CN102605626A - 一种合成纤维假发的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种合成纤维假发的制备方法，该制备方法采用以下工艺：先将相变储能材料熔融后，加至天然高分子原液或成纤聚合物原液中乳化，再经溶液纺丝方法制成直径在20~200μm的初生假发纤维，然后依次经有机硅整理剂乳液浸渍、浸轧和烘焙工艺处理，在假发纤维表面自交联成膜、或与假发纤维中基团反应成膜，即制备得到具有储热调温功能的合成纤维假发；所述相变储能材料的相变温度范围是30~38℃、且热焓值不小于100J/g；所述有机硅整理剂乳液为一种以上具有不同改性基团的聚（二甲基）硅氧烷微乳液，且有机硅整理剂乳液中有机硅整理剂质量分数为1~50%；所述合成纤维假发的直径为20~200μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成纤维假发制造技术，具体为一种以相变储能材料为改性成分的合成纤维假发的制备方法。
背景技术
一般来说，假发用材料主要是人发、动物毛发等天然材料以及较粗的合成纤维制备。使用人发等天然材料制造的假发档次较高，但目前面临原料短缺问题，价格昂贵。而使用聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维和聚氯乙烯纤维等合成纤维制造的假发，手感、光泽以及使用性能较差，属于低档次产品。通过添加不同的功能填料以提高合成纤维假发档次的研究一直在进行中。中国发明专利CN101897489通过添加刺激相应性聚合物如热塑性共聚物、热塑性高聚物的共混物或热固性聚合物等，采用纺丝的方法制备了具有形状记忆功能的假发。中国发明专利CN101994166A公开了一种用于假发的负离子聚氯乙烯纤维，该负离子纤维以聚氯乙烯为基体，加入粒径在0.1～3μm的负离子粉体，以及多种树脂、稳定剂等，将上述混合物按一定比例在混合槽均匀混合后，经熔融纺丝制得用于假发的负离子聚氯乙烯纤维。中国发明专利CN1986916A中公开了一种将动物蛋白添加在纺丝原液中制备手感良好的合成发技术。中国发明专利CN1974894A公开了一种将动物毛发微粉添加在纺丝原液中制备手感良好的合成发技术。
在申请人检索范围内，这些现有技术均未提及假发的(温度)舒适性和卫生性问题：假发有一定的厚度(质量)，本身洗涤、梳理不便，在使用过程中存在内部温度高、散热困难等问题，容易造成局部出汗，导致细菌滋生，使舒适性和卫生性下降。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明拟解决的技术问题是，提供一种合成纤维假发的制备方法。该制备方法具有制备工艺相对简单、适于工业化生产等特点。该制备方法所得的假发具有储热调温功能，能够依据环境温度的变化，自动的吸收、储存或释放出热量，从而可使人头部更长时间处于一种温度适宜的微气候环境中，降低热应激，减少局部出汗和细菌滋生，从而有效提高了假发的档次、舒适性和卫生性。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，设计一种合成纤维假发的制备方法，该制备方法采用以下工艺：先将相变储能材料熔融后，加至天然高分子原液或成纤聚合物原液中乳化，再经溶液纺丝方法制成直径在20～200μm的初生假发纤维，然后依次经有机硅整理剂乳液浸渍、浸轧和烘焙工艺处理，在假发纤维表面自交联成膜、或与假发纤维中基团反应成膜，即制备得到具有储热调温功能的合成纤维假发；
所述相变储能材料的相变温度范围是30～38℃、且热焓值不小于100J/g；在合成纤维假发中相变储能材料的质量分数为5～50％，天然高分子材料或成纤聚合物材料质量分数控制在95～50％；所述天然高分子原液是指质量浓度为5～30％的纤维素溶液、壳聚糖溶液或海藻酸钠溶液；所述成纤聚合物原液是指质量浓度为5～30％聚丙烯腈溶液、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物溶液、聚氯乙烯或聚乙烯醇溶液；所述有机硅整理剂乳液为一种以上具有不同改性基团的聚(二甲基)硅氧烷微乳液，且有机硅整理剂乳液中有机硅整理剂质量分数为1～50％；所述浸渍工艺是指在10～60℃的所述有机硅整理剂乳液中，浸渍处理假发10～120min，所述烘焙工艺是指在100～150℃下，烘焙处理假发1～30min；所述合成纤维假发的直径为20～200μm。
与现有技术相比，本发明制备方法直接将相变储能材料纺入合成纤维假发中，并用有机硅整理剂涂覆处理纤维假发表层，制备工艺相对简单、适于工业化生产等特点。本发明采用相变储能材料改善合成纤维假发的舒适性和卫生性，赋予合成纤维假发在头部适宜温度的上下自动吸收和放出热量的功能，从而使得假发内部温度相对恒定，大大改善了假发的舒适性和卫生性，提高了合成纤维假发的档次和品质，有机硅整理剂处理后的纤维假发具有阻燃性能，同时兼具柔软滑爽、耐磨、防污和毛发感强等特色。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明：
本发明设计的合成纤维假发(简称假发或合成发)的制备方法(简称制备方法)，其工艺思路是将适宜的相变储能材料熔融后，加至天然高分子材料原液或成纤聚合物纺丝原液中乳化，经溶液纺丝方法制成直径在20～200μm的初生假发纤维，然后在有机硅整理剂乳液中浸渍适当时间后，经浸渍、浸轧和烘焙工艺处理，在假发纤维表面自交联成膜或与假发纤维表面基团反应成膜，制备得到具有储热调温功能的合成纤维假发。
所述相变储能材料是指相转变温度在30～38℃之间，且热焓值不小于100J/g的相变储能材料，如正十九烷、正二十烷、1-十三醇、1-十四醇、正癸酸和可可脂等或任意两种所述相变储能材料任意比例的混合物。当使用两种相变储能材料混合物时，其质量比为1∶2～2∶1时，产品效果较佳。本发明之所以限定这样的相变储能温度范围是由于人头部的温度在此温度范围时最为舒适，超出此温度范围则舒适性下降。
所述的天然高分子材料原液或溶液是指质量浓度为5～30％的纤维素溶液、壳聚糖溶液或海藻酸钠溶液等，其可以通过溶液纺丝工艺制成合成纤维。
所述的成纤聚合物原液或溶液是指质量浓度为5～30％的聚丙烯腈溶液、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物溶液、聚氯乙烯或聚乙烯醇溶液等。
所述假发中的相变储能材料质量分数应控制在5～50％，天然高分子材料或成纤聚合物材料质量分数控制在95～50％。相变储能材料的料质量分数低于5％，储能功能不明显，失去本发明的意义，而高于50％，则造成合成纤维假发的制备工艺难度加大，制成的假发物理力学性能也不能满足要求。
所述的有机硅整理剂乳液为一种以上具有不同改性基团的聚(二甲基)硅氧烷微乳液，主要包括羟基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液，氨基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液，羧基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液，巯基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液，酯基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液，环氧基改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液或聚醚改性聚(二甲基)硅氧烷微乳液等，但不局限于此。初生假发经有机硅整理剂浸渍、浸轧、烘焙等工艺处理后，有机硅整理剂在假发纤维表面自交联成膜或与假发纤维中基团反应成膜，可以防止相变储能材料的渗透或泄漏，同时也使假发更加柔软爽滑，使之更接近人发品质。
所述的有机硅整理剂乳液中有机硅整理剂的分数应控制在1～50％。有机硅整理剂质量分数低于1％，难以在假发纤维表面形成结构致密的保护膜，无法有效阻止使用过程中相变储能材料的渗漏，而质量分数高于50％的有机硅整理剂乳液粘度偏高，会增加合成纤维假发的后处理工艺难度，也不宜采用。
所述假发的浸渍工艺是指在10～60℃的所述有机硅整理剂乳液中，浸渍处理假发10～120min，处理时间少于10min，假发纤维无法充分吸附足够的有机硅整理剂，而处理时间大于120min，则会降低假发纤维的生产效率；浸渍后的假发经常规浸轧处理后先烘干至恒重，然后在100～150℃下烘焙处理假发1～30min；处理时间少于1min会导致纤维表面的有机硅整理剂交联不充分，而处理时间过长，同样会降低假发纤维的生产效率。
利用本发明所述的制备方法可以制得具有储热调温功能的合成纤维假发，制备工艺相对简单、适于工业化生产。该假发纤维由于采用相变储能材料为添加剂，可以在头部适宜温度的上下自动吸收和放出热量，从而使得假发内部温度相对恒定，大大改善了假发的舒适性(一般在3～5hr内保持舒适)和卫生性，提高了合成纤维假发的档次和品质。该发套可反复洗涤和梳理使用。同时，经有机硅整理剂处理后的某些假发还具有阻燃性能，同时兼具柔软滑爽、耐磨、防污和毛发感强等特色。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例，但具体实施例仅是为了进一步详细叙述本说明，并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
将500g复配乳化剂(225g Span-80和275g Tween-80)加入含有8kg 20wt％聚丙烯腈的N，N-二甲基甲酰胺溶液中混合均匀得到体系A；然后将熔融温度为32℃、熔融热焓为220J/g的500g正十九烷熔融后缓缓加入体系A中，混合均匀后在8000rpm速度下高速剪切乳化，乳化50min后得到均一稳定的乳液，乳滴平均粒径为1μm；然后在常规工艺下纺丝，得到单丝直径为40μm的腈纶纤维，将干燥至恒重的1kg干燥的腈纶纤维放入浓度为50wt％的羟基改性聚硅氧烷有机硅整理剂乳液中，用醋酸调节pH值至5，在55℃浸渍1hr后，取出水洗并轧干，然后经100℃烘干至恒重和130℃高温烘焙5min后，即得到性能优良的储热调温聚丙烯腈假发纤维。
差示扫描量热法测定假发纤维在20～40℃范围的吸热量为65.3J/g。该纤维经常规工艺编织成假发(套)后在模拟头部温度环境下进行测试，发现假发(套)在头部适宜温度的上下自动吸收和放出热量，从而使得假发内部温度相对恒定，且恒定时间不低于3hr。该发套可反复洗涤和梳理使用。
实施例2
首先将150g聚合度为1755的聚乙烯醇溶解在1kg去离子水中，然后添加5g十二烷基苯磺酸钠配置成均一水相A。将熔融温度为38.0℃、熔融热焓为205J/g的75g1-十四醇熔融后，加入到所述水相A中，10000rpm速度下剪切乳化30min后得到均一稳定的乳液，乳滴平均粒径为0.1μm，然后在常规工艺下纺丝，经牵伸、缩醛化等后处理可得到单丝直径为20μm的储热调温维纶假发。
配制10wt％的氨基改性有机硅整理剂的去离子水乳液，并调节pH值至9形成工作液待用，将干燥至恒重的假发纤维在60℃的工作液浸渍1hr，然后浸轧2次，取出水洗并晾干，浸轧率达到90％后，将烘干至恒重的假发纤维在120℃下烘焙20min后，即得到性能稳定的储热调温聚维纶假发。
差示扫描量热法测定纤维假发在30～40℃范围的吸热量为34J/g，经计算假发中的胶囊含量为16.58wt％。该假发经常规工艺编织成假发(套)后在模拟头部温度环境下进行测试，发现假发(套)在头部适宜温度的上下自动吸收和放出热量，从而使得假发内部温度相对恒定，且恒定时间不低于2hr。该发套可反复洗涤和梳理使用。
实施例3
首先将2kg苯乙烯-马来酸酐共聚物和0.9kg粘度为900cps海藻酸钠溶解在17.1kg去离子水中，配制成均一水相体系A。将2kg的正二十烷熔融后混合均匀，然后加入到水相体系A中均匀混合，最后在超声波和高速剪切下乳化，得到乳滴粒径在0.2～1.5μm范围的稳定乳液。静置脱泡后，在常规溶液纺丝机器上纺丝，凝固浴为5wt％的CaCl2水溶液，pH值为3，初生纤维经牵伸，热定型后卷绕成丝，得到平均直径为80μm的纤维，采用质量比例为6∶1的酯基改性聚二甲基硅氧烷和环氧基改性聚硅氧烷混合微乳液对纤维进行免烫整理，整理剂质量浓度为1wt％，pH值控制在5，浸轧两次后烘干至恒重，然后在150℃下烘焙处理5min后，即得到柔软顺滑的纤维假发，然后编织成头套。当外界温度变化时，该头套佩戴者感觉舒适时间较普通假发长一倍以上。此外，海藻酸钙具有阻燃性能，所以制成的假发头套也具有阻燃性能，极限氧指数大于26％。
实施例4
称取500g壳聚糖、10g十二烷基硫酸钠、15g甘油加至10kg的水，溶胀2hr，开始升温至45℃，搅拌至壳聚糖完全溶解得到溶液A；将50g正十九烷和50g1-十四醇熔融后搅拌混合均匀，得到复合型相变储能材料待用；在高速剪切乳化作用下，将相变储能材料缓缓倒入溶液A中，10000rpm速度下剪切乳化60min后得到均一稳定的乳液，乳滴平均粒径为1.5μm，然后在常规溶液纺丝工艺下，经喷丝、凝固成形、拉伸等，凝固浴为10wt％的NaOH水溶液，制备成具有一定机械强度、直径为200μm的储热调温天然假发。
采用质量分数为25％的环氧基改性聚硅氧烷微乳液对干燥至恒重的纤维进行免烫整理，两浸两轧后在80℃下烘干至恒重，然后在125℃下烘焙10min，在假发表面即可覆盖一层极薄的有机硅膜，并与纤维化学结合而改善了纤维表面的密封性和柔软顺滑性。这种以天然高分子为基材、性能稳定的储热调温假发绿色环保，同时具有双向调温功能。此外，这种复合壳聚糖纤维假发具抗菌、防霉、去臭、吸湿、保湿、柔软和染色性好等优点。
实施例5
将1kg正癸酸，将0.1kg复配乳化剂(45g Span-80和55g Tween-80)加入含有19.9kg 15wt％丙烯腈-偏氯乙烯共聚物溶液中混合均匀得到体系A；然后将正十九烷熔融后，缓缓加入体系A中，混合均匀后在15000rpm速度下高速剪切乳化得到均一稳定的乳液，然后在常规溶液工艺下纺丝，得到单丝直径为140μm的腈氯纶纤维，将纤维干燥至恒重备用；
配制25wt％的酯基改性有机硅整理剂乳液，将干燥至恒重的假发在40℃的有机硅整理剂乳液中浸渍1hr，然后浸轧2次，浸轧率达到90％后在100℃下烘干至恒重，然后在130℃下烘焙处理15min，即得到性能稳定的储热调温腈氯纶假发。佩戴该假发，具有自动吸放热功能，可增强头套的舒适性，提高假发的档次，且由于腈氯纶本身具有阻燃性，制成的具有温度调节功能的合成纤维假发也具有阻燃性，经测定极限氧指数在25％以上。
实施例6
将450g可可脂熔融后与0.1kg复配乳化剂(45g Span-80和55gTween-80)混合均匀，与质量分数为18％的再生纤维素的纺丝液50kg混合，搅拌均匀，然后经超声、高速剪切乳化制备稳定的乳液体系，脱泡后纺丝，得到含相变储能材料的粘胶假发纤维，纤维平均直径为80μm。将干燥至恒重的500g干燥的纤维素纤维放入浓度为15wt％的巯基改性聚二甲基硅氧烷微乳液中，在20℃浸渍45min后，取出水洗，并轧干，然后经110℃烘干至恒重、135℃高温焙烘10min后，即得到性能优良的储热调温纤维素假发纤维。
将制得的假发编织成头套，当外界温度变化时，头套佩戴者感觉舒适时间较普通假发长一倍以上。
实施例7
将500g复配乳化剂(225g Span-80和275g Tween-80)加入含有8kg 20wt％聚丙烯腈的二甲基甲酰胺溶液中混合均匀得到体系A；然后将100g正二十烷和400g十三醇熔融后混合均匀，缓缓加入体系A中，混合均匀后在8000rpm速度下高速剪切乳化，乳化60min后得到均一稳定的乳液，乳滴平均粒径为1μm，然后在常规工艺下纺丝，得到单丝直径为40μm的腈纶纤维，将干燥至恒重的1kg干燥的腈纶纤维放入浓度为50wt％的羟基改性聚硅氧烷有机硅整理剂乳液中，用醋酸调节pH值至5，在55℃浸渍1hr，取出水洗，并轧干，然后经100℃烘干至恒重、130℃高温焙烘5min后，即得到性能优良的储热调温聚丙烯腈假发。
差示扫描量热法测定假发纤维在30～40℃范围的吸热量为52.7J/g。该假发经常规工艺编织成假发套后，在模拟头部温度环境下进行测试，发现假发(套)在头部适宜温度的上下自动吸收和放出热量，从而使得假发内部温度相对恒定，且恒定时间不低于2.5hr。该发套可反复洗涤和梳理使用。
实施例8
首先将2kg苯乙烯-马来酸酐共聚物和0.9kg粘度为800cps海藻酸钠溶解在17.1kg去离子水中，配制成均一水相体系A；将质量比为1∶1的1-十四醇和正癸酸混合物熔融后混合均匀，然后加入到水相体系A中均匀混合，最后在超声波和高速剪切下乳化，得到乳滴粒径在0.2～1.5μm范围的稳定乳液；静置脱泡后，在常规溶液纺丝机器上纺丝，凝固浴为5wt％的CaCl2水溶液，pH值为3，初生纤维经牵伸，热定型后卷绕成丝，得到平均直径为80μm的纤维，采用质量比例为6∶1的酯基改性聚二甲基硅氧烷和环氧基改性聚硅氧烷混合微乳液对纤维进行免烫整理，整理剂质量浓度为1wt％，pH值控制在5，浸轧两次后烘干至恒重，然后在150℃下烘焙5min，即得到柔软顺滑的假发。
用所得假发编织成头套。当外界温度变化时，该头套佩戴者感觉舒适时间较普通假发长一倍以上。此外，海藻酸钙具有阻燃性能，所以制成的假发头套也具有阻燃性能，经测定极限氧指数大于26％。
实施例9
以质量比为3∶1的正二十烷和正癸酸混合物替代实施例4中的相变储能材料，其他原料和工艺参数不变，可以获得具有双向调温功能、绿色环保同时兼具抗菌性能的壳聚糖纤维假发。
实施例10
以质量比为2∶3的1-十三醇和正十九烷混合物替代实施例6中的相变储能材料，其他原料和工艺参数不变，可以获得性能优良的储热调温纤维素纤维假发。将制得的假发编织成头套，当外界温度变化时，头套佩戴者感觉舒适时间较普通假发长一倍以上。
比较例1
将5kg的可可脂熔融后混合均匀，然后加入到由2kg苯乙烯-马来酸酐共聚物、0.9kg海藻酸钠溶解和17.1kg去离子水，配制的均一水相体系中；在超声波和高速剪切下乳化，得到乳滴粒径在0.8～7.2μm范围的乳液体系，静置脱泡后，在常规溶液纺丝机器上纺丝，凝固浴为5wt％的CaCl2水溶液，pH值为3，开始可以得到少量连续单丝，但很快断丝严重，并且凝固浴表面浮有油状液滴，相变储能材料过高造成了纺丝困难，假发纤维强度变差，不适合做假发。
比较例2
将100g复配乳化剂(45g Span-80和55g Tween-80)加入含有1.6kg 20wt％聚丙烯腈的DMF溶液中混合均匀得到体系A。然后将500g正二十烷熔融后，缓缓加入体系A中，混合均匀后在8000rpm速度下高速剪切乳化，乳化50min后得到均一稳定的乳液，乳滴平均粒径为1μm，然后在常规工艺下纺丝，得到单丝直径为40μm的腈纶纤维，将纤维干燥至恒重，得到储热调温聚丙烯腈假发纤维。纤维经过5次冷热循环后，表面有油状的相变储能材料渗出，不仅影响调温储能效果，更重要的是影响假发(套)的佩戴，表明不经过有机硅整理剂处理的纤维，不适宜作为假发使用。
Claims (4)
1.一种合成纤维假发的制备方法，该制备方法采用以下工艺：先将相变储能材料熔融后，加至天然高分子原液或成纤聚合物原液中乳化，再经溶液纺丝方法制成直径在20~200μm的初生假发纤维，然后依次经有机硅整理剂乳液浸渍、浸轧和烘焙工艺处理，在假发纤维表面自交联成膜、或与假发纤维中基团反应成膜，即制备得到具有储热调温功能的合成纤维假发；
所述相变储能材料的相变温度范围是30~38℃、且热焓值不小于100J/g；在合成纤维假发中相变储能材料的质量分数为5~50%，天然高分子材料或成纤聚合物材料质量分数控制在95~50%；所述天然高分子原液是指质量浓度为5~30%的纤维素溶液、壳聚糖溶液或海藻酸钠溶液；所述成纤聚合物原液是指质量浓度为5~30%聚丙烯腈溶液、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物溶液、聚氯乙烯或聚乙烯醇溶液；所述有机硅整理剂乳液为一种以上具有不同改性基团的聚（二甲基）硅氧烷微乳液，且有机硅整理剂乳液中有机硅整理剂质量分数为1~50%；所述浸渍工艺是指在10~60℃的所述有机硅整理剂乳液中，浸渍处理假发10~120min，所述烘焙工艺是指在100~150℃下，烘焙处理假发1~30min；所述合成纤维假发的直径为20~200μm。
2.根据权利要求1所述的合成纤维假发的制备方法，其特征在于所述相变储能材料为正十九烷、正二十烷、1-十三醇、1-十四醇、正癸酸或可可脂，或者两种所述相变储能材料任意比例的混合物。
3.根据权利要求2所述的合成纤维假发的制备方法，其特征在于两种所述相变储能材料混合物的混合质量比为1:2~2:1。
4.根据权利要求1所述的合成纤维假发的制备方法，其特征在于所述具有不同改性基团的聚（二甲基）硅氧烷微乳液为羟基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液，氨基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液，羧基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液，巯基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液，酯基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液，环氧基改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液或聚醚改性聚（二甲基）硅氧烷微乳液。
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