负氧离子复合纤维的研究

负氧离子复合纤维的研究 2007-4第七届功能性纺织品及纳米技术研讨会集 负氧离子复合纤维的研究 钱建华„孙福凌荣根 浙江理工大学 与纺织学院 摘要:本文将负氧离子纳米粉体与聚酯切片共混、造粒制备了负氧离子母粒，将此母粒作为皮层，普通 作为芯层，经过纺丝制备了皮芯型复合纤维，通过测试明该纤维具有良好的服用性能和持久释放负氧 PET离子的能力。 关键词:负氧离子聚醣 复台纤维 中图分类 号: 文献标识码: 文章编号: 随着人们生活水平的提高，人们更加注重追求纺织品的内涵，希望当前的纺织品具有 “健康、舒适、安全、环保”的性能，对纺织品的要求向功能化、舒适性、高附加值的方向 发 展。预防医学科学研究证明，空气中负氧离子含量是衡量空气质量好坏的关键，对人类来说，空气中的负氧离子像食物中的维生素一样重要，称之为“空气维生素”、“长寿素”。 可见空 化程度气中的负氧离子对人体健康具有特别重要的意义。随着人类的生产活动，特别是工业 各种环的日益提高，空气污染越来越严重，人们渴望始终生活在清新、明朗的环境中，于是 。 保、保健功能材料应运而生 近几年来，一些发达国家已开发出具有保健功能的负氧离子纺织品。日本的一些研究机 构、公司等已开发出负氧离子保健纤维的家纺用品，深受消费者喜爱，例如己开发成功的床 上用品对改善人体微循环，促进睡眠有明显的效果。国内从事负氧离子纤维的开发还处于起 步阶段，主要集中在北京、上海、天津、江苏等地区，主要有负氧离子涤纶短纤、负氧离子 丙纶等，由于技术和功能上的缺陷均未形成规模生产。 负氧离子就是捕获了一个电子的氧分子，科学研究发现，负氧离子能与细菌、灰尘、烟 雾等带正电的微粒相结合，并聚集成球落到地面，从而起到杀菌和消除异味的作用，如香烟 烟雾、装修材料中释放的有害气体所产生的异味等。研究表明，当空气中负氧离子的浓度达 到每立方厘米2万个时，空气中的飘尘量会减少98,以上。根据世界卫生组织的规定，当空 1500 气中负氧离子的浓度不低于每立方厘米个时，这样的空气被视为是清新空气。。 空气中的负氧离子不会无限增多，也不是一成不变，而是不断产生、不断消亡。现代科 技应用高频电场、紫外线、放射线和高压静电场等方法，可以获得负氧离子。本文利用无机 压电晶体材料具有永久电极的特性，将其加工成纳米复合粉体，通过挤出造粒，再加工成聚 酯复合纤维，制成窗帘等家用纺织品，可以长期释放负氧离子，在人体周围形成一个负氧离 子气候环境，产生环保和保健的双重功效。 1实验 1(1实验原料 负氧离子粉体(含硼为特缸的铝、钠、铁、镁、锂等新型纳米级复合材料，经过表面处 理) 杭州轩爱科技有限公司提供;PET浙江荣盛化纤有限公司提供，【n】-o(68;钛酸丁酯偶 联 1010、PE蜡，市售;无水乙醇、苯酚、四 剂，化学纯，上海试剂三厂:硬脂酸钙、抗氧剂氯乙烷等其它试剂均为实验室常用。 1(2主要实验仪器 RL-1 113熔体流动速率仪，上海思雨仪器有限公司;SFM--350型塑料粉碎机，浙江丰利 粉碎设备有限公司;sHR一10A型高速混合机(可加热)，张家港亿利机械厂;SJsH一30型 双螺杆挤出机，南京橡塑机械厂;ZG--450A动态真空干燥机，自主研制;CMS-十25复合 纺丝机，上海金纬机械有限公司;PQ668平行牵伸实验机，南昌友联纺织机械 厂。 „作者简介:钱建华(1973一)，男(讲师，硕士。主要从事化纤新材料的研究与开发 208 第七届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集 2007一- 1(3实验过程 将负氧离子粉体与PET粉体(重量比l#2:98、2#4:96、3#6:94、4#8:92)放入高 混合机中共混30分钟，同时加入硬脂酸钙(O(2,)、1010(O(1,)、PE蜡(0(1,)等助速 取出后经双螺杆挤出机挤出、切粒。用乌氏粘度计测试各样品特性粘度(温度25?，溶荆。 苯酚一四氯乙烷重量比1:1);用熔融指数仪测试试样流变性能。将母粒及常规PET放剂;入动 态真空干燥机中干燥12小时(100?)，测试其熔点，在复合纺丝机上纺成皮芯结构的 纤维，经2倍拉伸后得到牵伸丝，测试其机械性能及静态负氧离子释放能力。 复合 2实验结果与讨论 2(1负氧离子母粒的性能分析 表1为常规PET和3种样品的特性粘度和熔融指数。相对于常规PET来说，随着负氧离 粉体含量的增大，特性粘度逐渐增大，熔体的流动性能变差，这是由于无机粉体阻碍了溶子 和熔融状态下高分子链的移动，延长了溶液流经毛细管A线和B线之间的时间。由于PET液经过 粉碎和重新造粒，分子量有所下降，无机粉体的加入，破坏了聚酯大分子链的规整性， 下降30,40"C。粉体含量较低时，对流动性能影响不大，但纤维释放负氧离子浓度可熔点 低，达不到预期效果，故选择2#、3#、4#样品母粒进行纺丝小试实验。 能较 表1负氧离子母粒的性能 特性粘度， 熔融指数 熔点 。。 、(??仟”(dLg。1) (g((10min)。1) 常规PET 0(67 57(1 262 30(1 2321#0(692282峁0(75 26(2 232193#0(80 217 21(5 辅0(83 2(2复合纺丝分析 根据表1中的熔点值，设定皮芯复合纺丝工艺如表2所示。纺丝温度是 影响纺丝顺利的关键因素之一，由于负氧离子母粒的熔点比常规PETI'k,32—45?，而流动性能又比较差，故选用 皮芯型结构的纺丝组件，负氧离子母粒作为皮层，常规PET作为芯层，既增加了纤维的强 度，又使含负氧离子粉体的皮层可以最大限度的暴露于空气中，发挥其最大作用”1。 表2复合纺丝工艺参数 纺丝油剂浓度:10,，侧吹风温度22。C。 纺丝过程中2#样品较为顺利，组件压力维持在 12,15MP之问，2500m,min卷绕速度无毛 丝和断头;3#样品开机10分钟可以卷绕，但组件压力上升较快，喷丝孔出口处丝条出现弯曲 现象，且有少量毛丝和断头，随着组件压力的增大，断头增多，将纺丝温度调整，卷绕速度 下降到1000m,min，仍然不能正常卷绕;4#样品开机后压力就很高，断头多，不具备可 性。 纺 将少量色母粒加入芯层螺杆，纺成纤维后用哈式切片器切薄片，在显微镜下观察，结果 如图1所示，芯层大部分处于皮层包围，有少量的芯层偏心较多，喷丝孔处丝条产生弯血越 大，偏心越多。 图1纤维横截面图 复合纺丝工艺将两种不同熔点和流动性能的高分子聚合物并进同一根纤维，但对于两种 熔体流动性能相差较大的高聚物，在组件分配板上形成了不同的压力，导致在挤出喷丝孔时 形成了不稳定的截而形状。负氧离子母粒中粉体含量越高，流动性能越差，纺丝时皮层和芯 层组件压力差就越大，纤维中形成了强力弱点，产生断头或毛丝。 2(3纤维的性能分析 选择2#样品纺出的未牵伸丝进行2倍牵伸，对两种纤维进行力学性能、 回潮率和比电阻cN?dtex"1)， 测定后，结果如表3所示，负氧离子纤维的断裂强度小于常规聚酯纤维(4—7 这 是由于添加负氧离子粉体后，破坏了聚酯大分子排列规整性，聚集态结构中缝隙孔洞增多、增大，取向度降低。回潮率测试表明，负氧离子纤维的到潮率比常规聚酯纤维回潮率 (约0(4,)大一倍左右，纤维的叫潮率越大，大分子之间结合力越弱，结晶区越松散“。。综 合 PET， 使以上因素，采用完全混纺的方法是不可行的，采用皮芯结构复合纺丝，芯层为常规 得纤维的强度符合服用纤维要求。 表3负氧离子纤维常规性能 体积比电阻试样 线密度 断裂强度 断裂仲长率 回潮率 (,) (,) (dtex)(cN?dtex。1)(Q?cm) 9(66×106174 0(79 1(30 未牵伸丝 3(54 1(79 2(87 21(8 0(78 9(96x 1052倍牵仲丝 与常规PET的体积比电阻(1014 10”Q?cm)相比，负氧离子纤维的体秋比电阻要小5个 数量级(具有一定的抗静电性能。负氧离子纤维的皮层结构中含有电气石矿物粉，该矿物粉 中含有丰富的铝、钠、铁、镁、锂元素(这些元素添加于复合纤维皮层后使的纤维的抗静电 性能增强;此外，负氧离子纤维的回潮率约为常规PET的2倍，这也增强了纤维的抗静电性 能，因此纤维的体积比电阻要比常规PET高出很多。 2(4纤维释放负氧离子浓度的测试 本测试由上海市环境保护产品质量监督检验总站承担，测 SD9207B大气离子浓 试仪器: 度测试仪。实验结果 耋!壅墨查王堑丝堑型箜墨 检测结果(个,em3) 检测项目名称 检测情况说叫 测试条件 负氧离子粉具有热电性和压电性，在有温度和压力变化的情况下，即使微小的变化，便 能引发电场。可不断使空气发生电离，被击下的电子附着于邻近的水和氧分子上，并使之转 化为负氧离子。空气中负氧离子的寿命很短，为几秒到几十秒不等，并且处于一种不断消失 不断产生的过程中，因此负氧离子浓度为一动态平衡值，其动态浓度为静态浓度的3倍左右 210 2007-4第七届功能怿纺织品及纳米技术研讨会论文集 151。因此，采用以上纤维制成窗帘等家用纺织品，可使室内负氧离子浓度达到都市公园里的 水平(1000。2000个，cm3) 3结论 3(1负氧离子粉体添加到聚酯中制成母粒，其特性粘度增高，熔点降低，流动性能变 差。 3(2采用皮芯型复合纺丝，使纤维既满足服用纤维机械强度，又有最佳释放负氧离子能 力。 3(3负氧离子纤维比常规聚酯纤维体积比电阻降低5个数量级，具有更好的抗静电能力。 3(4添加4,负氧离子粉体的纤维，其释放负氧离子浓度达到都市公园水平，粉体浓度超 过4,，可纺性变差直至不具有可纺性。 参考文献 11】毕鹏宇，陈跃华，李汝勤(负离子纺织品及其应用的研究(纺织学报，2003(6):99,101 【2]王万秀，李娟娟(负离子及其纺织品的功能和应用，现代纺织技术，2004(3):46-48( 【3]3扬瑞玲，曾新(负离子涤纶短纤维的研制，合成纤维2002(5):29-31 【4]姚穆周锦芳等纺织材料学纺织工业出版社1993(468(478 【5]张景昌空气中负氧离子的形成及其浓度衰减的规律，纺织基础科学学报1994(4);306-309 of Anion Fiberon Study Preparation bi-component Jian--hua SUN-fuLING QIANRong?-genof Materialand Textile Sci--Tech College Zhejiang university anion Abstract:After anion mad was mixed and ，the extrudedpowder polyester powder was anion fiber as sheath and PET aS core(sheath—core chip polyester (The chip bi—component producedWas made(It was shown that the fiber has and a of anion of great proper quality quantity test(releasing throughout anion wordsl Key polyester bi—component 2“