CN101173116B - 竹炭多功能复合粉体及其在纤维制造中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竹炭多功能复合粉体及其在纤维制造中的应用，利用比重高的远红外线微细粉体及负离子功能性微细粉体，黏结于竹炭粉体表面形成具多功能的复合粉体，控制比重较高的粉体含量以调整竹炭粉体的等效比重，使其接近于纤维原料的比重，有利于竹炭粉体在纤维中的分散性，同时提高功能粉体的添加量。以此粉体配合各种纤维原料制成母料，再与纤维混合，纺成纱线。以此解决竹炭等低比重粉体在纤维中分散不均的技术难题，进而可提高粉体在母粒中含量，使固含量可达38wt％，纤维制品中的粉体含量最高可达4wt％，大幅提升纤维产品的功能特性。

Description

竹炭多功能复合粉体及其在纤维制造中的应用

技术领域

本发明涉及一种竹炭多功能复合粉体及其在纤维制造中的应用，利用一种较高比重的远红外线微细粉体与负离子功能性微细粉体，直接黏结于竹炭粉体表面形成复合粉体，使其比重改变至与纤维原料相近，在应用于纤维制造中时，有利于粉体在纤维原料中的分散性。

背景技术

竹炭是采用五年以上的高山孟宗竹经1000℃高温烧制而成，台湾高山孟宗竹成长过程吸收土壤中的碱性矿物质如钙、铁、镁、钾…等，成熟竹炭所含矿物质易融于水中，能中和水之PH值使其介于7.5～8.5之间的弱碱性，对人体极有帮助，另竹炭多孔特性可吸附自来水中的氯与其它异味，活性炭特性可除去三卤甲莞使其无毒化，使水质变得甜美甘醇，有益健康。

一般的竹炭粉与纤维的结合方式有使用黏结剂或直接加入原料中抽成纤维丝两种，前者如中国专利第CN1690300号及第CN2663487号、日本专利公开号第JP2005068565号及第JP11323747号所述，后者如中国专利第CN1607271号及第CN1558007号所述；

该纤维制品为增加其功能特性，以竹炭粉混合不同功能的材料来提高整体产品的功能特性，如中国专利第CN1690130号、第CN1689408号及第CN1618888号、日本专利公开号第JP10043584号；

混合竹炭的粉体再以黏结剂形成涂层或特定外观结构的产品，如中国专利第CN1718268号、第CN1515199号、第CN1647915号、第CN1695931号、第CN2612530号、美国专利号第US6509294号及日本专利公开号第JP2000343639号、第JP2004180864号；

将含竹炭的纤维以混纺方式形成功能性纤维，如中国专利第CN1730741号及第CN1733985号及日本专利公开号第JP2003118024号；

而目前与竹炭粉关连的既有产品，以混合黏结剂外加方式使用居多，其是在纤维中含竹炭粉，延用既有的纤维工艺，将竹炭粉以添加物的方式来制作为主，由于竹炭粉体比重低，与纤维原料混合时容易产生分散不均的结果，其虽可经由分散剂的添加改善，然添加量仍受限于2wt％以下，导致添加于纤维中的竹炭粉含量无法太高，因而影响可以产生的功能效果，此外，添加不同材料为增加纤维的功能特性的常用方法，则是利用混合后的粉体作为添加物，经既有的纤维工艺制作成多功能性的纤维制品，由于添加的粉体比重大不相同，在纤维中的均质分散性不易控制，导致纤维的特性不均，又若将添加的粉体微细化以提高添加物的表面积，其虽可在比较低的添加量下得到好的功能特性，唯对比重不同的粉体仍会造成均质性不佳的结果，尤其使用的粉体比重太低，使均匀分散粉体到纤维中相当困难；

因此，对不同比重，尤其包含低比重粉体的添加物，如何改质使其在既有的纤维工艺中可以得到均质分散，进而提高纤维中的粉体添加量以改善功能特性，即为本发明所欲解决的技术困难点的所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种竹炭多功能复合粉体及其在纤维制造中的应用。

本发明提供的一种竹炭多功能粉体，是利用一种较高比重的远红外线粉体与负离子功能性微细粉体黏结于竹炭粉体表面，形成比重可调整的复合粉体。使其在与化纤原料混合时不会有以往竹炭粉比重太低导致偏析的问题，复合粉体比重调整至与化纤原料接近时，可以得到最好的分散性，这样可添加的复合粉体含量最大。以本发明制作的母料中复合粉体含量可高达38％不会产生微裂痕，其在纤维中的最终含量亦可提高至4wt％以上，为高粉体添加量纤维的重要制作方法。配合黏结于竹炭粉体表面的微细粉体的功能特性，可大幅提高纤维的远红外线放射(92％以上)与负离子产生率(3500个/cm³以上)，比纯使用竹炭粉制作的纤维有更好的功能特性，借由高比重的表面微细粉体黏结，提高竹炭粉在纤维中的分散性，使其更能发挥竹炭粉的消臭功能，本发明利用1wt％的粉体含量就可使纤维的氨气消臭率达97％以上，明显优于现有技术方式制作的竹炭纤维。

具体来说，本发明的竹炭多功能复合粉体，其特征在于，以微量黏结剂将微细纳米化的、比重较高于竹炭的远红外线粉体及负离子功能性粉体载于竹炭粉体表面形成复合粉体，利用载负物的较高比重来增加复合粉体的比重，且该复合粉体比重可以远红外线粉体及负离子粉体的黏结比例来调整，因此可以调整到与纤维的比重相同或相近。本发明调整后的该复合粉体比重为0.8～4.0之间。

而本发明的竹炭多功能复合粉体在纤维制造中的应用，其特征在于，将该复合有远红外线微细粉体和负离子功能性微细粉体的竹炭粉体，与切片的纤维原料混合，混练、挤压成型，形成母粒，该母粒再与纤维原料混合，通过抽丝、纺纱加工制成功能性纤维。该母粒中含有的复合粉体量为0～38wt％；而纤维中含有的复合粉体量为0～4wt％。

本发明所用远红外线微细粉体可以是纳米金属氧化物或矿石；所用负离子功能性微细粉体可以是纳米级金属氧化物或矿石；纤维原料可以是各种人造纤维或合成纤维原料(例如人造丝、尼龙、聚丙烯、聚酯等)。

附图说明

图1为表面黏结远红外线与负离子的竹炭粉体所形成的复合粉体电子显微镜与结构示意图。

图2为不同比重的复合粉体可以获得的最高添加量。

图3为添加16wt％复合粉体的聚酯母料截面的电子显微镜影像。

图4为添加38wt％复合粉体的聚酯母料截面的电子显微镜影像。

图5为添加复合粉体的聚酯纤维和添加纯竹炭粉的聚酯纤维负离子产生量比较。

附图标号说明10-负离子功能性微细粉体；11-竹炭粉体；12-远红外线粉体。

具体实施方式

为使方便简捷了解本发明的其它特征内容与优点及其所达成的功效，兹将本发明配合附图详细说明如下：

如图1所示，其是竹炭粉体11与远红外线粉体12、负离子功能性微细粉体10结合的纳米炭粉体复合结构；

利用研磨工艺制得次微米级的竹炭粉体11作为母体，该竹炭粉体11粒径范围为0.1μm～1μm，以微量黏结剂将微细纳米化(粒径范围20nm～200nm)的远红外线粉体12(金属氧化物或矿石)及负离子功能性微细粉体10(纳米级金属氧化物)载于该竹炭粉体11之上，形成紧密接合的完整结构，竹炭粉体11表面载有微细化的远红外线粉体12与负离子功能性微细粉体10，利用附着粉体的高比重载负物(其比重為4.0～7.0)来增加复合粉体的比重，其复合比重可依竹炭粉体11载体、及竹炭粉体载体上的远红外线粉体12及负离子功能性微细粉体10黏结比例来调整，其可制作的复合粉体比重范围为0.8～4.0之间；前述所用的微量黏结剂，为本行业常用的常规黏结剂。

将已复合远红外线粉体12和负离子功能性微细粉体10的竹炭粉体11，与纤维原料，如人造丝(Rayon)、尼龙(Nylon)、聚丙烯(PP)、聚酯，所述聚酯例如是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯(acrylic)等或其它合成纤维材料切片混合，然后通过混练、挤压成型，则可加工制成含竹炭、远红外线、负离子三种功效的合成纤维母粒，因该复合粉体制作将比重较低的竹炭粉体与比重高的远红外线粉体、负离子功能性微细粉体紧密结合，所得的复合粉体具有较一般工艺仅单纯混合竹炭、远红外线、负离子粉体，更均匀的密度，且三种粉体已预结合成一新的粉体粒子，不会随混合过程而产生偏析现象，因此在合成纤维母粒工艺中，混练均匀性可以大幅提高，并克服传统因比重不同而分散不均的问题，因为调整复合粉体的比重可以改善粉体分散性，该复合粉体在母粒中比例可较一般工艺中的添加物来的广，使母粒中的中粉体添加范围可大幅提高到38wt％以上；

竹炭比重约0.8而PET比重约1.3，因竹炭密度较PET低，因此传统添加竹炭的纤维工艺中，竹炭细粉常会在工艺中浮出表面而形成凝团，破坏纤维机械性质及触感，而与比重较高的远红外线、负离子功能性微细粉体混合时，亦会有混练分散不均的问题；

本发明使用复合方式的粉体，调整表面附着的高比重粉体量，借以改变复合粉体的比重，以达到不同比重复合粉体分散至人造纤维或合成纤维(例如聚酯)材料中的最佳添加量，请再参阅图2所示，改变ρ_eff/ρ_PET比值可调整纳米炭粉体在母粒中的最高粉体固含量，其中ρ_eff与ρ_PET分别代表复合粉体与聚酯材料的比重，当ρ_eff/ρ_PET＝1时，因混练分散最为均匀，因此粉体固含量可大幅提高到38wt％，远高于既有添加竹炭粉体11的纤维母粒，且不同比重的复合粉体可以获得最高添加量；

请参阅图3所示，是本发明添加16wt％复合粉体的聚酯母料截面的电子显微镜影像，透过调整复合粉体的比重借以改善粉体分散性，令该复合粉体在母粒中比重范围可较一般工艺中的添加物来的广，使得该母粒中粉体添加范围可大幅提高到38wt％以上；

又该图4为本发明添加38wt％复合粉体的聚酯母料截面的电子显微镜影像，显示添加量在38％的粉体在母料中仍能有好的均匀分散性，不会有团聚或母料产生微裂痕的现象，分散均匀且高粉体添加量的母料可以使制作的纤维中粉体含量大幅提高，有助于进一步改善纤维的功能特性；

请再参阅图5所示，其为本发明将添加复合粉体的聚酯纤维与添加纯竹炭粉的聚酯纤维的负离子产生量标示作为比较，利用含复合粉体(含量30wt％的)母料与聚酯原料混合，通过抽丝、纺纱加工制成功能性纤维，其制成的短纤中复合粉体最高可达4.0wt％，并经纺织制作成不织布来测试功能特性，其测试结果如图四所示，其中包括远红外线放射率、负离子产生量与氨气的去除效果，因纤维中复合粉体含量较一般功能性纤维提高许多，因此可大幅提高其消臭、远红外线放射与负离子产生的效果。由于粉体间的高低比重及相互作用性，使各种功能特性皆随着纤维中复合粉体含量提高而增加，其消臭率最高可达99.89％(仅添加1wt％即可达97％以上的消臭率)，远红外线达92％(一般竹炭小于89％)，负离子释放率可达3500个/cm³(当以2wt％竹炭添加时，该负离子释放率只有1600～2000个/cm³)，显见本发明以复合方式制作的粉体可增加纤维中的粉体含量，进而得到比现有技术使用竹炭粉添加更好的功能性。

为使本发明更加显现出其进步性与实用性，兹与现有技术作一比较分析如下：

现有技术：

1、竹炭粉体比重低，与纤维原料混合时容易产生分散不均的结果，添加量受限于2wt％以下，导致添加于纤维中的竹炭粉含量无法太高，影响可以产生的功能效果。

2、由于添加的粉体比重与纤维原料大不相同，在纤维中的均质分散性不易控制，导致纤维的特性不均，尤其使用的粉体比重太低，对均匀分散粉体到纤维中相当困难。

本发明优点：

1.因纤维中复合粉体含量较一般功能性纤维提高许多，因此可大幅提高其消臭、远红外线放射与负离子产生的效果。

2.该复合粉体制作所得的功能性纤维具有较一般工艺均匀的密度，且不会随混合过程而产生偏析现象，因此在合成纤维母粒工艺中，混练均匀性可以大幅提高，并克服现有技术所发生比重不同而分散不均的问题。

Claims (6)

1.一种竹炭多功能复合粉体，其特征在于：

以微量黏结剂将微细纳米化的、比重为4.0～7.0、粒径范围为20nm～200nm的远红外线粉体及负离子功能性粉体，载于粒径范围为0.1μm～1μm、比重约为0.8的竹炭粉体表面形成复合粉体，利用载负物的较高比重来增加复合粉体的比重，且该复合粉体比重可以远红外线粉体及负离子粉体的黏结比例来调整。

2.如权利要求1中所述的一种竹炭多功能复合粉体，其特征在于，添加较高比重粉体调整后的该复合粉体比重为0.8～4.0之间。

3.权利要求1所述的竹炭多功能复合粉体在纤维制造中的应用，其特征在于，将该复合有远红外线微细粉体和负离子功能性微细粉体的竹炭粉体，与切片的纤维原料混合，混练、挤压成型，形成母粒，该母粒再与纤维材料混合，通过抽丝、纺纱加工制成功能性纤维。

4.如权利要求3中所述的竹炭多功能复合粉体在纤维制造中的应用，其特征在于，该母粒中含有的复合粉体量为0～38wt％，不包括0wt％。

5.如权利要求3中所述的竹炭多功能复合粉体在纤维制造中的应用，其特征在于，该纤维中含有的复合粉体量为0～4wt％，不包括0wt％。

6.如权利要求3中所述的竹炭多功能复合粉体在纤维制造中的应用，其特征在于，该复合粉体与纤维原料的混合中，所述纤维原料为人造丝、尼龙、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯或其它合成纤维材料。

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