專利名稱：一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物及其制備方法，具體地說涉及一種由α-Fe2O3膠體溶液處理的用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單一性能的材料已不再能夠滿足人們的需要。納米技術(shù)的發(fā)展和系列功能納米材料的開發(fā)和市場化為發(fā)展多功能的健康紡織品帶來了契機(jī)。利用納米材料的各種特殊性能從根本上改變化學(xué)纖維原有的物理機(jī)械及化學(xué)性能，已獲得了一系列適合于不同用途的優(yōu)良復(fù)合纖維如抗紫外纖維；抗菌、抑菌和除臭纖維；遠(yuǎn)紅外纖維；導(dǎo)電纖維；防輻射纖維。
研究表明，納米TiO2、ZnO、Al2O3、Fe2O3、Ag2O等具有吸收紫外線、抵抗電磁波的特征，將其少量微粒添加到化纖中，可防止有害紫外線和電磁波輻射的危害。
目前，超微細(xì)α-Fe2O3粒子固著在纖維(如滌綸纖維)表面層通常有兩種方法一是將高聚物經(jīng)適當(dāng)?shù)娜軇┤芙饣蛉廴诤螅尤氤⒓?xì)粒子，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行紡絲加工。用該方法中制備的纖維或織物由于超細(xì)微膠體溶液植入纖維內(nèi)部，表面效應(yīng)較差。二是利用溶膠凝膠技術(shù)涂膜織物，使超微細(xì)膠體溶液固著在纖維(如滌綸纖維)表面。若采用該方法，溶膠在織物上形成干凝膠的過程中膠粒會長大，原來的顆粒不再保持納米級，而且涂膜在纖維表面的超微細(xì)粒子容易脫落。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中膠體溶液與織物結(jié)合不牢、水洗牢度差、膠體溶液容易脫落、屏蔽和抗紫外功能差的缺陷。
本發(fā)明的原理為超微細(xì)α-Fe2O3粒子在高溫條件下由于布朗運動進(jìn)入纖維表面層的微孔，冷卻到室溫時微孔收縮，進(jìn)入微孔中的納米粒子不能再跑出來，這樣使得α-Fe2O3膠體溶液后整理織物成為現(xiàn)實。
本發(fā)明首先提供了一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物，該纖維或織物是通過如下方法制備的A.水解法制備α-Fe2O3膠體溶液往5O-100℃的水中加入Fe3+鹽，使Fe3+鹽溶液的濃度為0.2-43.4mmol/l，調(diào)節(jié)PH值為0.5-4.0，溶液溫度50-100℃保持10-20分鐘；B.在染色機(jī)中，溫度為60-150℃下，用步驟A制備的溶液處理纖維或織物5分鐘-5小時；C.80-200℃烘6-10個小時。
其中步驟A中水解反應(yīng)生成α-Fe2O3膠體溶液時最佳的pH值為0.5-4.0，優(yōu)選的為1.7；pH可以用NaOH、氨水、KOH、HCl、HAc或H2SO4中的一種或其混合物進(jìn)行調(diào)節(jié)；步驟A中所得溶液用滲析法清洗，所述的Fe3+鹽包括FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3中的一種。優(yōu)選的為FeCl3。
其中步驟B中優(yōu)選的溫度為80-130℃，優(yōu)選的處理時間為2-3小時；更優(yōu)選的溫度為100℃；
步驟B中所處理的纖維或織物為化學(xué)纖維及其織物或其混紡織物，以及化學(xué)纖維與天然纖維的混紡織物；化學(xué)纖維包括滌綸、芳綸、尼綸、腈綸、胺綸或錦綸；天然纖維包括棉、麻、絲和毛；步驟C中優(yōu)選的溫度為120℃，優(yōu)選的時間為8小時。
染色機(jī)為臺灣瑞比公司的H-12C型；織物紫外透射測試儀為美國Labsphere公司的UV-1000F型；本發(fā)明還提供了這種纖維或織物的制備方法，包括如下步驟A.水解法制備α-Fe2O3膠體溶液往50-100℃的水中加入Fe3+鹽，使Fe3+鹽溶液的濃度為0.2-43.4mmol/l，調(diào)節(jié)PH值為0.5-4.0，溶液溫度50-100℃保持10-20分鐘；B.在染色機(jī)中，溫度為60-150℃下，用步驟A制備的溶液處理纖維或織物5分鐘-5小時；C.80-200℃烘6-10個小時。
其中步驟A中水解反應(yīng)生成α-Fe2O3膠體溶液時最佳的pH值為0.5-4.0，優(yōu)選的為1.7；pH可以用NaOH、氨水、KOH、HCl、HAc或H2SO4中的一種或其混合物進(jìn)行調(diào)節(jié)；步驟A中所得溶液用滲析法清洗，所述的Fe3+鹽包括FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3中的一種。優(yōu)選的為FeCl3。
其中步驟B中優(yōu)選的溫度為80-130℃，優(yōu)選的處理時間為2-3小時；更優(yōu)選的溫度為100℃；步驟B中所處理的纖維或織物為化學(xué)纖維及其織物或其混紡織物，以及化學(xué)纖維與天然纖維的混紡織物；化學(xué)纖維包括滌綸、芳綸、尼綸、腈綸、胺綸或錦綸；天然纖維包括棉、麻、絲和毛。
步驟C中優(yōu)選的溫度為120℃，優(yōu)選的時間為8小時。
在生成α-Fe2O3膠體溶液的水解反應(yīng)中，F(xiàn)e3+鹽溶液的濃度增大，步驟B中的處理溫度升高，纖維或織物的UPF(紫外線防護(hù)系數(shù)值)值增高。未處理的纖維或織物的UPF值為20，而處理過的纖維或織物的UPF值可達(dá)50，抗紫外線和屏蔽電磁波的效果極佳。
水解反應(yīng)中，在酸性條件下，酸性增大，化學(xué)方程式向左反應(yīng)趨勢增強(qiáng)，生成的α-Fe2O3粒子減少，UPF和K/S值則會減?。粔A性條件下，堿性越強(qiáng)，則會生成Fe(OH)3沉淀，而不是生成α-Fe2O3粒子，所以UPF和K/S值會減小。綜上，隨著pH的增大，UPF和K/S值都是先增后減。
隨著α-Fe2O3膠體溶液整理纖維或織物時間的增加，纖維或織物的表面深度增大，顏色加深，進(jìn)入纖維或織物的超微細(xì)膠體溶液增多，作用時間0-3h范圍內(nèi)K/S值增加較快，3-5h范圍內(nèi)K/S值增加較慢，表明在反應(yīng)時間為2-3h時超微細(xì)膠體溶液在溶液中和纖維或織物內(nèi)部濃度基本達(dá)到動態(tài)平衡?？傊⒓?xì)α-Fe2O3粒子溶液整理纖維或織物的時間為2-3h較為合適，這時可以達(dá)到較好的表面深度，而且強(qiáng)力損失不大。
本發(fā)明所制備的織物具有如下優(yōu)點1、水解法制備的α-Fe2O3粒子為納米級，用含有超微細(xì)α-Fe2O3粒子的膠體溶液整理纖維或織物，冷至室溫不易脫落，達(dá)到永久固著的目的。
2、用α-Fe2O3膠體溶液整理纖維或織物，具有很好的紫外線屏蔽作用。用24.8mmol/L的FeCl3溶液配制成的α-Fe2O3膠體溶液能使織物在200-350nm范圍內(nèi)紫外線透過率在1％以下，且水洗牢度較穩(wěn)定。在80℃-130℃整理纖維或織物時，溫度越高，UPF和K/S值越大，并且pH為1.70左右時，UPF和K/S值均較大。
3、用α-Fe2O3膠體溶液整理纖維或織物的干、濕摩牢度和皂洗牢度較好。
4、纖維或織物經(jīng)過整理后有較好的電磁屏蔽作用，屏蔽率在90％左右，并且耐洗滌性較好。因為α-Fe2O3膠體溶液有一定的磁性，高溫時能進(jìn)入纖維的無定形區(qū)，并且能永久固著在纖維內(nèi)部，可以用來生產(chǎn)磁性纖維或織物，該方法國內(nèi)還未見報道，有一定的開創(chuàng)意義。
5、超微細(xì)α-Fe2O3粒子具有鐵磁性質(zhì)，經(jīng)恰當(dāng)處理后利用其制成的服裝，不僅能抵抗紫外線和電磁波輻射，還具有消炎抗腫、降壓、改善血液粘滯度及微循環(huán)的功能，而且穿著舒適。
6、處理工藝簡單，省時、省力，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
圖1膠體溶液整理滌綸前后紫外線透過率其中a、未處理滌綸；b、1#滌綸；c、2#滌綸圖2膠體溶液整理滌綸洗滌前后紫外線透過率其中a、2#皂洗；b、2#滌綸具體實施方式
實施例1A.用80℃濃度43.4mmol/l的FeCl3溶液用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)pH為1.7，水解為α-Fe2O3膠體溶液；B.在染色機(jī)中100℃處理滌綸纖維2小時；C.120℃烘8個小時。
按照SJ20524-95《材料屏蔽效能的測試方法》對100℃處理后的滌綸進(jìn)行電磁屏蔽效能測試，此標(biāo)準(zhǔn)為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與美國ASTM4935的測試方法相同，分別選擇在30MHz、100MHz、300MHz和1000MHz頻率下測試屏蔽效能值，這四個頻率基本上代表人們生活中經(jīng)常遇到的電磁波輻射頻率。30MHz是一個臨界頻率值，一般家用電器的輻射頻率均在30MHz以上。家用彩色電視機(jī)正常使用時的輻射頻率一般為68～300MHz，電腦的輻射頻率在1000MHz以下，手機(jī)的輻射頻率在1000MHz左右，測試結(jié)果如表1所示表1 整理后的滌綸電磁波屏蔽效果
從表1數(shù)據(jù)可知，用α-Fe2O3膠體溶液整理后的滌綸有一定的電磁屏蔽效果，屏蔽率達(dá)90％左右，洗滌10次后，其屏蔽效能值基本不變，說明耐洗滌性能較好。
實施例2紫外線屏蔽效果研究用60℃濃度為6.2mmol/l(1#)、24.8mmol/l(2#)的FeCl3溶液120ml制備出所需膠體溶液，在紅外高溫高壓染色機(jī)中130℃處理滌綸(6cm*10cm)2h，然后在180℃焙烘8h。測試整理滌綸前后的紫外線透過率，如圖1所示。
從圖1可以看出，經(jīng)過超微細(xì)α-Fe2O3膠體溶液整理后的滌綸，紫外線透過率明顯降低，有很好的抗紫外線效果，并且濃度越大，效果越好。用24.8mmol/l的FeCl3溶液配制成的α-Fe2O3膠體溶液處理后的滌綸在200-350nm范圍內(nèi)紫外線透過率在1％以下。
實施例3皂洗對織物紫外線屏蔽效果的影響將實施例2中濃度為24.8mmol/l(2#)的FeCl3溶液120ml制備出的膠體溶液處理后的滌綸，用5g/l的標(biāo)準(zhǔn)皂液100ml在40℃洗滌30min，洗滌前后紫外線透過率對比見下圖2。
由圖2可發(fā)現(xiàn)，織物紫外線屏蔽效果幾乎不變，說明超微細(xì)α-Fe2O3粒子在滌綸內(nèi)部牢度較好，有較好的耐洗性。
實施例4用50℃濃度分別為6.2、12.4、18.6、24.8、31.0、37.2和43.4mmol/l的FeCl3溶液120ml配制出所需超微細(xì)膠體溶液，分別在80℃、100℃、110℃、120℃、130℃處理腈綸(6cm*10cm)2h，測試腈綸整理后紫外線屏蔽效果和表面深度，如表2所示。
表2 不同濃度不同溫度整理腈綸后UPF和K/S值
目前，國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)對紡織品的防紫外線性能一般都使用UPF值，即紫外線防護(hù)系數(shù)值進(jìn)行評定。UPF值越大，表明防紫外線性能越好。當(dāng)UPF＞30時，并且UVA的透過率小于5％時，稱為防紫外線產(chǎn)品，而當(dāng)UPF＞50時，則表明該產(chǎn)品的紫外線防護(hù)性能極佳，防護(hù)等級標(biāo)識為UPF50+。
測量樣品表面深度最常用的公式是庫貝爾卡—蒙克函數(shù)，即我們常說的K/S值，其中K為被測物體的吸收系數(shù)，S為被測物體的散射系數(shù)，被測物體為無限厚時的反射率因數(shù)常常取最大吸收波長的值，即具有最低反射率波長下的值。K/S值越大顏色越深，即有色物質(zhì)濃度越高，K/S值越小則顏色越淺。
從表2可以看出，濃度增大，溫度升高，UPF值和K/S值均增大。未處理的胺綸UPF值為20，130℃處理后UPF值可達(dá)50+，抗紫外線效果極佳。
實施例5用90℃濃度分別為0.2、4.2mmol/l的FeCl3溶液120ml配制出所需超微細(xì)膠體溶液，分別在60℃、130℃處理滌綸與棉的混紡織物(6cm*10cm)20分鐘，80℃烘10小時，最后測得UPF值和K/S值分別為30和19.57。對100MHz頻率的電磁波屏蔽率為89％。
實施例6用100℃濃度分別為1.2、5.2mmol/l的FeCl3溶液120ml配制出所需超微細(xì)膠體溶液，分別在120℃、150℃處理滌綸與棉的混紡織物(6cm*10cm)5分鐘，200℃烘6小時，最后測得UPF值和K/S值分別為35和22.45。對100MHz頻率的電磁波屏蔽率為91％。
權(quán)利要求
1.一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物，其特征在于該纖維或織物是通過如下方法制備的A.水解法制備α-Fe2O3膠體溶液往50-100℃的水中加入Fe3+鹽，使Fe3+鹽溶液的濃度為0.2-43.4mmol/l，調(diào)節(jié)PH值為0.5-4.0，溶液溫度50-100℃保持10-20分鐘；B.在染色機(jī)中，溫度為60-150℃條件下，用步驟A制備的溶液處理纖維或織物5分鐘-5小時；C.80-200℃烘6-10個小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維或織物，其特征在于步驟A中所述的Fe3+鹽為FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維或織物，其特征在于步驟A中所述的Fe3+鹽為FeCl3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的纖維或織物，其特征在于步驟B中所處理的纖維或織物為化學(xué)纖維及其織物或其混紡織物，以及化學(xué)纖維與天然纖維的混紡織物；其中化學(xué)纖維為滌綸、芳綸、尼綸、腈綸、胺綸或錦綸；天然纖維為棉、麻、絲或毛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的纖維或織物，其特征在于所述的步驟A中pH值為1.0-2.0；所述的步驟B中的溫度為80-130℃，處理時間為2-3小時；所述的步驟C中的溫度為120℃，處理時間為8小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維或織物，其特征在于所述的步驟A中pH值為1.7；所述的步驟B中溫度為100℃。
7.一種用于制備權(quán)利要求1-6任一項所述的纖維或織物的方法，其特征在于該方法包括如下步驟A.水解法制備α-Fe2O3膠體溶液往50-100℃的水中加入Fe3+鹽，使Fe3+鹽溶液的濃度為0.2-43.4mmol/l，調(diào)節(jié)PH值為0.5-4.0，溶液溫度50-100℃保持10-20分鐘；B.在染色機(jī)中，溫度為60-150℃下，用步驟A制備的溶液處理纖維或織物5分鐘-5小時；C.80-200℃烘6-10個小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述的步驟A中pH值為1.0-2.0，所述的Fe3+鹽為FeCl3、Fe(NO3)3或Fe2(SO4)3中的一種；所述的步驟B中的溫度為80-130℃，處理時間為2-3小時；所述的步驟C中的溫度為120℃，處理時間為8小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征在于所述的步驟A中pH值為1.7，所述的Fe3+鹽為FeCl3；所述的步驟B中溫度為100℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于屏蔽電磁波和抗紫外的纖維或織物及其制備方法，該纖維或織物是由α－Fe
文檔編號D06M101/32GK1804197SQ20051011196
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者陳小立, 郭立民, 陳少梅, 孔祥國, 李登新, 毛志平, 朱泉 申請人:東華大學(xué)