本發明涉及功能性纖維制備領域，具體涉及一種茶多酚纖維素纖維及其制備方法。
背景技術：
面膜是護膚最重要的工具，現如今，隨著保養、護膚的意識進入平民化，使得面膜市場愈發火爆，傳統無紡布面膜更是占據市場絕大部分的份額，絕大多數的面膜以其添加的營養成分來達到保濕、美白、抗衰老的作用，而對于作為面膜載體的面膜基材少有研究。
茶多酚是茶葉中所含的一類多羥基類化合物，是純天然的抗氧化劑,具有抗氧化能力強，無毒副作用，無異味等特點，纖維是制備面膜無紡布組成部分，現有技術已經出現茶多酚與纖維相結合的功能性纖維材料及其組合物。
如：專利申請號為201410356320.0的專利申請提供了一種具有抗菌性的膠粘劑組合物、抗菌無紡布、清潔用品和制造抗菌無紡布的方法，所述組合物包含親水性膠粘劑、茶多酚顆粒和水，其中以所述組合物的總重量為基準，所述親水性膠粘劑的重量比為約10～40重量％并且所述茶多酚顆粒的重量比為約1-10重量％；所述抗菌無紡布包括纖維層和設置在所述纖維層的至少一側的涂層，其中所述纖維層包含可再生纖維，所述纖維層還包含茶多酚纖維和熱熔纖維中的一種或多種。
又比如：專利申請號為201010119035.9的專利申請提供了一種茶多酚非織造布，以15-90％的茶多酚纖維、0-75％聚酯纖維和10-30％的ES纖維為原料，經混合、梳理成網、疊網、加固和熱軋處理而成；其中，上述茶多酚纖維是通過添加茶多酚，使纖維具有抗菌功能的纖維，上述茶多酚纖維的線密度為1-5D，長度為20-70mm，上述ES纖維的線密度為1.5-4D；由于采用茶多酚纖維為原料，所制得的抗菌材料具有良好的抗菌性能，抑菌率在50-90％；而且，纖維只經過混合、梳理成網、疊網、加固和熱軋處理，保持了纖維網疊層的原狀性，具有良好的吸濕性和透氣性；自然吸濕率≥7，透氣量150-350L/dm2min；而且，將ES纖維以不同比例與茶多酚纖維均勻混合后，再通過熱軋使ES纖維熔塑，可達到不同硬挺度的效果。
再比如：專利申請號為201610347050.6的專利申請公開了一種茶多酚纖維素纖維水刺無紡布及其生產工藝，該無紡布將天然萃取的納米級茶多酚和無機鹽復合抗菌劑，在生產制作水刺無紡布時加入纖維網內制成高效吸濕、導汗抗菌、抗過敏及消炎的產品。
以上專利技術雖提出了茶多酚纖維素纖維的概念，但實質上并非真正意義上的茶多酚纖維素纖維，只是將茶多酚附著于纖維素而形成，纖維與茶多酚之間無化學連接，在使用過程中，茶多酚容易掉落，抗氧化、抗菌穩定性不高，產品保質期短，且工藝流程長，制作工藝復雜，生產成本高。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種茶多酚纖維素纖維及其制備方法，以解決現有技術抗氧化、抗菌穩定性不高、產品保質期短的問題。
為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：
一種茶多酚纖維素纖維，其特征在于，由以下重量份的組分組成：
茶多酚5-10％；
纖維素90-95％；
其中，茶多酚通過硅烷偶聯劑接枝在纖維素上。
一種茶多酚纖維素纖維的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備茶多酚預處理液：配制質量分數為10-20％的茶多酚水溶液，用稀鹽酸調節茶多酚水溶液的pH值至4-5，將茶多酚水溶液加熱至70-80℃，在攪拌條件下滴加硅烷偶聯劑，滴加完后將體系溫度升至100-130℃，維持反應8-10小時后用稀氫氧化鈉溶液調節反應液的pH值至7-8即得到茶多酚預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：將步驟(1)制得的茶多酚預處理液按照茶多酚占粘膠中甲纖質量比的20-35％的比例加入粘膠中，充分混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應30-36小時得到茶多酚預接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的茶多酚預接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到茶多酚纖維素纖維。
進一步地，步驟(1)中，硅烷偶聯劑的用量為茶多酚質量比的30-40％，滴加硅烷偶聯劑的時間為20-30min。
更進一步地，所述硅烷偶聯劑為γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
(1)本發明采用高分子技術將天然茶多酚嫁接到纖維素纖維上，在保持纖維素纖維優良紡織性能的基礎上賦予其抗脂質過氧化、預防衰老、美容護膚等保健功能,得到一種集纖維素纖維和茶多酚的優點于一身的新型纖維素纖維，本發明使茶多酚與纖維以共價鍵穩固連接，接枝穩定性好，抗氧化、抗菌功能性顯著增強，功能性使用壽命明顯延長；
(2)茶多酚接枝與前端紡絲工藝有機結合，即在紡絲前的制膠過程中即進行接枝，在普通纖維生產的基礎上改變不大即可獲得品質優良的茶多酚纖維素纖維，工藝流程簡單，方法簡便、易于規模化生產；
(3)僅在紡絲后進行洗滌、烘干操作，能耗以及水耗與普通纖維生產相當；
(4)僅在步驟(3)中產生污水、廢料，故而污水處理以及廢料回收集中、方便；
(5)粘膠與茶多酚預處理液相互混溶，纖維素與接枝茶多酚之間的接觸面積達到最大，接枝率高達5％以上；
(6)本發明提供茶多酚纖維素纖維經權威機構檢測，證明該纖維具有抗脂質過氧化、吸附重金屬、抗輻射的功能，同時還有抗菌、防螨性，具體表現在：抗脂質過氧化、預防衰老，茶多酚有清除自由基的作用，可抑制皮膚線粒體中脂氧合酶和脂質過氧化作用，從而具有抗衰老效應；對重金屬鹽具有抗解作用，茶多酚對重金屬具有較強的吸附作用，能與重金屬形成絡合物而產生沉淀，有利于減輕重金屬對人體產生的毒害作用；能防輻射損傷，茶多酚及其氧化產物具有優異的抗輻射功能，可吸收放射性物質，阻止其在人體內擴散，被稱為天然的紫外線過濾器；有助于美容護膚，茶多酚是水溶性物質，用它制成的纖維面膜能清除面部的油膩，收斂毛孔，具有消毒、滅菌、抗皮膚老化，減少日光中的紫外線輻射對皮膚的損傷等功效，茶多酚能夠阻擋紫外線和清除紫外線誘導的自由基，從而保護黑色素細胞的正常功能，抑制黑色素的形成，減輕色素沉著；
(7)本發明提供茶多酚纖維素纖維專為面膜基材市場研究開發的具有多種保健功能的新型材料，其吸水性能優異、柔軟性能良好，是生產膜布的最佳材料。
具體實施方式
實施例1
一種茶多酚纖維素纖維及其制備方法，包括如下步驟：
(1)制備茶多酚預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的茶多酚，充分溶解后用稀鹽酸將茶多酚水溶液的pH值調節至4-5，然后將茶多酚水溶液加熱至70-80℃，維持體系溫度70-80℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5Lγ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應9小時后用稀氫氧化鈉溶液調節反應液的pH值至7-8即得到茶多酚預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的茶多酚預處理液按照茶多酚預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應30小時得到茶多酚預接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的茶多酚預接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到茶多酚纖維素纖維。
本實施例采用的預處理方法是為了讓茶多酚與棉纖維以共價鍵連接，保持了棉纖維原有的主要力學性能；而在粘膠接枝處理過程中，由于粘膠與茶多酚預處理液均為液相，兩者能夠相互混溶，進而使得纖維素與接枝茶多酚之間的接觸面積大大增加，接枝率為7.85％，生產的纖維纖度為1.33dtex。
本實施例在紡絲前的制膠過程中即進行接枝，在普通纖維生產的基礎上改變不大即可獲得品質優良的茶多酚纖維素纖維，工藝流程簡單，方法簡便、易于規模化生產。
實施例2
一種茶多酚纖維素纖維及其制備方法，包括如下步驟：
(1)制備茶多酚預處理液：向搪玻璃反應釜泵入50L水，開啟攪拌，并加入10Kg的茶多酚，充分溶解后用稀鹽酸將茶多酚水溶液的pH值調節至4-5，然后將茶多酚水溶液加熱至70-80℃，維持體系溫度70-80℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加3.5Lγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應9小時后用稀氫氧化鈉溶液調節反應液的pH值至7-8即得到茶多酚預處理液，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：在粘膠進入熟成中間桶之前，用注射系統將步驟(1)配制的茶多酚預處理液按照茶多酚預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過靜態混合器混合后進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應30小時得到茶多酚預接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的茶多酚預接枝粘膠直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到茶多酚纖維素纖維。
接枝率為7.84％，與實施例1相比，僅將γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷改為了γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，兩者接枝效果相當，即γ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷對茶多酚與纖維素的接枝處理影響不大。
實施例3
pH值對茶多酚接枝處理的影響試驗：
(1)同時架起4個1L的反應瓶，安裝上攪拌裝置，并分別標記為A1、A2、A3、A4號，四個瓶中均裝入300ml的水，開啟攪拌，分別加入40g的茶多酚，充分溶解后A1、A2號用稀鹽酸將茶多酚水溶液的pH值調節至3-4，A3、A4號用稀鹽酸將茶多酚水溶液的pH值調節至4-5，然后將茶多酚水溶液加熱至70-80℃，維持體系溫度70-80℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加120mLγ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，維持體系溫度100-110℃反應9小時后用稀氫氧化鈉溶液將A1、A3號反應液的pH值調節至7-8，A2、A4號反應液的pH值調節至8-9，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：將進入熟成中間桶之前的同一批粘膠分為4組，分別用注射系統將步驟(1)配制的A1、A2、A3、A4號茶多酚預處理液按照茶多酚預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過相同大小的靜態混合器混合后進入相同大小的熟成中間桶中，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應32小時得到A1、A2、A3、A4號茶多酚預接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的A1、A2、A3、A4號茶多酚預接枝粘膠分別直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到A1、A2、A3、A4號茶多酚纖維素纖維。
測試得A1、A2、A3、A4號茶多酚纖維素纖維的接枝率分別為3.52％、2.56％、7.85％、3.34％，證明pH值對接枝效果具有影響，茶多酚預處理液兩次pH值調節以4-5、7-8為宜。
實施例4
各步驟反應時間對茶多酚接枝處理的影響試驗：
(1)同時架起5個1L的反應瓶，安裝上攪拌裝置，并分別標記為B1、B2、B3、B4、B5號，五個瓶中均裝入300ml的水，開啟攪拌，分別加入40g的茶多酚，充分溶解后用稀鹽酸將茶多酚水溶液的pH值調節至4-5，然后將茶多酚水溶液加熱至70-80℃，維持體系溫度70-80℃在攪拌條件下于20～30min內在體系中滴加120mLγ-(2，3-環氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，滴加完后將體系溫度升至100-110℃，B1、B2、B3、B4、B5號分別維持體系溫度100-110℃反應4、6、8、8、9小時后用稀氫氧化鈉溶液將pH值調節至7-8，然后降到室溫備用；
(2)粘膠接枝處理：將進入熟成中間桶之前的同一批粘膠分為5組，分別用注射系統將步驟(1)配制的B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚預處理液按照茶多酚預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過相同大小的靜態混合器混合后進入相同大小的熟成中間桶中，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，分別維持反應32、32、24、32、24小時得到B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚預接枝粘膠；
(3)將步驟(2)得到的B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚預接枝粘膠分別直接進行紡絲、洗滌、烘干即得到B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚纖維素纖維。
測試得B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚纖維素纖維的接枝率分別為5.42％、6.18％、6.05％、7.92％、7.56％，證明反應時間對接枝效果具有影響，預處理反應時間與粘膠接枝處理時間同時分別滿足8小時和30小時以上接枝效果最佳。
實施例5
本發明提供的制備方法制得的茶多酚纖維素纖維的對比測試試驗：
(1)將即將進入熟成中間桶的同一批粘膠分為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J十組；
(2)A、B、C、D、E、F、G、H、I九組分別用注射系統將實施例3-4制備的A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、B5號茶多酚預處理液按照茶多酚預處理液與粘膠體積比1:10的比例加入粘膠中，經過相同大小的靜態混合器混合后進入相同大小的熟成中間桶中，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，A、B、C、D維持反應32小時得到熟成后的粘膠，E、F、G、H、I分別維持反應32、32、24、32、24小時得到熟成后的粘膠；J組的粘膠直接進入熟成中間桶，熟成中間桶中一直保持攪拌狀態，維持反應32小時得到熟成后的粘膠；
(3)將十組熟成后的粘膠分別直接進行紡絲、洗滌、烘干即得十組纖維素纖維，對十組纖維素纖維進行相應的參數測試，多次測試取均值后具體參數對比情況如表1：
表1茶多酚纖維素纖維的產品技術參數
通過上表可知，A、B、C、D、E、F、G、H、I、J十組纖維素纖維的纖度、干斷裂強度以及濕斷裂強度相差不大，幾乎一致，但是A、B、C、D、E、F、G、H、I九組表現出了抗菌性能以及抗氧化性能，抗菌性能以及抗氧化性能的優異性取決于茶多酚的含量。
以上所述實施例僅表達了本申請的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本申請保護范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請技術方案構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本申請的保護范圍。