除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物及含該組合物的纖維及纖維製品的製作方法

2023-06-17 03:43:21 1

專利名稱：除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物及含該組合物的纖維及纖維製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及以銀或銀化合物做為必須成分的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物。更詳言之，本發明涉及以氧化鋁、矽石和氧化鈦所選出的至少一種、鉑、鈀、銦、銠及其化合物所選出的至少一種，及銀和銀化合物所選出的至少一種做為主成分的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物、及混入此組合物的纖維及使用此纖維的纖維製品。
為了經遠紅外線予以加熱、乾燥，必須令遠紅外線放射材料為具有適於被輻射體吸收區域的波長。例如，於人體的體溫附近(34-37℃)，若波長的波峰為8-14μm則作用效果大。
因此，積極進行於廣泛波長區域下，可放射出遠紅外線的高效率遠紅外線放射材料的發明，本發明的發明者為滿足此類需要，迄今已進行加入鉑的遠紅外線放射用陶瓷粉末(特開昭62-184088號公報、特開3-190990號公報等)的發明。
另外，此類遠紅外線放射用粉末陶瓷的用途已揭示於合成纖維中分散混入此陶瓷的發明(特開平3-190990號公報)，將遠紅外線放射用粉末於尼龍溶液或聚酯溶液中混合，並以管嘴噴射成形為線狀物，並與現存的線材合股加捻形成織物用捻線的發明(特開平3-241025號公報、特開平4-73226號公報)。
本發明的發明者等人已發明的遠紅外線放射用的粉末陶瓷均于波長4μm或4μm以上的區域的能量比率高，且通常於3-12μm的波長區域中有效。但是，期望具有更廣的波長領域，且以更高效率放射遠紅外線，並且具有接近黑色體的均勻放射性能的遠紅外線放射用的陶瓷粉末或組合物。
另一方面，隨著家庭環境的西洋化，冷暖房設備的普及，使得室內的乾燥及其所引起的靜電影響變得顯著。化學纖維等的合成樹脂已廣泛用做為住宅用品和家電製品。這些合成樹脂因為廉價且耐久性等優異，故具有更常被使用的傾向。但是，此類合成樹脂一般具有易經摩擦而帶電的性質，特別於乾燥狀態下，易引起靜電衝擊、飛塵附著等現象，故發生各式各樣的問題。例如，人若於地毯上行走則帶1000-4000V的靜電，若穿著合成纖維的衣料由沙發站立，則帶3000-5000V的靜電。於此類狀態下，若接觸金屬把手等的導體，則靜電為瞬間性放電，且對人體造成電擊衝擊，引起損害和障礙，有時更引起二次災害。
為了解決此類靜電的問題，已知有結合導電性物質的金屬纖維的方法。但是，具有難調整得到的纖維的電阻，呈不透明，且成型時易於變色等的缺點。另外，也有於纖維中配合有機化合物所構成的防靜電劑的方法。但該防靜電劑慢慢析出到表面，引起表面發粘及表面汙染，而且除靜電性經時惡化早的問題。
因此，本發明的目的是提供可解決含有此類金屬纖維或有機化合物的防靜電劑所伴隨問題的除靜電性優異的組合物、特別是可於纖維中混入的組合物。
更且，本發明的另一個目的是提供比公知的遠紅外線放射材料，於更廣的波長領域下，高效率且均勻放射的遠紅外線放射用組合物。另外，本發明的又一個目的是提供具有優良的遠紅外線放射效果且同時耐久性高、透明性優異的具有除靜電性的組合物。此外，本發明的再一個目的是提供將這些除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物混入的纖維及纖維製品。
另外，本發明為含有前述成分(i)20-60重量％，和前述成分(ii)40-80重量％，和前述成分(iii)0.0005-0.010重量％，和前述成分(iv)0.1-10重量％的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物。
更且，根據本發明的製造方法，使氧化鋁、和矽石及氧化鈦中所選出的至少一種，分別與膠體狀分散的鉑或鉑化合物混合，使各粒子承載鉑且將承載鉑的粒子予以攪拌混合，然後，將銀或銀化合物的粉末混入該粒子中，則可形成除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物。
圖2為本發明的纖維與普通纖維之間的紅外線放射強度的比較曲線圖，在圖2中，符號1表示實施例1、符號2表示實施例2、符號3表示比較例1。
圖3為本發明的纖維與普通纖維之間的光子放射量的比較曲線圖。在圖3中，符號1表示實施例1、符號2表示實施例2、符號3表示比較例1。
在本發明中，優選前述成分(ii)為氧化鈦。另外，優選前述成分(iii)為鉑或鉑化合物。
另外，本發明包括含有0.1-25重量％的上述組合物，和75-99.9重量％的合成高分子材料的除靜電性優異的遠紅外線放射用混合物，含有此混合物的纖維，及使用此纖維的衣類、寢具製品、包裝製品的纖維製品。
而且，本發明包括含有上述組合物的非紡織的彈力性海綿構造材料或板材。
還有，本發明中，所謂「除靜電性」是指除去帶電物質的靜電的性質，即防靜電性，所謂「除靜電材料」是指具有除靜電性的物質。
另外，本發明中，纖維包括絲(長絲、短纖維)、中空絲、織物、編物、非織造織物等。
而且，本發明中，構成組合物或混合物的各個物質總計的「重量％」當然為100％。
優選本發明的組合物以粉體型式使用，但並非限定於此，可根據所應用的製品而作成各種型態。例如，可將膜狀或層狀或粉末狀的組合物形成於其他材料的表面或夾於其它材料內部，形成所謂的被覆材料或層合材料。或者，也可將流動狀的組合物與合成高分子材料混合使用。
本發明組合物中所含有的成分(i)「氧化鋁」(Al2O3)優選使用燒結性優良的純度為99.9％或更高的高純度氧化鋁(氧化鋁)。氧化鋁可使用市售的粉末狀的高純度氧化鋁。前述成分(i)的含有量為20-60重量％，優選為30-50重量％。另外，前述成分(i)的粒徑依賴於使用本發明組合物的製品及使用的態樣。當將組合物以粉體型式應用於遠紅外線放射用加熱器等輻射加熱器具時，粒徑為通常的粒徑，例如使用數μm左右的粒徑。但是，當將組合物作成粉體狀於纖維中混入時，前述成分(i)的粒徑為依賴其纖維徑，最大為2μm或2μm以下，優選為最大1.5μm或1.5μm以下，更優選為最大1.0μm或1.0μm以下的粒徑。其理由為依賴於纖維直徑，擔心於紡絲工程中發生紡絲機內部堵塞，使絲的截面形狀不良，及以粉體做為斷裂起點令纖維絲斷裂。
在本發明中，「矽石」(SiO2)優選純度為99.8％或更高的高純度矽石，且可使用市售例如超微粒子狀無水矽石。矽石的粒徑為與前述成分(i)相同。本發明組合物中的矽石含量為40-80重量％，優選為50-70重量％。
在本發明中，關於「氧化鈦」(TiO2)，其純度，粒徑及配合量為與上述前述成分(i)相同。所使用的氧化鈦優選例如金紅石型和/或銳鈦礦型的二氧化鈦或其混合物，且更優選銳鈦礦型的二氧化鈦。可使用市售的超微粒子狀無水氧化鈦。或者，可使用由純度為80％或80％以上的二氧化鈦粗粒子制粒精製所得的高純度且微細的二氧化鈦。因此，由矽石或二氧化鈦所選出的至少一種的成分(ii)，在本發明的組合物中的含量為40-80重量％。
在本發明中，含有的成分(iii)「鉑或鉑化合物、鈀或鈀化合物、銦或銦化合物及銠或銠化含物中所選出的至少一種元素或至少一種化合物」為膠體狀態，並期望顯示吸附氧和氫的所謂的膠體活性化。優選鉑或鉑化合物。成分(iii)於本發明的組合物中，按金屬計，期望含有0.0005-0.010重量％，優選為0.001-0.004重量％。另外，對於成分(iii)，優選使用其中具有分散的組分(iii)的膠體(以下，稱為成分(iii)膠體)，該膠體是通過將粒徑約0.7-4nm(7-40)的成分(iii)分散於例如鹽酸溶液中作為膠體製得的。對於成分(iii)膠體，使用含有0.1-5重量％，優選0.5-2重量％，更優選0.8-1.2重量％的成分(iii)的膠體，可考慮膠體中的成分(iii)濃度，加入膠體使組合物中含有0.0005-0.010重量％的組分(iii)。還有，成分(iii)膠體的調製方法可使用慣用的方法。例如，可使用商業上出售的例如含有1重量％鉑的鉑膠體溶液。
在本發明中，優選使用的成分(iv)「銀或銀化合物」為粉末的型態，且可使用市售的銀粉末。於本發明的組合物中，按銀計，期望組分(iv)的含量為0.1-10重量％，優選0.5-5重量％，更優選0.7-2.0重量％。
另外，本發明的組合物可含有氮化矽。氮化矽可令氫的作用良好，並且擔任令氫離子的移動方向限制於特定方向的職務。但，在含有氮化矽的情況下，優選氮化矽的含量為3重量％或更低。
另外，在本發明中，銀或銀化合物的一部分或全部，可以被金或金化合物代替。
另外，除了含有下列組分的本發明的基本組分外(i)氧化鋁，(ii)氧化矽及氧化鈦中所選出的至少一種，(iii)鉑或鉑化合物、鈀或鈀化合物、銦或銦化合物及銠或銠化合物中所選出的至少一種元素或至少一種化合物，(iv)銀或銀化合物中所選出的至少一種，及任選含有的氮化矽，本發明也可含有不可避免含有的組分和不純物。另外，組合物可含有令組合物穩定的添加劑，例如粘合劑和用以賦於組合物新功能的添加劑。而且，本發明含有的基本組分的範圍落在上述範圍內，而其總量當然為100重量％或100重量％以下。
在本發明的組合物中，使具有指定粒度的前述成分(i)和前述成分(ii)分別與例如鉑膠體或鉑化合物混合，則可使粒徑為0.7-4nm(7-40)的鉑膠體沉積在其他粒子上。此時鉑膠體的添加量考慮到組合物中的前述成分(i)和其它組分間的配合比與膠體溶液中的鉑量，在滿足所需鉑量下，使前述成分(i)和其它成分的粒子上承載鉑。接著，將承載鉑的粒子依據各指定的配合比予以攪拌混合，並且混合指定量的銀或銀化合物的粉末。另外，僅於指定量的氧化鋁粒子中，加入指定量的鉑膠體，然後於承載鉑的氧化鋁上，加入矽石和氧化鈦並攪拌混合，加入銀粉末，並再度攪拌混合，亦可生成。
另外，本發明的組合物可通過下列方法形成其中使鉑膠體與包含前述成分(i)，前述成分(ii)，及前述成分(iv)中的一種或多種粉末原料混合，該混合物任選用一定量的溶劑等稀釋至具有可噴霧的流動性的混合物為止，且噴霧令其均勻分散，其後，將混合物於約50-150℃下加熱約10分鐘-1小時。最初未添加的粉末原料可在任意的階段添加。稀釋的溶劑若為不阻礙本發明組合物效果的溶劑即可使用，且可列舉例如純水、醇類等的實例。為了提高分散性，可添加公知的分散劑。
而且，使本發明的組合物與高分子化合物等的合成高分子材料混合，則可作成所謂的母煉膠。混合的方法可列舉使本發明的組合物作成粉體狀並結合至合成高分子材料中的方法，或以分散液的狀態與合成高分子材料混合的方法等。此時，混合物中的本發明組合物的含量為0.1-25重量％，合成高分子材料的含量為75-99.9重量％。
由含有本發明組合物的一個母煉膠，就其原樣紡絲取得合成纖維時，或準備含有本發明組合物的二種或二種以上的合成高分子材料的母煉膠，並將各個母煉膠紡絲的纖維混紡取得合成纖維時，本發明組合物於母煉膠中的含量為0.1-3重量％，優選為0.3-1.5重量％，並且該組合物可以相對少的量即可發揮其優良的效果。另外，於含有本發明組合物的母煉膠中添加追加部分的合成高分子材料即可稀釋。將該母煉膠所製造的合成纖維與不含有本發明組合物的同種或其他纖維予以混紡，則亦可稀釋所得纖維中的組合物濃度。當如此稀釋組合物時，優選令本發明組合物於母煉膠中的含量增加至3-25％。即，本發明組合物的優選含量為依賴混紡纖維中的含有本發明組合物的纖維的混紡比率及所使用的合成高分子材料，例如聚酯或聚乙烯而變化。
合成高分子材料包括可可形成合成纖維的尼龍，維尼綸，酯、丙烯酸、氨基甲酸酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯腈、聚烯烴、醋酸酯等。
另外，母煉膠中視需要可結合例如氧化鎂、雲母、碳酸鈣、沸石等的催化劑，和例如增塑劑、紫外線吸收劑、填料、著色劑、顏色保護劑、阻燃劑、防析出劑、穩定劑、耐熱劑、螢光增白劑等的各種添加劑。
纖維可使用慣用的紡絲法，例如熔融紡絲法，由母煉膠紡絲成長絲和中空纖維等。本發明中，紡絲前令本發明組合物與纖維原料的合成高分子材料預先混合。此時，本發明的組合物，例如粉體形式強力固粘到紡絲纖維上，故可防止本發明組合物剝落掉。另外，根據此類方法，可令本發明組合物的含量比常規方法更為增加。另外，含有本發明組合物的如此紡絲的合成纖維，亦可與不含本發明組合物的其他纖維，例如棉花、大麻、絲、羊毛等的天然纖維或合成纖維混紡。
接著，含有本發明組合物的纖維或將其混紡的混紡纖維可通過縫製加工成各種纖維製品。可發揮本發明組合物特徵的纖維製品的實例包括例如襯衫、內衣、襪子、連褲襪等的衣類。因為本發明的組合物可發揮本發明的除靜電性和遠紅外線效果，並具有優異的熱效果，並且不僅能促進血液的循環，還可防止人體帶電，故可提供無金屬接觸時放電所伴隨的不快感、和衣類脫衣時引起不快感的衣料。另外，含有本發明組合物的纖維所作成的蒲團、毛巾、枕頭等的寢具類、及三角帶和繃帶、沙發和椅子的覆被底層的包裝製品具有優異的保暖性能，因為其具有優異的遠紅外線效果和除靜電效果，並能抑制靜電發生所伴隨的塵埃附著，故可取得非常衛生的纖維製品。
本發明組合物的應用並不限定於上述的纖維及纖維製品，也可使用於彈性海綿構造材料或板材中。彈性海綿構造材料的實例包括發泡聚氨酯，再發泡聚乙烯等，且可使用做為寢具或椅子等的床墊、椅墊材料和墊材。
本發明的組合物可形成為微粒子粉末型式，且粒徑優選為0.1-2.0μm，更優選0.2-1.0μm。
(b)於上述(a)所得的組合物中混入5400重量份聚酯，使本發明組合物和聚酯的比例為約1∶9混合，以製備樹脂片(母煉膠)。
(c)使用上述(b)所得的母煉膠，依據熔融紡絲法，紡絲成3旦的絲。


圖1示出實施例1中纖維的掃描電鏡(SEM)顯微照片。在圖1中，(A)為觀察纖維縱截面的SEM纖維照片，(B)為觀察纖維側面的SEM纖維照片。結果，發現本發明組合物的粉體粒子為均勻分散的，並且強力固粘到纖維表面上。
下面，根濾紅外線放射率、光子放射量、除靜電性、抗菌和殺菌性試驗示出含有本發明組合物的纖維的效果。(1)紅外線放射率使用實施例1、2及比較例1所得的各纖維測定紅外線放射率。此處，通過使用具備均勻加熱爐、表面反射器及檢測器(MCT/InSb)的分光放射性劑量計(SR5000型、IR System公司制)測定光譜來確定紅外線放射率。測定的程序如下將測定樣品放於均勻加熱爐上，以間隔分開並加熱，使來自各樣品所放射的紅外線，經過反射器於水平方向偏向，以測定光譜。還有，使用來自同溫黑體爐的放射光譜作為紅外線基準熱源。
圖2示出實施例及比較例的分光放射強度光譜。由圖2中可知，含有本發明含銀粉末組合物的纖維(圖2中的曲線1及2)為比普通的不含銀粉末組合物的纖維(圖2中的曲線3)，於2.62-13.2μm的波長區域中，放射強度優良。
另外，對於各樣品，將測定條件設定為掃描速度為4秒及積算回數為3回，測定樣品的放射光譜。由各波長的放射光譜數據，算出波長區域為4-12μm、及8-12μm中的平均放射率。結果示於表1及2。
當比較具有相同纖維直徑的纖維時，則本發明纖維相對於普通的纖維，在波長區域為4-12μm及8-12μm的平均放射率都更優異，均為10％或10％以上。
實施例5、3、4和6中的粉末的紅外線放射率按此順序降低。在8-12μm的波長範圍進行穩定的紅外線放射。
表1纖維的紅外線放射率

表2粉體的紅外線放射率

可以注意到，上表中標題為「配方」的一欄，有效級數為五位數，第六位則為四捨五入，故有時合計不為100。(2)光子放射量使用Chemiluminescence Analyzer(CLD-110型、東北電子股有限公司制)，測定光子量。使用實施例1、2和比較例1的纖維0.5克，並於100℃下進行測定。其程序為將各樣品用50mm的不鏽鋼皿予進行秤量，並於約50mm的不鏽鋼板中心載放設置20mm孔穴的光罩板，以閥門時間10秒鐘發光20分鐘，測定光子放射量。
圖3為示出隨著時間所釋出的光子釋出量，實施例1和2與比較例1相比，光子放射量普遍較高，特別是初期的放射量較高，故可知所吸收的光子是以高效率增幅放射的。
粉末的光子放射量示於表3。本發明的粉末進行穩定的光子放射。粉末的光子放射量的順序為實施例4最多，然後是實施例3和5，最後是實施例6。
表3粉末的光子射量

(3)帶電和除靜電性使用實施例1及比較例1的纖維，將兩對75旦聚酯絲/36長絲製成平針組織的針織物，並根據「織物及編物的帶電試驗方法(JIS L1094-1997)的5.1A法(半衰期測定法)，檢測帶電性。如表4所示，含有本發明纖維(實施例1)的針織物與含有比較例1的針織物相比，其半衰期，即電壓衰減至初期電壓的1/2的時間為1/10或更低。即，含有本發明纖維的針織物的除靜電性非常優良。
表4 纖維之間電壓半衰期的比較

(4)抗菌性和殺菌性本發明的組合物含有銀或銀化合物，因此，可期待其顯示抗菌效果。因此，根據以下方法檢測抗菌性和殺菌性。
使用黃色葡萄球菌(staphylococcus aureus IFO12732)作為試驗細菌，並將其移植至營養培養液，並於28℃培養24小時。將滅菌水稀釋10倍的溶液0.4毫升接種至20毫升營養培養液中，且於37℃振蕩培養3小時。使用含有0.05％Tween 80的1/20濃度的營養培養液稀釋此菌液。將0.4克試驗纖維放入30毫升容量的帶有螺旋口的玻璃瓶中，滅菌後於乾淨臺內乾燥60分鐘。另外，對照組為同試驗的纖維，使用紗布處理的物質。然後，於檢測樣品纖維中，接種試驗菌懸浮液0.2毫升，將蓋關緊，並且密閉。培養後，於玻璃瓶中添加含0.2 Tween 80的生理食鹽水20毫升，並以手振蕩(振幅30cm，振動頻率30)使檢測樣品上附著的細菌均勻分散，並通過使用營養洋菜培養基的混釋培養法，測定玻璃瓶中生存的菌數。接數菌數是將試驗菌懸浮液於對照組中接種後立即以同樣的方法測定的。測定結果示於表5中。本發明的纖維(實施例1及2)與比較例1的纖維相比較，於培養18小時後所測定的菌數顯著減少，其結果可知顯示高抗菌和殺菌作用(抑菌活性值，和殺菌活性值)。
表5

產業上的可利用性本發明的組合物，其含有氧化鋁、矽石和氧化鈦中的至少一種、鉑、鈀、銦、銠和其化合物中的至少一種，和銀和銀化臺物中的至少一種，與不含銀或銀化含物中至少一種的普通組合物相比，於較廣的波長領域中，可高效率且均勻放射取得遠紅外線，且光子放射量也較大。另外，本發明的組合物同時具有優異的耐久性、優異的透明性及優異的除靜電性。由此組合物和合成高分子材料的混合物所紡絲的纖維，可發揮優良的遠紅外線效果和除靜電效果，且抗菌、殺菌效果亦為優良。
權利要求
1.一種除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物，其特徵在於，所述組合物含有(i)氧化鋁，(ii)矽石和氧化鈦中所選出的至少一種，(iii)鉑或鉑化合物、鈀或鈀化合物、銦或銦化含物及銠或銠化合物中所選出的至少一種元素或至少一種化合物，和(iv)銀或銀化合物中所選出的至少一種。
2.如權利要求1所述的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物，其特徵在於，其含有前述成分(i)20-60重量％，前述成分(ii)40-80重量％，前述成分(iii)0.0005-0.010重量％，和前述成分(iv)0.1-10重量％。
3.如權利要求1或2所述的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物，其特徵在於，前述成分(ii)為氧化鈦。
4.如權利要求1-3中任何一項所述的除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物，其特徵在於，前述成分(iii)為鉑或鉑化合物。
5.一種除靜電性優異的遠紅外線放射用材料，其特徵在於，所述材料含有如權利要求1-4中任一項所述的組合物，所述組合物為粉體。
6.一種除靜電性和遠紅外線放射特性優異的材料，其特徵在於，如權利要求1-5中任一項所述的組合物固粘到材料表面或內部空隙中。
7.一種除靜電性優異的遠紅外線放射用混合物，其特徵在於，所述混合物含有(A)0.1-25重量％的如權利要求1-5中任一項所述的組合物，和(B)75-99.9重量％的合成高分子材料。
8.一種合成纖維，其特徵在於，其包含如權利要求7所述的混合物。
9.一種彈性海綿構造材料或板材，其特徵在於，其含有如權利要求7所述的混合物。
10.一種衣類製品，其特徵在於，其含有如權利要求8所述的合成纖維。
11.一種寢具製品，其特徵在於，其含有如權利要求8所述的合成纖維。
12.一種包裝製品，其特徵在於，其含有如權利要求8所述的合成纖維。
13.一種除靜電性優異的遠紅外線放射用組合物的製造方法，其特徵在於，所述方法包括使氧化鋁與矽石和氧化鈦中所選出的至少一種分別與膠體分散的鉑或鉑化合物混合，使各粒子承載鉑；將承載鉑的粒子攪拌混合；然後，將銀或銀化合物的粉末混合形成組合物。
全文摘要
為提供可高效率，均勻放射遠紅外線，且耐久性高、透明性優異的除靜電材料粉體和/或組合物及混有該組合物的纖維，本發明涉及一種組合物，其含有氧化鋁、矽石或氧化鈦中的至少一種、鉑、鈀、銦、銠或其化合物中的至少一種，及銀或銀化合物中的至少一種。另外，本發明涉及含有該組合物和合成高分子材料的混合物，及含有該混合物的纖維及含有該纖維的纖維製品。
文檔編號D01F1/09GK1426443SQ01808585
公開日2003年6月25日 申請日期2001年5月17日 優先權日2000年5月19日
發明者小室俊夫 申請人:小室俊夫