專利名稱：竹炭多功能復合粉體的結構及其在纖維制造中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種竹炭多功能復合粉體的結構及其在纖維制造中的應用，利用一 種較高比重的遠紅外線微細粉體與負離子功能性微細粉體，直接黏結于竹炭粉體表 面形成復合粉體，使其比重改變至與纖維原料相近，在應用于纖維制造中時，有利 于粉體在纖維原料中的分散性。
背景技術：
竹炭是采用五年以上的高山孟宗竹經100(TC高溫燒制而成，臺灣高山孟宗竹成 長過程吸收土壤中的堿性礦物質如鈣、鐵、鎂、鉀...等，成熟竹炭所含礦物質易融 于水中，能中和水之PH值使其介于7.5 8.5之間的弱堿性，對人體極有幫助，另 竹炭多孔特性可吸附自來水中的氯與其它異味，活性炭特性可除去三鹵甲莞使其無 毒化，使水質變得甜美甘醇，有益健康。
一般的竹炭粉與纖維的結合方式有使用黏結劑或直接加入原料中抽成纖維絲 兩種，前者如中國專利第CN1690300號及第CN2663487號、日本專利公開號第 JP2005068565號及第JP11323747號所述，后者如中國專利第CN1607271號及第 CN1558007號所述；
該纖維制品為增加其功能特性，以竹炭粉混合不同功能的材料來提高整體產品 的功能特性，如中國專利第CN1690130號、第CN1689408號及第CN1618888號、 日本專利公開號第JP10043584號；
混合竹炭的粉體再以黏結劑形成涂層或特定外觀結構的產品，如中國專利第 CN1718268號、第CN1515199號、第CN1647915號、第CN1695931號、第CN2612530 號、美國專利號第US6509294號及日本專利公開號第JP2000343639號、第 JP2004180864號；
將含竹炭的纖維以混紡方式形成功能性纖維，如中國專利第CN1730741號及第 CN1733985號及日本專利公開號第JP2003118024號；
而目前與竹炭粉關連的既有產品，以混合黏結劑外加方式使用居多，其是在纖 維中含竹炭粉，延用既有的纖維工藝，將竹炭粉以添加物的方式來制作為主，由于
竹炭粉體比重低，與纖維原料混合時容易產生分散不均的結果，其雖可經由分散劑
的添加改善，然添加量仍受限于2wty。以下，導致添加于纖維中的竹炭粉含量無法 太高，因而影響可以產生的功能效果，此外，添加不同材料為增加纖維的功能特性 的常用方法，則是利用混合后的粉體作為添加物，經既有的纖維工藝制作成多功能 性的纖維制品，由于添加的粉體比重大不相同，在纖維中的均質分散性不易控制， 導致纖維的特性不均，又若將添加的粉體微細化以提高添加物的表面積，其雖可在 比較低的添加量下得到好的功能特性，唯對比重不同的粉體仍會造成均質性不佳的 結果，尤其使用的粉體比重太低，使均勻分散粉體到纖維中相當困難；
因此，對不同比重，尤其包含低比重粉體的添加物，如何改質使其在既有的纖 維工藝中可以得到均質分散，進而提高纖維中的粉體添加量以改善功能特性，即為 本發明所欲解決的技術困難點的所在。
發明內容
本發明的目的是提供一種竹炭多功能復合粉體的結構及其在纖維制造中的應用。
本發明提供的一種竹炭多功能粉體，是利用一種較高比重的遠紅外線粉體與負 離子功能性微細粉體黏結于竹炭粉體表面，形成比重可調整的復合粉體。使其在與 化纖原料混合時不會有以往竹炭粉比重太低導致偏析的問題，復合粉體比重調整至 與化纖原料接近時，可以得到最好的分散性，這樣可添加的復合粉體含量最大。以 本發明制作的母料中復合粉體含量可高達38%不會產生微裂痕，其在纖維中的最終 含量亦可提高至4wt。/。以上，為高粉體添加量纖維的重要制作方法。配合黏結于竹 炭粉體表面的微細粉體的功能特性，可大幅提高纖維的遠紅外線放射(92%以上) 與負離子產生率(3500個/cn^以上)，比純使用竹炭粉制作的纖維有更好的功能特
性，借由高比重的表面微細粉體黏結，提高竹炭粉在纖維中的分散性，使其更能發 揮竹炭粉的消臭功能，本發明利用lwto/。的粉體含量就可使纖維的氨氣消臭率達97n/。 以上，明顯優于現有技術方式制作的竹炭纖維。
具體來說，本發明的竹炭多功能復合粉體的結構，其特征在于，以微量黏結劑
將微細納米化的、比重較高于竹炭的遠紅外線粉體及負離子功能性粉體載于竹炭粉 體表面形成復合粉體，利用載負物的較高比重來增加復合粉體的比重，且該復合粉 體比重可以遠紅外線粉體及負離子粉體的黏結比例來調整，因此可以調整到與纖維的比重相同或相近。本發明調整后的該復合粉體比重為0.8 4.0之間。
而本發明的竹炭多功能復合粉體在纖維制造中的應用，其特征在于，將該復合 有遠紅外線微細粉體和負離子功能性微細粉體的竹炭粉體，與切片的纖維原料混 合，混練、擠壓成型，形成母粒，該母粒再與纖維原料混合，通過抽絲、紡紗加工 制成功能性纖維。該母粒中含有的復合粉體量為0 38wt。/。；而纖維中含有的復合粉 體量為0~4wt%。
本發明所用遠紅外線微細粉體可以是納米金屬氧化物或礦石；所用負離子功能 性微細粉體可以是納米級金屬氧化物或礦石；纖維原料可以是各種人造纖維或合成 纖維原料(例如人造絲、尼龍、聚丙烯、聚酯等)。
圖1為表面黏結遠紅外線與負離子的竹炭粉體所形成的復合粉體電子顯微鏡與 結構示意圖。
圖2為不同比重的復合粉體可以獲得的最高添加量。
圖3為添加16 wty。復合粉體的聚酯母料截面的電子顯微鏡影像。
圖4為添加38 wt。/。復合粉體的聚酯母料截面的電子顯微鏡影像。
圖5為添加復合粉體的聚酯纖維和添加純竹炭粉的聚酯纖維負離子產生量比較。
附圖標號說明10-負離子功能性微細粉體；ll-竹炭粉體；12-遠紅外線粉體。
具體實施例方式
為使方便簡捷了解本發明的其它特征內容與優點及其所達成的功效，茲將本發 明配合附圖詳細說明如下
如圖1所示，其是竹炭粉體11與遠紅外線粉體12、負離子功能性微細粉體10 結合的納米炭粉體復合結構；
利用研磨工藝制得次微米級的竹炭粉體11作為母體，該竹炭粉體11粒徑范圍
為0.1μm lμm，以微量黏結劑將微細納米化(粒徑范圍20nm 200nm)的遠紅外 線粉體12 (金屬氧化物或礦石)及負離子功能性微細粉體10 (納米級金屬氧化物) 載于該竹炭粉體ll之上，形成緊密接合的完整結構，竹炭粉體ll表面載有微細化 的遠紅外線粉體12與負離子功能性微細粉體10，利用附著粉體的高比重載負物(其
比重為4.0~7.0)來增加復合粉體的比重，其復合比重可依竹炭粉體11載體、及竹 炭粉體載體上的遠紅外線粉體12及負離子功能性微細粉體10黏結比例來調整，其 可制作的復合粉體比重范圍為0.8 4.0之間；前述所用的微量黏結劑，為本行業常 用的常規黏結劑。
將已復合遠紅外線粉體12和負離子功能性微細粉體10的竹炭粉體11，與纖維 原料，如人造絲(Rayon)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(PP)、聚酯，所述聚酯例如是 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯(acrylic)等或其它合成纖維材料切片 混合，然后通過混練、擠壓成型，則可加工制成含竹炭、遠紅外線、負離子三種功 效的合成纖維母粒，因該復合粉體制作將比重較低的竹炭粉體與比重高的遠紅外線 粉體、負離子功能性微細粉體緊密結合，所得的復合粉體具有較一般工藝僅單純混 合竹炭、遠紅外線、負離子粉體，更均勻的密度，且三種粉體已預結合成一新的粉 體粒子，不會隨混合過程而產生偏析現象，因此在合成纖維母粒工藝中，混練均勻 性可以大幅提高，并克服傳統因比重不同而分散不均的問題，因為調整復合粉體的 比重可以改善粉體分散性，該復合粉體在母粒中比例可較一般工藝中的添加物來的 廣，使母粒中的中粉體添加范圍可大幅提高到38 wt%以上；
竹炭比重約0.8而PET比重約1.3，因竹炭密度較PET低，因此傳統添加竹炭 的纖維工藝中，竹炭細粉常會在工藝中浮出表面而形成凝團，破壞纖維機械性質及 觸感，而與比重較高的遠紅外線、負離子功能性微細粉體混合時，亦會有混練分散 不均的問題；
本發明使用復合方式的粉體，調整表面附著的高比重粉體量，借以改變復合粉 體的比重，以達到不同比重復合粉體分散至人造纖維或合成纖維(例如聚酯)材料 中的最佳添加量，請再參閱圖2所示，改變peff/pPET比值可調整納米炭粉體在母粒
中的最高粉體固含量，其中peff與PPET分別代表復合粉體與聚酯材料的比重，當Peff
/pPET =1時，因混練分散最為均勻，因此粉體固含量可大幅提高到38wt％，遠高 于既有添加竹炭粉體ll的纖維母粒，且不同比重的復合粉體可以獲得最高添加量； 請參閱圖3所示，是本發明添加16 wt％復合粉體的聚酯母料截面的電子顯微鏡 影像，透過調整復合粉體的比重借以改善粉體分散性，令該復合粉體在母粒中比重 范圍可較一般工藝中的添加物來的廣，使得該母粒中粉體添加范圍可大幅提高到38 wt％以上；
又該圖4為本發明添加38 wt。/。復合粉體的聚酯母料截面的電子顯微鏡影像，顯示添加量在38%的粉體在母料中仍能有好的均勻分散性，不會有團聚或母料產生微 裂痕的現象，分散均勻且高粉體添加量的母料可以使制作的纖維中粉體含量大幅提 高，有助于進一步改善纖維的功能特性；
請再參閱圖5所示，其為本發明將添加復合粉體的聚酯纖維與添加純竹炭粉的 聚酯纖維的負離子產生量標示作為比較，利用含復合粉體(含量30wtn/。的)母料與 聚酯原料混合，通過抽絲、紡紗加工制成功能性纖維，其制成的短纖中復合粉體最 高可達4.0wt。/。，并經紡織制作成不織布來測試功能特性，其測試結果如圖四所示，
其中包括遠紅外線放射率、負離子產生量與氨氣的去除效果，因纖維中復合粉體含 量較一般功能性纖維提高許多，因此可大幅提高其消臭、遠紅外線放射與負離子產 生的效果。由于粉體間的高低比重及相互作用性，使各種功能特性皆隨著纖維中復
合粉體含量提高而增加，其消臭率最高可達99.89% (僅添加lwty。即可達97y。以上 的消臭率)，遠紅外線達92%(—般竹炭小于89%)，負離子釋放率可達3500個/cm3 (當以2wt。/。竹炭添加時，該負離子釋放率只有1600 2000個/cm3)，顯見本發明以 復合方式制作的粉體可增加纖維中的粉體含量，進而得到比現有技術使用竹炭粉添 加更好的功能性。
為使本發明更加顯現出其進步性與實用性，茲與現有技術作一比較分析如下
現有技術
1、 竹炭粉體比重低，與纖維原料混合時容易產生分散不均的結果，添加量受
限于2wt。/。以下，導致添加于纖維中的竹炭粉含量無法太高，影響可以產生的功能效 果。
2、 由于添加的粉體比重與纖維原料大不相同，在纖維中的均質分散性不易控 制，導致纖維的特性不均，尤其使用的粉體比重太低，對均勻分散粉體到纖維中相 當困難。
本發明優點
1. 因纖維中復合粉體含量較一般功能性纖維提高許多，因此可大幅提高其消臭、 遠紅外線放射與負離子產生的效果。
2. 該復合粉體制作所得的功能性纖維具有較一般工藝均勻的密度，且不會隨混
合過程而產生偏析現象，因此在合成纖維母粒工藝中，混練均勻性可以大幅提高， 并克服現有技術所發生比重不同而分散不均的問題。
權利要求
1.一種竹炭多功能復合粉體的結構，其特征在于以微量黏結劑將微細納米化的、比重較高于竹炭的遠紅外線粉體及負離子功能性粉體載于竹炭粉體表面形成復合粉體，利用載負物的較高比重來增加復合粉體的比重，且該復合粉體比重可以遠紅外線粉體及負離子粉體的黏結比例來調整。
2. 如權利要求1所述的一種竹炭多功能復合粉體的結構，其特征在于，該比重 較高的遠紅外線微細粉體與負離子功能性微細粉體具有4.0 70比重，該粉體粒徑范圍為20nm 200nm。
3. 如權利要求1所述的一種竹炭多功能復合粉體的結構，其特征在于，該竹炭粉體利用研磨法制得，該竹炭粉體粒徑范圍為0.1um lum。
4. 如權利要求1中所述的一種竹炭多功能復合粉體的結構，其特征在于，添加較高比重粉體調整后的該復合粉體比重為0.8 4.0之間。
5. 竹炭多功能復合粉體在纖維制造中的應用，其特征在于，將該復合有遠紅外線微細粉體和負離子功能性微細粉體的竹炭粉體，與切片的纖維原料混合，混練、 擠壓成型，形成母粒，該母粒再與纖維材料混合，通過抽絲、紡紗加工制成功能性纖維。
6. 如權利要求5中所述的竹炭多功能復合粉體在纖維制造中的應用，其特征在于，該母粒中含有的復合粉體量為0 38wt%。
7. 如權利要求5中所述的竹炭多功能復合粉體在纖維制造中的應用，其特征在于，該纖維中含有的復合粉體量為0 4wt%。
8. 如權利要求5中所述的竹炭多功能復合粉體在纖維制造中的應用，其特征在于，該復合粉體與纖維原料的混合中，所述纖維原料為人造絲、尼龍、聚丙烯、聚 對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯或其它合成纖維材料。
全文摘要
本發明涉及一種竹炭多功能復合粉體的結構及其在纖維制造中的應用，利用比重高的遠紅外線微細粉體及負離子功能性微細粉體，黏結于竹炭粉體表面形成具多功能的復合粉體，控制比重較高的粉體含量以調整竹炭粉體的等效比重，使其接近于纖維原料的比重，有利于竹炭粉體在纖維中的分散性，同時提高功能粉體的添加量。以此粉體配合各種纖維原料制成母料，再與纖維混合，紡成紗線。以此解決竹炭等低比重粉體在纖維中分散不均的技術難題，進而可提高粉體在母粒中含量，使固含量可達38wt％，纖維制品中的粉體含量最高可達4wt％，大幅提升纖維產品的功能特性。
文檔編號C09C1/44GK101173116SQ20061015019
公開日2008年5月7日 申請日期2006年10月30日 優先權日2006年10月30日
發明者宋家嚴 申請人:華楙生化科技股份有限公司