一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用
阅读：1038发布：2020-06-15
专利汇可以提供一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 公开了一种功能性 纤维 素纤维及其制备方法与应用，所述功能性 纤维素 纤维包括纤维、分布在纤维表面或内部的至少一个微胶囊，所述微胶囊的芯材包括功能材料，所述微胶囊的壳材包括可去除材料。本发明实施例提供的功能性纤维素纤维，通过在纤维中分布含有功能性材料的微胶囊，功能材料在纺丝和后续加工处理工序中能得到有效保护，并且在纤维及其制品的使用过程中功能性显著；本 申请 的功能性纤维素纤维适用范围广，适用的功能性物质种类多；此外，本申请的功能性纤维素纤维对于设备改造小，配合程度高，易于批量生产。，下面是一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用专利的具体信息内容。
1.一种功能性纤维素纤维，其特征在于：包括纤维、分布在纤维表面或内部的至少一个微胶囊，所述微胶囊的芯材包括功能材料，所述微胶囊的壳材包括可去除材料。
2.根据权利要求1所述的功能性纤维素纤维，其特征在于：所述功能材料包括阻燃剂、阻化剂、芳香植物提取物、木糖醇、中成药制剂、维生素、蛋白质、植物油、杀菌剂、杀虫剂、抗菌剂、驱虫剂、催化剂、交联剂、热稳定剂、光稳定剂、相变材料、液晶、感温变色材料、光敏变色材料、纳米颗粒中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的功能性纤维素纤维，其特征在于：所述功能材料包括权利要求
2所述功能材料的溶液、分散液，以及吸附所述功能材料的多孔材料、层状材料、纳米管或凝胶。
4.根据权利要求1所述的功能性纤维素纤维，其特征在于：所述的可去除材料包括石蜡、金属、金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、聚乙烯醇、水溶性淀粉、无机氧化物、线性聚苯乙烯中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的功能性纤维素纤维，其特征在于：所述纤维素纤维的形状为线状物、片状物、块状物的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的功能性纤维素纤维，其特征在于：所述微胶囊质量占所述功能性纤维素纤维总质量的0.1％—40％。
7.一种如权利要求1—6中任一项所述功能性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括先选取芯材和壳材后制备微胶囊，将微胶囊分散在纤维中，之后进行洗涤即可。
8.一种如权利要求1—6中任一项所述功能性纤维素纤维在纺织面料、服装加工、填充材料、家居饰品、建筑材料、医疗保健、美容化妆、防伪识别、电子设备的响应控制、仪表制造、图像显示、人机交互、热管理、智能识别领域的应用。
一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用
技术领域
背景技术
[0003] 目前，具有各种不同功能，如力学、光学、热学、电学方面的功能性纤维备受重视。这些功能性纤维在工业生产和日常生活方面发挥着日益重要的作用。
[0004] 纤维素纤维的来源广泛，以天然纤维素为原料，如棉、麻、竹、树木、灌木等等。随着人们环保意识的增强，再生纤维素纤维近来也得到了蓬勃发展。人们已经成功开发了以麻类植物为纤维素来源的麻纤维，以竹为纤维素来源的竹纤维等。
[0006] 然而在纤维素纤维纺丝过程中，比如粘胶纤维，往往是将纤维素用强碱高温下进行溶解制浆，再经过喷丝板，在强酸性的凝固浴中，再将纤维素固化得到纤维。这就对于所使用的功能性物质的耐酸碱性提出了要求。一些性质较活泼的功能性物质，如氧化锌、碳酸钙等，在酸或碱条件下容易发生化学反应。这些化学反应，不但使得功能性物质受到损失，导致功能性下降，而且化学反应可能产生某些副产物，造成诸多困难：要么影响纤维生产过程，如导致粘度变化，喷丝板堵塞等，甚至无法纺丝；要么影响纤维产品品质，如纤维断头较多，强力较差，伸度较低等。
[0007] 发明(公开号：CN109056092A)提供了一种抗菌型粘胶短纤的制备方法，是通过制备壳聚糖和氧化锌的混合溶液，再将其用于粘胶纺丝，得到抗菌粘胶的。但是粘胶纺丝液是在高碱性环境下工作，而凝固浴又是高酸性的。氧化锌却是两性的，并且氧化锌是作为该发明中主要的抗菌物质，极易跟酸或碱发生剧烈化学反应，从而导致纺丝质量下降，抗菌效果下降。
[0008] 发明(公开号：201610993165.2)提供了一种纳米氧化锌、二氧化硅、石墨烯的复合纤维。该复合纤维通过静电纺丝技术制备而成，纳米氧化锌、二氧化硅、石墨烯分别占有一定的重量比。该方法同样受制于活泼的功能性纳米氧化锌，这一两性物质，极容易跟酸反应，同时又极容易跟碱反应。工艺控制的难度较高。如果纺丝液的pH值波动稍大，其中的氧化锌损失率将非常高，甚至会使纤维失去功能性。
[0009] 为了解决这一问题，微胶囊技术被应用到纺丝工业，以期保护功能物质。如发明(公开号：CN102766962A)提出一种防紫外线的尼龙纤维纺丝工艺。该发明人显然意识到，起到抗紫外作用的功能物质，在熔融纺丝的高温下极易收到破坏，引入了抗氧化剂，并使用了碳酸钙微胶囊和碳化钙微胶囊，2种微胶囊的壳材均选择了聚氨酯。该技术方案虽然为功能物质提供了微胶囊保护措施，使得其纺丝过程可以有效进行；却忽视了纤维的使用过程中，功能物质由于始终被隔离，无法起到有效的抗紫外作用。
[0010] 从上述例子可以看出，功能材料往往性质比较活泼，在纺丝及后加工处理的高温高压，酸、碱、机械摩擦等作用下，极易损耗。而通过微胶囊等方法，将功能材料保护起来之后，虽然可以保证功能材料在纺丝和后加工处理中得到保护，但在处理完成的使用过程中，功能材料又被微胶囊壳材和外界隔离开来，无法起到预期应有的作用。
发明内容
[0011] 为此，本发明实施例提供一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用，以解决现有技术中功能材料极易损耗，而采用现有技术将功能材料保护起来后，无法起到预期应有作用的问题。
[0012] 为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
[0013] 根据本发明实施例的第一方面，提供一种功能性纤维素纤维，包括纤维、分布在纤维表面或内部的至少一个微胶囊，所述微胶囊的芯材包括功能材料，所述微胶囊的壳材包括可去除材料。
[0014] 进一步地，所述功能材料包括阻燃剂、阻化剂、芳香植物提取物、木糖醇、中成药制剂、维生素、蛋白质、植物油、杀菌剂、杀虫剂、抗菌剂、驱虫剂、催化剂、交联剂、热稳定剂、光稳定剂、相变材料、液晶、感温变色材料、光敏变色材料、纳米颗粒中的任意一种或两种以上的组合。
[0017] 进一步地，所述纤维素纤维的形状为线状物、片状物、块状物的任意一种或两种以上的组合。
[0018] 进一步地，所述微胶囊质量占所述功能性纤维素纤维总质量的0.1％—40％。
[0019] 根据本发明实施例的第二方面，提供一种功能性纤维素纤维的制备方法，包括先选取芯材和壳材后制备微胶囊，将微胶囊分散在纤维中，之后进行洗涤即可。
[0020] 根据本发明实施例的第三方面，提供一种功能性纤维素纤维在纺织面料、服装加工、填充材料、家居饰品、建筑材料、医疗保健、美容化妆、防伪识别、电子设备的响应控制、仪表制造、图像显示、人机交互、热管理、智能识别领域的应用。
[0021] 本发明实施例具有如下优点：本发明实施例提供一种功能性纤维素纤维及其制备方法与应用，通过在纤维中分布含有功能性材料的微胶囊，功能材料在纺丝和后续加工处理工序中能得到有效保护，并且在纤维及其制品的使用过程中功能性显著；本申请的功能性纤维素纤维适用范围广，适用的功能性物质种类多；此外，本申请的功能性纤维素纤维对于设备改造小，配合程度高，易于批量生产。附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0023] 图1为本发明实施例1提供的抗菌粘胶纤维横截面的电子扫描显微镜照片。
具体实施方式
[0024] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 实施例1
[0026] 本实施例提供一种具有抗菌功能的粘胶纤维，其技术方案为：
[0027] 1)一次粒径为20-300纳米的纳米氧化锌作为微胶囊芯材，高熔点石蜡作为微胶囊壳材，微胶囊粒径分布为D90，1.6微米；
[0028] 2)上述微胶囊均匀分散在线密度1.22dtex的粘胶纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的0.1％-15％；
[0029] 3)上述纤维经过高于石蜡熔点的热水洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0030] 如附图1所示，横截面上的空洞尺寸约为1微米到2微米之间，与微胶囊粒径分布符合。即为本例所述的一种含有纳米氧化锌的、具有抗菌功能的粘胶纤维。
[0031] 纳米氧化锌具有优良的抗菌作用。但氧化锌是两性氧化物，跟酸或碱都极易发生化学反应。这对于氧化锌制品的加工，存储，运输带来了极大的麻烦。传统方法无法对这类物质进行有效纺丝。传统方法将导致产品纤维中氧化锌损失极大，导致产品纤维功能性几乎没有。本发明对这一问题给出了有效解决方案。
[0032] 该纤维及其制品，在服装面料加工，家纺用品、医疗保健等领域有重要的应用。
[0033] 实施例2
[0034] 本实施例提供一种含有纳米碳酸钙的莱赛尔纤维，其技术方案为：
[0035] 1)一次粒径为20-500纳米的纳米碳酸钙作为微胶囊芯材，聚乙烯醇作为微胶囊壳材；
[0036] 2)上述微胶囊均匀分散在莱赛尔纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的1％-25％；
[0037] 3)上述莱赛尔纤维经过热水洗涤，可将微胶囊壳材(即聚乙烯醇)部分或完全去除。
[0038] 纳米碳酸钙能够有效抵抗紫外线，同时具有远红外作用。但碳酸钙极易和酸发生化学反应。
[0039] 采用传统方法碳酸钙的损失十分大，导致产品纤维功能性几乎没有。而且碳酸钙与酸反应易产生大量气泡，导致纺丝困难，断丝极多。采用本发明方案，芯材碳酸钙被聚合物壳材有效保护，可有效解决上述问题。
[0040] 实施例3
[0041] 本实施例提供一种有磁性的莱赛尔纤维，其技术方案为：
[0043] 2)上述微胶囊均匀分散在莱赛尔纤维中，其中纳米氧化铁的质量占比为总质量的0.1％-5％；
[0044] 3)该莱赛尔纤维的纤维素来源为再生纤维素；
[0045] 4)上述莱赛尔纤维经过高于聚乙烯蜡熔点的热水洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0046] 氧化铁具有磁性，但其跟酸极易发生化学反应。传统方法无法对这类物质进行有效纺丝。传统方法将导致产品纤维中氧化铁损失极大，导致产品纤维功能性几乎没有。本发明对这一问题给出了有效解决方案。
[0047] 本实施例的莱赛尔纤维及其制品，在服装面料加工，医疗保健、电子仪表、设备制造等领域有重要的应用。
[0048] 实施例4
[0049] 本实施例提供一种内含中药炉甘石制剂的莫代尔纤维，其技术方案为：
[0050] 1)将中药炉甘石粉末作为微胶囊芯材，聚苯乙烯作为微胶囊壳材；
[0051] 2)上述微胶囊均匀分散在莫代尔纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的1％-40％；
[0052] 3)上述莫代尔纤维经过环己烷洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0054] 炉甘石跟酸极易发生化学反应。本发明可有效解决传统方法纤维中的中药损失大，导致产品纤维功能性缺失等问题。
[0055] 本实施例的纤维及其制品，在医疗保健、服装面料加工、家纺用品、床上用品、饰物、设备仪表制造等领域有重要的应用。
[0056] 实施例5
[0057] 本实施例提供一种阻燃功能的竹纤维，其技术方案如下：
[0058] 1)将聚磷酸铵作为微胶囊芯材，聚苯乙烯作为微胶囊壳材；
[0059] 2)上述微胶囊均匀分散在以竹为纤维素来源的纤维素纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的1％-35％；
[0060] 3)上述竹纤维经过环己烷洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0061] 聚磷酸铵是一类高效的阻燃剂。但聚磷酸铵的缺点是极易溶于水。而腈纶纺丝过程中会使用大量水，如其溶剂为硫氰酸钠水溶液、后续工艺会水洗等等。这就使得阻燃剂大量损失。微胶囊壳材的加入，会对其起到隔离外界水的作用。但在后续使用过程中，如未能将壳层除去，就会使其阻燃效果大打折扣。
[0062] 本发明可有效解决上述问题。
[0063] 本实施例的纤维及其制品，在服装面料加工、家纺用品、床上用品、饰物、建筑材料、设备仪表制造等领域有重要的应用。
[0064] 实施例6
[0065] 本实施例提供一种含有阻化剂的麻纤维，其技术方案如下：
[0067] 2)上述微胶囊均匀分散在以麻为纤维素来源的纤维素纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的5％-35％；
[0068] 3)上述麻纤维经过环己烷洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0069] 阻化剂可以在表面形成水膜层从而阻断与氧气接触，并可以使被保护物处于含水潮湿的状态。由于卤盐类阻化剂中含有水，所以在自燃过程中，水汽化时可以吸热降温，减小了升温速率，从而在一定程度上抑制了自燃。同时卤盐阻化剂处理后，减少了氧化反应中的官能团，并有助于阻止自由基反应，抑制氧化反应速度。
[0070] 但是氯化钙、氯化镁、氯化钠等本身是极易溶于水。而纤维素纺丝和后处理过程中会使用大量水。这就使得阻化剂不可避免的大量损失。微胶囊壳材的加入，会对其起到隔离外界水的作用。但在后续使用过程中，如未能将壳层除去，就会使其阻燃效果大打折扣。
[0071] 本发明可有效解决上述问题。
[0072] 本实施例的纤维及其制品，在服装面料、家纺用品、床上用品、饰物、建筑材料、设备仪表等的制造、加工、运输、存储、运输等领域有重要的应用。
[0073] 实施例7
[0074] 本实施例提供一种含有维生素E的铜氨纤维，其技术方案如下：
[0075] 1)将维生素E作为微胶囊芯材，聚乙烯醇作为微胶囊壳材；
[0076] 2)上述微胶囊均匀分散在铜氨纤维中，其中微胶囊质量占比为总质量的0.1％-10％；
[0077] 3)上述纤维经过纺纱、织造，加工成为内衣或者面膜。在穿着或使用过程中，人体分泌的汗液，可将微胶囊壳材逐渐去除。
[0078] 维生素E能抗氧化，可以滋养皮肤，养颜美容，同时具有多种有益健康的功效。但维生素E遇碱不稳定，在一些条件下易被氧化分解。而铜氨纤维是将棉短绒等天然纤维素原料溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内，配成纺丝液，在凝固浴中铜氨纤维素分子化学物分解再生出纤维素，生成的水合纤维素经后加工即得到铜氨纤维。
[0079] 本发明对上述问题给出了有效的解决方案：既让功能物质在生产加工过程中得到保护，又能在使用过程中将微胶囊壳材逐渐去除，使功能材料释放并发挥作用。
[0080] 本实施例的纤维及其制品，在服装面料、家纺用品、医疗保健、床上用品、美容用品、饰物、建筑家装材料、设备仪表等的制造、加工、运输、存储、运输等领域有重要的应用。
[0081] 实施例8
[0082] 本实施例提供一种兼具抗菌和凉感功能的粘胶纤维，其技术方案为：
[0083] 1)微胶囊A以纳米氧化锌作为微胶囊芯材，高熔点石蜡作为微胶囊壳材；
[0084] 2)微胶囊B以木糖醇作为微胶囊芯材，线性聚苯乙烯作为微胶囊壳材；
[0085] 3)上述微胶囊A和微胶囊B分散在粘胶纤维中，其中2种微胶囊质量占比之和为总质量的0.2％-20％；
[0086] 4)上述纤维分别经过高于石蜡熔点的热水或环己烷洗涤，可将微胶囊壳材逐渐部分或完全去除。
[0087] 本实施例的纤维及其制品，具有抗菌功能，同时还附加凉感功能。2种微胶囊的壳材去除工艺不同，增加了选择性，延长了功能性使用时间。在服装面料加工，家纺用品、医疗保健等领域有重要的应用。
[0088] 实施例9
[0089] 本实施例提供一种具有抗菌和中药理疗功能的枕头，其技术方案为：
[0090] 1)根据实施例1制造具有抗菌功能的粘胶纤维，并将纤维加工为枕头填充物；
[0091] 2)根据实施例4制造中药制剂的莫代尔纤维，并将纤维纺纱织造作为枕套面料。
[0092] 3)在上述加工、存储、运输或使用过程中，用热水或环己烷，将胶囊壳材部分除去或完全除去。
[0093] 即得到所述的一种具有抗菌和中药理疗功能的枕头。
[0094] 实施例10
[0095] 本实施例提供一种阻燃功能的竹纤维板状物，其技术方案为：
[0096] 1)根据实施例5制造阻燃功能竹纤维；
[0097] 2)将1)所得纤维层层叠加，加工为密实的、平整的阻燃竹纤维薄板；
[0098] 3)上述竹纤维或竹纤维薄板，经过环己烷洗涤，可将微胶囊壳材部分或完全去除。
[0099] 即得到所述的一种具有阻燃功能的竹纤维板状物。
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