抗菌納米纖維紗線及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種抗菌納米纖維紗線及其制備方法，該紗線包括芯部以及完全且均勻地包覆在芯部外表面的皮層；芯部為長絲紗或短纖維紗線，皮層為靜電紡納米纖維，在靜電紡納米纖維內部均勻地分布有抗菌劑。該制備方法采用納米纖維紗線機一次成型生產工藝，在正負極電場的耦合作用下，直接在紗線表面包覆抗菌納米纖維。本發明抗菌納米纖維紗線，通過紡織用紗線、納米纖維和抗菌劑的組合，能夠達到抗菌抑菌和親水舒適的綜合效果，且其耐熱性好、耐洗性強，生產過程一次成型，能夠有效節約成本和能源，附加值更高。
【專利說明】
抗菌納米纖維紗線及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及紡織技術領域，具體涉及一種抗菌納米纖維紗線及其制備方法。
【背景技術】
[0002]紡織品由于自身具有微孔結構，穿著者本身的體溫(溫度)、人體散發的濕氣(水分)以及皮膚的代謝物(營養)等因素為微生物提供了合適的生長環境，使紡織品成為最適合細菌和真菌等微生物滋生和繁殖的溫床。紡織品上滋生的細菌，不僅會使纖維制品變色、發霉、脆化降解等，而且容易對人體皮膚產生異常的刺激并誘發各種皮膚疾病，影響人體健康。研究開發具有抗菌功能的紡織品是使人們免受或少受細菌侵害的有效途徑之一，具有非常重要的行業意義和實用價值。因此，具有抗菌功能的纖維、紗線或織物越來越受到人們的青睞。抗菌性織物，主要是降低細菌在紡織品中的生存和傳播機會，防止微生物分解人體汗液及其他分泌物產生臭味，或者是防止紡織品發霉變質，從而保護人體的健康、改善和提高人們的生活質量。
[0003]目前，國內外開發的抗菌紡織品主要有兩種方法:一是在纖維生產過程中加入抗菌劑來生產抗菌纖維，利用此類纖維生產出的織物具有永久抗菌功能;但是這種方法具有加工成本高、技術要求高、抗菌劑用量大、分布不易控制等缺點，而且這種方法只適用于在化學纖維中加入抗菌劑，而不適合天然纖維織物。第二種方法是抗菌后整理，如表面涂層、樹脂整理等，雖然加工方法簡單，但是抗菌劑只附著于織物表面，初期抗菌劑溶出量大，抗菌效果隨洗滌次數逐漸下降，織物的舒適性、安全性和手感都受到了很大的影響，因此，這兩種方法都不是很好的開發抗菌紡織品的方法。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種既具有普通滌綸長絲優異的機械拉伸性能、又具有納米纖維較高的比表面積和較大的孔隙率的抗菌納米纖維紗線及其制備方法，這種抗菌納米纖維紗線在滿足基本的力學性能、起毛起球、勾絲及透氣性等服用性能外，同時兼具抗菌性。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
設計一種抗菌納米纖維紗線，其包括芯部以及完全且均勻地包覆在所述芯部外表面的皮層;所述芯部為長絲紗或短纖維紗線，所述皮層為靜電紡納米纖維，在所述靜電紡納米纖維內部均勻地分布有抗菌劑。
[0006]優選的，所述靜電紡納米纖維為靜電紡聚丙烯腈納米纖維、靜電紡聚丙烯納米纖維、靜電紡聚氨酯納米纖維、靜電紡聚酯納米纖維、靜電紡聚乳酸納米纖維或靜電紡聚己內酯納米纖維。
[0007]優選的，所述芯部為滌綸長絲、錦綸長絲、腈綸長絲、棉紗或粘膠紗線。其中，滌綸長絲具有較高的機械拉伸強度、耐熱性和耐磨性，能保證紗線具有較高的機械拉伸性能，使紗線可以應用到紡織服裝領域。皮層采用靜電紡納米纖維，具有極大的比表面積和孔隙率、以及非常大的表面積/體積比，在成型的網氈上有很多微孔，具有很強的吸附力以及良好的過濾性、阻隔性、粘合性和保溫性。利用靜電紡納米纖維作為抗菌納米纖維紗線的皮層，皮層的靜電紡納米纖維完全且均勻地包覆在芯層的滌綸長絲表面，這樣才能保證該抗菌納米纖維紗線具有良好的均勻性、優良的阻隔性和納米纖維特有的高孔隙率等性能。
[0008]優選的，所述抗菌劑為無機抗菌劑納米銀粒子、納米級Ti02粒子，或天然抗菌劑殼聚糖，或有機廣譜抗菌劑三氯生。其中，三氯生是一種安全無毒的廣譜抗菌劑，被廣泛應用于肥皂、牙膏等日用化學品之中。對引起感染或病原性革蘭式陽性茵、真茵、酵母及病毒(如甲、乙肝、狂犬病毒、艾滋病毒HTV)等都具有廣泛的殺滅及抑制作用。本發明選用了有機的抗菌劑三氯生，可以溶解在大多數有機溶劑中，通過靜電紡絲方法進入納米纖維內部，這樣才能保證該紗線具有均勻且持久的抗菌功能。利用三氯生作為抗菌劑均勻地分布在皮層的靜電紡納米纖維內部，可以保證該抗菌性納米纖維紗線對大多數細菌都具有殺滅和抑制作用，抗菌效果更明顯。
[0009]優選的，所述抗菌納米纖維紗線采用靜電紡納米纖維紗線機一次成型制備而成。
[0010]本發明還提供了一種上述抗菌納米纖維紗線的制備方法，包括下列步驟:
(1)配制聚合物溶液:首先配制質量分數為5%?25%的聚合物納米纖維溶液，然后向該聚合物納米纖維溶液中加入占溶液質量0.5%?2%的抗菌劑，并在室溫下攪拌24h，使溶液均勻澄清，消泡后待用；
(2)引入紡織用紗線:將紡織用紗線的紗管安裝在靜電紡納米纖維紗線機的供紗輥上，使該紗線依次經過紗線機的張力裝置、金屬圓形靶和空心金屬桿被牽引至卷繞輥上；
(3)設置正負極注射器:使用兩個注射器抽取步驟(I)所得的聚合物溶液，然后將兩個注射器分別固定在兩個微量注射栗上，所述兩個注射器的針頭分別與紗線機上設置的高壓發生器的正、負極高壓相連；
(4)納米纖維取向:將所述高壓發生器的正、負極電壓分別設為9?20kV，其中正極高壓比負極高壓高I?2kV;所述兩個注射器中的聚合物溶液在高壓電場的作用下被拉伸形成射流，兩股射流搭接在金屬圓形靶以及空心金屬桿之間形成取向納米纖維束；
(5)加捻成紗:將所述金屬圓形靶的旋轉速度設為200?450r/min，使步驟(4)中的取向納米纖維束包覆在滌纟侖長絲表面并加捻成紗;將所述卷繞棍的轉速設為8?25r/min，使所得的抗菌納米纖維紗線成品卷繞在卷繞輥上，實現的抗菌納米纖維紗線成品的連續收集。
[0011]優選的，步驟(I)中配制的所述聚合物納米纖維溶液為聚丙烯腈(PAN)納米纖維溶液、聚丙烯(PP)納米纖維溶液、聚氨酯(PU)納米纖維溶液、聚酯(PET)納米纖維溶液、聚乳酸(PLLA)納米纖維溶液或聚己內酯(PLLA)納米纖維溶液。
[0012]優選的，步驟(2)中所述紡織用紗線為滌綸長絲、錦綸長絲、腈綸長絲、棉紗或粘膠紗線。
[0013]優選的，在步驟(3)中，與所述高壓發生器的正極相連的注射栗流速設為0.8?2ml/h，與所述高壓發生器的負極相連的注射栗流速設為0.6?1.8ml/h。所述靜電紡納米纖維為靜電紡聚丙烯腈納米纖維。
[0014]在上述方法中，直接將抗菌劑加入到聚合物納米纖維溶液中，利用靜電紡絲方法直接制備出抗菌納米纖維紗線，使抗菌劑均勻分布于納米纖維內部，可以保證紗線具有持久的抗菌性能。采用納米纖維紗線機一次成型生產工藝，在正負極電場的耦合作用下，直接在滌綸長絲表面包覆抗菌納米纖維，生產效率高，節約成本和能源。
[0015]本發明的有益效果在于:
(I)紗線的芯部采用長絲紗或短纖維紗線，具有較好的機械拉伸性能、耐熱性和耐磨性，可以保證該紗線具有較高的機械拉伸性能，是紗線可以直接應用到機織物或針織物中。滌綸長絲外部包覆靜電紡納米纖維，具有極高的比表面積和較大的孔隙率，芯吸效應非常明顯，可以保證紗線具有良好的親水性和舒適性。
[0016](2)納米纖維內部含有抗菌劑，且均勻地分布在納米纖維內部，可以有效地殺滅及抑制多種細菌、真菌，并且能承受多次洗滌，具有持久的抗菌功能。本發明抗菌納米纖維紗線，通過紡織用紗線、納米纖維和抗菌劑的組合，能夠達到抗菌抑菌和親水舒適的綜合效果，且其耐熱性好、耐洗性強，生產過程一次成型，能夠有效節約成本和能源，附加值更高。
[0017]( 3 )本發明抗菌納米纖維紗線的制備方法采用納米纖維紗線機一次成型生產工藝，在正負極電場的耦合作用下，直接在紗線表面包覆抗菌納米纖維，生產效率高，節約成本和能源。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明抗菌納米纖維紗線的縱向SEM圖片；
圖2為普通滌綸長絲的SEM圖片；
圖3為本發明抗菌納米纖維紗線制備方法的工藝流程示意圖；
其中，I為供紗輥，2為張力裝置，3為滌綸長絲，4為金屬圓形靶，5為高壓靜電正極接線柱，6為高壓靜電負極接線柱，7為取向納米纖維束，8為空心金屬桿，9為抗菌納米纖維紗線成品，1為卷繞輥，11、12為注射器。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例來說明本發明的【具體實施方式】，但以下實施例只是用來詳細說明本發明，并不以任何方式限制本發明的范圍。
[0020]實施例1:一種抗菌納米纖維紗線，包括芯部以及完全且均勻地包覆在芯部外表面的皮層;芯部為滌綸長絲，皮層為聚丙烯腈(PAN)靜電紡納米纖維，在靜電紡納米纖維內部均勻地分布有有機廣譜抗菌劑三氯生。參見圖1中的本發明抗菌納米纖維紗線的縱向SEM圖片，與圖2中的普通滌綸長絲的SEM圖片相對比可知:具有抗菌功能的聚丙烯腈/三氯生納米纖維完全包覆在滌綸長絲表面，使該抗菌納米纖維紗線具有良好的抗菌性。另外，納米纖維的直徑遠遠小于滌綸長絲的直徑，具有非常大的比表面積，較大的孔隙率和芯吸性能，將賦予該抗菌納米纖維紗線良好的親水性和舒適性。
[0021 ]實施例2: 一種抗菌納米纖維紗線，與實施例1的不同之處在于，芯部為錦綸長絲，皮層為靜電紡聚丙烯納米纖維，在該靜電紡聚丙烯納米纖維內部均勻地分布有無機抗菌劑納米銀粒子。
[0022]實施例3: 一種抗菌納米纖維紗線，與實施例1的不同之處在于，芯部為腈綸長絲，皮層為靜電紡聚乳酸納米纖維，在該靜電紡聚乳酸納米纖維內部均勻地分布有納米級T12粒子。
[0023]實施例4: 一種抗菌納米纖維紗線，與實施例1的不同之處在于，芯部為粘膠紗線，皮層為靜電紡聚己內酯納米纖維，在該靜電紡聚己內酯納米纖維內部均勻地分布有天然抗菌劑殼聚糖。
[0024]實施例5: 一種抗菌納米纖維紗線，與實施例1的不同之處在于，芯部為棉紗，皮層為靜電紡聚氨酯納米纖維。
[0025]實施例6: 一種實施例1中的抗菌納米纖維紗線的制備方法，包括下列步驟:
(I)配制聚合物溶液:首先配制質量分數為12%的聚丙烯腈納米纖維溶液，然后向該溶液中加入占溶液質量1%的抗菌劑三氯生，并在室溫下攪拌24h，使溶液均勻澄清，消泡后待用。
[0026](2)引入紡織用紗線:將滌綸長絲紗管安裝在靜電紡納米纖維紗線機的供紗輥上，使滌綸長絲依次經過紗線機的張力裝置、金屬圓形靶和空心金屬桿被牽引至卷繞輥上。
[0027](3)設置正負極注射器:使用兩個注射器抽取步驟(I)所得的聚合物溶液，然后將兩個注射器分別固定在兩個微量注射栗上，兩個注射器的針頭分別與紗線機上設置的高壓發生器的正、負極高壓相連；與高壓發生器的正極相連的注射栗流速設為1.0ml/h，與高壓發生器的負極相連的注射栗流速設為0.8ml/h。
[0028](4)納米纖維取向:將高壓發生器的正、負極電壓分別設為IlkV和10kV，兩個注射器中的聚合物溶液在高壓電場的作用下被拉伸形成射流，兩股射流搭接在金屬圓形靶以及空心金屬桿之間形成取向納米纖維束。
[0029](5)加捻成紗:將金屬圓形靶的旋轉速度設為315r/min，使步驟(4)中的取向納米纖維束包覆在滌綸長絲表面并加捻成紗;將卷繞輥的轉速設為12r/min，使所得的抗菌納米纖維紗線成品卷繞在卷繞輥上，實現抗菌納米纖維紗線成品的連續收集。
[0030]在使用本發明所列舉的其他種類的高聚物納米纖維配制聚合物納米纖維溶液時，不同的聚合物可紡絲的質量分數范圍不同，可根據具體所用聚合物進行調整相應的溶液質量分數;使用本發明所列舉的其他種類的抗菌劑、其他種類的長絲紗或短纖維紗線時，可根據具體情況調整抗菌劑用量，根據實際紡絲情況調節高壓發生器的正負極高壓，以及制備過程中的其他工藝參數。
[0031]在以上實施例中所涉及的儀器設備如無特別說明，均為常規儀器設備;所涉及的工業原料如無特別說明，均為市售常規工業原料。
[0032]本發明實施例6中的抗菌納米纖維紗線的制備方法，參見圖3，采用的靜電紡納米纖維紗線機的成紗裝置主要包括呈對稱相對配置的兩組作為噴絲頭的注射栗和注射器，注射器11的針頭與高壓靜電正極接線柱5相連，注射器12的針頭與高壓靜電負極接線柱6相連;金屬圓形靶4的一側與一個絕緣桿相連，由一個電機驅動旋轉;金屬圓形靶4的另一側是一個空心金屬桿8，空心金屬桿8靠近該金屬圓形靶4的一頭具有尖端，除尖端外的其他部分噴有絕緣漆;空心金屬桿8的末端一側為卷繞輥10，卷繞輥10可由另一電機控制旋轉。兩組噴絲頭在經相互對稱和電性相反的靜電場的牽伸作用下，使聚合物溶液克服自身的表面張力，在高壓電場的作用下被拉伸形成射流，兩股射流在金屬圓形靶4處相遇，搭接在金屬圓形靶4與空心金屬桿8尖端之間，得到取向納米纖維束7。而滌綸長絲3通過紗線機頭端的供紗輥1、張力裝置2實現供紗，然后穿過金屬圓形靶4和空心金屬桿8被牽引至卷繞輥10上。當金屬圓形革G4旋轉，而空心金屬桿8固定，于是金屬圓形革[14與空心金屬桿8之間的取向納米纖維束7被包覆在滌綸長絲3表面并加捻成紗。卷繞輥10轉動，使抗菌納米纖維紗線成品9纏繞在卷繞輥上。
[0033]上面結合附圖和實施例對本發明作了詳細的說明，但是，所屬技術領域的技術人員能夠理解，在不脫離本發明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。
【主權項】
1.一種抗菌納米纖維紗線，其特征在于，包括芯部以及完全且均勻地包覆在所述芯部外表面的皮層;所述芯部為長絲紗或短纖維紗線，所述皮層為靜電紡納米纖維，在所述靜電紡納米纖維內部均勾地分布有抗菌劑。2.根據權利要求1所述的抗菌納米纖維紗線，其特征在于，所述靜電紡納米纖維為靜電紡聚丙烯腈納米纖維、靜電紡聚丙烯納米纖維、靜電紡聚氨酯納米纖維、靜電紡聚酯納米纖維、靜電紡聚乳酸納米纖維或靜電紡聚己內酯納米纖維。3.根據權利要求1所述的抗菌納米纖維紗線，其特征在于，所述芯部為滌綸長絲、錦綸長絲、腈綸長絲、棉紗或粘膠紗線。4.根據權利要求1所述的抗菌納米纖維紗線，其特征在于，所述抗菌劑為無機抗菌劑納米銀粒子、納米級T i02粒子，或天然抗菌劑殼聚糖，或有機廣譜抗菌劑三氯生。5.根據權利要求1所述的抗菌納米纖維紗線，其特征在于，所述抗菌納米纖維紗線采用靜電紡納米纖維紗線機一次成型制備而成。6.一種權利要求1所述的抗菌納米纖維紗線的制備方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)配制聚合物溶液:首先配制質量分數為5%?25%的聚合物納米纖維溶液，然后向該聚合物納米纖維溶液中加入占溶液質量0.5%?2%的抗菌劑，并在室溫下攪拌24h，使溶液均勻澄清，消泡后待用； (2)引入紡織用紗線:將紡織用紗線的紗管安裝在靜電紡納米纖維紗線機的供紗輥上，使該紗線依次經過紗線機的張力裝置、金屬圓形靶和空心金屬桿被牽引至卷繞輥上； (3)設置正負極注射器:使用兩個注射器抽取步驟(I)所得的聚合物溶液，然后將兩個注射器分別固定在兩個微量注射栗上，所述兩個注射器的針頭分別與紗線機上設置的高壓發生器的正、負極高壓相連； (4)納米纖維取向:將所述高壓發生器的正、負極電壓分別設為9?20kV，其中正極高壓比負極高壓高I?2kV;所述兩個注射器中的聚合物溶液在高壓電場的作用下被拉伸形成射流，兩股射流搭接在金屬圓形靶以及空心金屬桿之間形成取向納米纖維束； (5)加捻成紗:將所述金屬圓形靶的旋轉速度設為200?450r/min，使步驟(4)中的取向納米纖維束包覆在滌纟侖長絲表面并加捻成紗;將所述卷繞棍的轉速設為8?25r/min，使所得的抗菌納米纖維紗線成品卷繞在卷繞輥上，實現的抗菌納米纖維紗線成品的連續收集。7.根據權利要求6所述的抗菌納米纖維紗線的制備方法，其特征在于，步驟(I)中配制的所述聚合物納米纖維溶液為聚丙烯腈納米纖維溶液、聚丙烯納米纖維溶液、聚氨酯納米纖維溶液、聚酯納米纖維溶液、聚乳酸納米纖維溶液或聚己內酯納米纖維溶液。8.根據權利要求6所述的抗菌納米纖維紗線的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述紡織用紗線為滌綸長絲、錦綸長絲、腈綸長絲、棉紗或粘膠紗線。9.根據權利要求6所述的抗菌納米纖維紗線的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，與所述高壓發生器的正極相連的注射栗流速設為0.8?2ml/h，與所述高壓發生器的負極相連的注射栗流速設為0.6?1.8ml/h0
【文檔編號】D01D5/00GK105862210SQ201610275718
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】賈琳, 孔繁榮, 張海霞, 王西賢, 焦超
【申請人】河南工程學院