米。分散在人造丝纤维中的电气石颗粒的量基于人造丝纤维的量为0.05-2.0％重量，优选地为0.05-0.5％重量。当这些要求得到满足时，本发明的含有电气石的人造丝纤维可以用于生物体增强目的。
一个十分出乎人们意外的发现是具有上述极细颗粒直径的电气石颗粒可以很容易并且非常均匀地分散在人造丝的纺丝溶液中，无需向纺丝溶液中加入分散助剂，因此可以利用在人造丝纤维中相当低含量的电气石颗粒获得非常高的活性离子释放效率。采用极细电气石颗粒的这种出乎人们意料的优点可能是由于人造丝纺丝溶液中的纤维素部分是一种聚合电解质，从而与自发极化的电气石颗粒具有强烈的作用的结果。
一般说来，在将外来材料的细颗粒分散到作为纤维纺丝溶液的聚合材料的溶液中时，当这些颗粒的颗粒直径降低时，由于形成这些基本颗粒的聚集体，因而在实现颗粒均匀分散时会遇到更大的困难。因此为了获得均匀的分散液，一种通常的作法是将分散液与一种分散助剂混合，但是，当该颗粒的颗粒直径极小时，分散助剂不是十分有效。另一方面当颗粒的颗粒直径降低时，由电气石颗粒中释放出活性离子的能力就会增加。
正如人们熟知的那样，人造丝纤维纺丝溶液中的纤维素部分不仅在粘胶法中而且在铜铵法中均聚合电解液形式，因此十分出乎人们意料的是电气石颗粒可以获得非常均匀的分散，这可能是由于电气石颗粒与该聚合电解液之间的离子作用而导致的，即使是在电气石颗粒具有极小的颗粒直径的情况下。
以细颗粒形式分散在基于人造丝的纤维中的电气石是一种天然存在的矿物并且具有下列通式表示的化学组成MX3B3Al3(AlSi2O9)3(O，OH，F)4式中M是钠或钙原子，X是铝、铁、锂、镁或锰原子。高度透明的具有高纯度的电气石作为玉石而为人们所知，并且人们已经开发出了用于制备人造电气石干单晶的制备方法。在本发明中，电气石的来源没有特定的限制，天然的或人造的电气石均可使用。电气石容易发生自发性的永久电极化作用，外部电场不会对其极化矢量产生影响。电气石的永久极化作用是矿石中最强的。已经知道电气石可以放出远红外光。此外，电气石容易产生压电作用，这是一种在通过外力施加应力的情况下在离子晶体中诱发介电极化的现象，电气石还容易产生热电效应，这是一种当晶体局部加热时在晶体表面上产生电荷的现象。还有一个为人们所知的事实是由含有电气石细颗粒(分散于其中)的纤维中可以放出阴离子活性离子。
当该矿物是极细的颗粒形状时，由电气石中释放出活性离子的作用可以大大提高。在这一方面，用于本发明中的电气石颗粒的颗粒直径应不超过0.3微米，优选地不超过0.2微米，其平均颗粒直径不超过0.15微米。为了在活性离子释放量与成本之间获得一个良好的平衡，在人造丝纤维中包含的电气石颗粒的量基于人造丝的量为0.05-2.0％重量，优选地为0.05-1.0％重量。当电气石颗粒的量太小时，活性离子释放量就会太低，而当电气石颗粒的量增加到超过上述上限时，就不会产生特别的额外优点，相反由于成本能增加还会在经济上无益。
优选的是，将云母片与电气石颗粒一起加入到人造丝纤维中，云母片是一种熟知的矿物。典型地，云母具有下列通式表示的化学组成X2Y(4-6)Z8O20(OH，F)4式中X是钾、钠或钙原子，Y是铝、铁、锂、镁、锰或钛原子，Z是硅和铝原子，并且由于杰出的电绝缘性和耐热性，云母是一种有用的矿物。
当将云母片与电气石颗粒分别以基于未加料的人造丝纤维量为0.1-9.95％重量和0.05-9.9％重量的量一起使用时，云母与电气石的总量为0.15-10％重量，并且当将它们均匀分散在纤维中时，由纤维中释放的活性离子会明显增加。用于本发明中的云母片的直径应不超过0.1微米。
尽管云母矿物的类型没有限制，但特别优选的是具有通式K2Al2(Si6Al2)O2(OH，F)4所表示组成的白云母和铬云母，后者是白云母的异构体，其中部分铝原子被铬原子取代。
在本发明再一个的实施方案中，可以将滑石颗粒与电气石颗粒和云母片一起使用。滑石具有与云母相类似的晶体结构，其化学组成用通式Mg3(Si4O10)(OH)2表示。
当将滑石颗粒与电气石颗粒和云母片以基于未加料的人造丝纤维的量分别为0.1-9.85％重量，0.05-9.9％重量和0.1-9.85％重量一起使用时，滑石、云母和电气石的总量为0.15-10％重量，并且均匀分散在该纤维中，由该纤维中释放的活性离子的量可以获得进一步的增加。用于本发明中的滑石颗粒其颗粒尺寸应不超过0.1微米。
任选地，根据本发明含有电气石颗粒以及任选的云母和滑石的人造丝纤维还可以含有其它释放出远红外光线的无机或陶瓷材料的细颗粒，如氧化铝、硅酸盐矿物、如堇青石和β-锂辉石、氧化锆、锆石、氧化镁、钛酸铝及其类似物以及过渡金属化合物，如二氧化锰、氧化铁、氧化铬、氧化钴和氧化铜、氮化硅、碳化硅及其类似物。
下面是本发明的用于制备含有电气石的人造丝纤维的方法的实施方案的描述，用通过所谓的粘胶法制得的人造丝纤维作为例子。
首先，将电气石矿物细粉碎成颗粒直径不超过0.3微米，优选地不超过0.2微米的颗粒。用来粉碎电气石的方法没有特别的限定，包括干法和湿法，其中采用水作为介质的湿法在效率方面是优选的。如果需要，可以将一种或多种上面提到的任选的无机或陶瓷材料与电气石在湿法粉碎工艺中一起粉碎。将所获得的电气石颗粒以所说的量加入到粘液法人造丝纺丝水溶液中，结果形成含有电气石颗粒的粘胶人造丝纺丝水溶液，而后以常规方式进行纺丝。任选地，根据需要，可以将纺丝溶液与抗菌剂、抗真菌剂、去味剂及其类似物混合在一起。
将云母和滑石矿物以与电气石相类似的方式也细粉碎成直径不超过0.1微米，优选地是与电气石一起粉碎。
由含有电气石的人造丝纤维释放出活性离子的效率可以通过下面所说的测试方法来估算，其中由含有电气石的人造丝纤维释放的活性离子通过惰性载体气体携带走并且连续地导入蒸馏水中，对该蒸馏水的导电性进行监测，以检测其与由该纤维释放的活性离子相对应的随时间的增加。举例来说，当蒸馏水的导电性在该测试开始后3小时的时候至少为2.2μS/cm时，含有电气石的人造丝纤维的活性体增强作用就特别明显。
在下文中将通过实施例更详细地描述含有电气石的人造丝纤维及其制造方法，尽管本发明的范围绝不受其限制。
实施例1以下列方式制备含有电气石的人造丝纤维。
根据常规的工艺，由100份重量木浆制备碱性纤维素，该木浆在室温下搅拌加入350份重量20％重量的氢氧化钠水溶液达2小时。将该碱性纤维素与30份重量的二硫化碳混合并且在室温下搅拌3小时，结果产生黄原酸纤维素钠溶液。
接下来，将在上面制得的黄原酸盐溶液通过加入氢氧化钠水溶液而稀释，结果产生含有8.7％重量纤维素，6.0％重量总碱量和2.4％重量总硫量的纺丝溶液。将颗粒直径不超过0.2微米并且平均颗粒直径为0.15微米的电气石细颗粒与该纺丝溶液混合，其量根据纤维素的含量分别为0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.5％，1.0％，2.0％，3.0％，5.0％和7.0％重量，该电气石细颗粒是通过水粒化法制得的。
将含有电气石颗粒的纺丝溶液以60米/分钟的纺丝速度通过具有50个直径为0.08毫米的孔的纺丝头纺丝到50℃含有120克/升硫酸、280克/升硫酸钠和15克/升硫酸锌的纺丝浴中，而后将其以常规的双浴拉伸纺丝法将其拉伸，结果形成具有上述不同含量的含有电气石的人造丝纤维，分别称为纤维1-10，其细度为15旦。
将含有不同数量的电气石颗粒的人造丝纤维用下列方式进行活性离子释放估算试验。
在下面所说的过程中利用如图1中所示的设备系统，在通过20克含有电气石的人造丝纤维的床之后，通过用空气吹气的水的导电性的变化来测定由含有电气石的人造丝纤维释放出的活性离子量。将在上面制得的含有电气石的人造丝纤维样品放置在样品台3上，该样品台放置在活化容器2中。吹气泵1将没有二氧化碳及其类似物的干净空气以100毫升/分钟的速度导入活化容器2中，同时通过由电源7供电并且围绕活化容器2的陶瓷加热器4将样品台3上的样品纤维保持在35℃下，活化容器2配有温度计5和温度敏感器6，以进行温度控制。
在保持在恒温器8中的玻璃烧杯9中，将透过样品台3的空气吹在温度为21℃的蒸馏水10的表面上，该水在21℃下的起始导电率为1.7μS/cm。水10的导电率的变化通过插入水10中的棒形铂电极11而用导电率测定仪12(Precision LCR Meter，型号4285A，由Hewlett Packard Co.制造)监测。下表1给出了对于纤维样品1-10的用空气连续吹在水表面上3小时以后蒸馏水10的导电率数值，这些纤维样品含有不同数量的电气石颗粒，这些颗粒的颗粒直径不超过0.2微米，其量在0.05-7.0％重量范围内。空气以上述方式吹过3小时以后水的导电率作为人造丝纤维中电气石颗粒含量的函数用图2中的曲线A来表示。
实施例2该试验过程与实施例1基本相同，其不同之处在于将颗粒直径不超过1.0微米、平均颗粒直径为0.8微米的电气石颗粒导入人造丝纤维中，以代替实施例1中所用的更细的电气石颗粒。对于含有不同数量的电气石颗粒的样品11-21，给出了吹气3小时以后蒸馏水的导电率的数值，样品11是用于对比目的的，其人造丝纤维不含有电气石颗粒。空气吹过3小时以后水的导电率作为人造丝纤维中电气石颗粒含量的函数用图2中的曲线B来表示。
表1
正如由这些试验结果看出的那样，当将空气通过含有电气石的人造丝纤维床(电气石颗粒的颗粒直径不超过1.0微米)时，在水表面上吹气3小时以后，与人造丝纤维不含有电气石颗粒的对照物(水的导电率为1.84μS/cm)相比，蒸馏水的导电率增加到2.08-2.17μS/cm。当电气石含量为0.05-2.0％重量时，蒸馏水的导电率基本上与人造丝纤维中的电气石颗粒的含量无关。
另一方面，当导入人造丝纤维中的电气石颗粒的颗粒直径不超过0.2微米(实施例1，图2的曲线A)时，蒸馏水的导电率在电气石含量为0.2-0.3％重量时达到最大值并且当电气石含量进一步增加到2.0％重量以下时下降。蒸馏水的导电率在实施例2中高出许多，这表明活性离子释放量与电气石颗粒的颗粒直径很有关系。
此外，在实施例1中制得的分别含有0.2％重量和5.0％重量电气石颗粒的样品纤维3和9每一种均用高清晰度的透光电子显微镜(型号JEM-200CX，由Nippon Denshi Co.制造)在160千伏电子增强电压下进行检测，结果发现样品3中的电气石颗粒的颗粒直径在0.02-0.2微米范围内，绝大多数在0.1微米更小并且均匀和分开地分散在纤维中，而实施例9中的颗粒是直径不超过0.1微米的基本颗粒的聚集体形状，这些聚集体绝大多数具有0.2-1.8微米的直径。电子显微镜检测的这些结果表明当纤维中的电气石含量较低时，电气石颗粒非常均匀分散在纤维中，但当电气石含量太高时，颗粒容易形成聚集体。这些结果与图2中的曲线A比较一致，表明电气石含量在0.05-2.0％重量范围内蒸馏水导电率大大增加了。
实施例3该试验过程基本上与实施例2相同，其不同之处在于将直径不超过1.0微米的铬云母片加入到人造丝纤维中，其量根据未加料的人造丝纤维计算为6％重量。吹气3小时以后蒸馏水的导电率作为人造丝纤维中的电气石颗粒含量的函数用图2中曲线C来表示。当对图2中的曲线C和B进行比较时，可以看出该实施例由人造丝纤维中释放的活性离子远远大于由实施例2纤维中所释放的。
实施例4该试验过程基本上与实施例3相同，其不同之处在于又将直径不超过1.0微米的滑石颗粒加入到人造丝纤维中，其量根据未加料的人造丝纤维计算为2％重量。吹气3小时以后蒸馏水的导电率作为人造丝纤维中的电气石颗粒含量的函数用图2中曲线D来表示。当对图2中的曲线D和C进行比较时，可以看出该实施例由人造丝纤维中释放的活性离子远远大于由实施例3纤维中所释放的。当对图2中的曲线A和D在电气石含量超过1.5％重量范围内进行比较时，可以看出该实施例由人造丝纤维中释放的活性离子(曲线D)远远大于由实施例1纤维中所释放的(曲线A)。
应用实施例(记录温度的皮肤热测定)记录温度的皮肤热测定是一种用具有超高灵敏度的红外摄影仪测定皮肤温度并且将皮肤温度用对应于各自的温度范围的10种不同的颜色表示在图(称为热图)中的方法。
由不同的人造丝纤维制备用于床板的三种垫子，称为垫子A、B和C，这些人造丝纤维包括在实施例1中制备并测试的试样3的含有电气石的人造丝纤维、在实施例2中制备并测试的试样14的含有电气石的人造丝纤维以及不含电气石颗粒的试样11的人造丝纤维。将每一种垫子A、B和C铺在床上并且让一名健康的成人作为主体一直躺在上面，使其脸朝上。通过该热图监测主体的皮肤温度，结果发现在躺下期间和以后，在垫子A和B上的人的脚皮肤温度分别增加了1.1℃和0.6℃，这说明其皮下血液循环得到增强，而躺在垫子C上的人的脚的皮肤温度基本上没有增加。
上述试验结果得到这样一个结果，即包含在人造丝纤维中的电气石颗粒通过对皮下血液循环的增强作用而具有增加人体皮肤温度的作用并且该作用与电气石颗粒的颗粒尺寸有关，这一点与在实施例1和2中获得的水的导电率的测定结果比较一致。换句话说，在实施例1和2中进行的水的导电率的测定结果将对含有电气石的人造丝纤维对生物体细胞的增强活性(由此增强皮下血液循环)提供良好的指标。
权利要求
1.一种人造丝纤维，它含有颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒。
2.如权利要求1所说的人造丝纤维，其中电气石颗粒的颗粒直径不超过0.2微米。
3.如权利要求1所说的人造丝纤维，其中电气石颗粒的颗粒直径不超过0.15微米。
4.如权利要求1所说的人造丝纤维，其中电气石颗粒的含量基于未加料的人造丝纤维为0.05-2.0％重量。
5.如权利要求4所说的人造丝纤维，其中电气石颗粒的含量基于未加料的人造丝纤维为0.05-0.5％重量。
6.如权利要求1-5中任意一个所说的人造丝纤维，它还进一步含有直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.95％重量的云母片，电气石与云母的总量基于未加料的人造丝纤维为0.15-10％重量。
7.如权利要求1-5中任意一个所说的人造丝纤维，它还进一步含有直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.85％重量的滑石颗粒，电气石与滑石的总量基于未加料的人造丝纤维为0.25-10％重量。
8.如权利要求6所说的人造丝纤维，它还进一步含有直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.85％重量的滑石颗粒，电气石、云母与滑石的总量基于未加料的人造丝纤维为0.25-10％重量。
9.一种制备含有电气石颗粒的人造丝纤维的方法，该方法包括下列步骤(a)制备人造丝的纺丝水溶液；(b)将颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒均匀分散在人造丝的纺丝水溶液中；以及(c)将含有电气石的人造丝纺丝溶液纺丝成含有电气石的纤维形状。
10.如权利要求9所说的含有电气石颗粒的人造丝纤维的制备方法，其中电气石颗粒的颗粒直径不超过0.2微米。
11.如权利要求9所说的人造丝纤维的制备方法，其中电气石颗粒的平均颗粒直径不超过0.15微米。
12.如权利要求9所说的人造丝纤维的制备方法，其中电气石颗粒的含量基于人造丝纺丝溶液中纤维素部分为0.05-2.0％重量。
13.如权利要求12所说的人造丝纤维的制备方法，其中电气石颗粒的含量基于人造丝纺丝溶液中纤维素部分为0.05-0.5％重量。
14.如权利要求9-13中任意一个所说的人造丝纤维的制备方法，其中在步骤(b)中将直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.95％重量的云母片分散在人造丝纺丝水溶液中，电气石与云母的总量基于未加料的人造丝纤维为0.15-10％重量。
15.如权利要求9-13中任意一个所说的人造丝纤维的制备方法，其中在步骤(b)中将直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.85％重量的滑石颗粒分散在人造丝纺丝水溶液中，电气石与滑石的总量基于未加料的人造丝纤维为0.25-10％重量。
16.如权利要求14所说的人造丝纤维的制备方法，其中在步骤(b)中将直径不超过1微米、数量基于未加料的人造丝纤维为0.1-9.85％重量的滑石颗粒分散在人造丝纺丝水溶液中，电气石、云母与滑石的总量基于未加料的人造丝纤维为0.25-10％重量。
全文摘要
本发明公开了一种驻极体纤维,它是一种含有0.05—2.0%重量、颗粒直径不超过0.3微米的电气石颗粒的人造丝纤维。该驻极体纤维可以通过促进血液循环而有效地增强人体。通过将含有电气石颗粒(均匀分散在其中)的人造丝纺丝溶液纺丝成纤维形状而制得驻极体纤维。虽然含有电气石的人造丝纤维的效果可以通过由其中释放的活性离子的量而估算,但其效果可以通过将云母片以及任选地滑石颗粒导入到该纤维中而进一步增加。
文档编号D06M11/00GK1266119SQ99103640
公开日2000年9月13日 申请日期1999年3月9日 优先权日1999年3月9日
发明者杉原俊雄, 铃木三男, 古宫正树 申请人:生命能源工业股份有限公司