CN100350084C - 纳米复合抗菌涤纶poy共混高速纺丝法 - Google Patents

Abstract

纳米复合抗菌涤纶Poy共混高速纺丝法，包括纳米抗菌涤纶母粒及其加入量的选择和纺制步骤，即纳米复合抗菌涤纶母粒干燥、母粒与涤纶干切片混合、熔融、喷丝、冷却成形、给油、高速预拉伸、卷绕，最后制得纳米复合抗菌涤纶Poy。本发明提供了一种新型的纳米复合抗菌涤纶Poy的纺制法。工艺流程简单，加工成本低，可小批量、多品种生产，产品质量高，抗菌性能优良并长效。

Description

纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝法

技术领域

本发明涉及抗菌涤纶纤维的纺丝方法，更确切地说涉及纳米复合抗菌涤纶母粒及其加入量选择和共混高速纺丝方法步骤。属于纳米功能纤维制备领域。

背景技术

纳米作为材料衡量尺度，其大小为1nm＝10^-9m。纳米材料是组成相或晶粒在任一维上尺寸小于100nm的材料。纳米材料按宏观结构分为纳米块、纳米膜和纳米纤维等。其中纳米纤维按加工方法分为两类：1.纤维直径为纳米尺度的材料，如纳米碳管。2.成纤高聚物填加纳米级的金属、非金属等材料制备而成的纤维，如纳米远红外纤维。

功能纤维是指具有特定功能，诸如高弹、防紫外线、高收缩、高吸水、抗菌、抗静电等性能的纤维。

纳米功能纤维是由合成纤维高聚物填加纳米级的金属、非金属等材料，制备的具有特殊功能的纤维。其具有原有的性能与新的特殊功能兼备的优点，并且制备技术较普通纤维难度大、问题多。目前被纺织材料界列为纤维前沿学科和研究的重点。

目前抗菌涤纶纤维的制备方法有三种：一种是聚合共混法(广东化纤2003年3月第一期)，该方法是将表面处理的银系抗菌粉体，分散于EG溶液中，循环砂磨50min，离心分级，然后按一定比例与PTA、EG、sb₂o₃配料加入反应釜，在250-270℃和一定的压力下进行酯化、缩聚反应，生成PET。注带、切粒。经干燥，熔融纺丝，制得抗菌涤纶poy。该方法制得的抗菌纤维抗菌性能及物理性能优良。但不适宜小批量、多品种生产，不能灵活应对市场需求。

第二种是共混常规纺丝法(山西锦纶集团有限责任公司技术中心)，该方法是在纺丝过程中，将抗菌材料按一定比例加入螺杆挤压机中与PET切片混合熔融纺丝，在500-800m/mim的纺丝速度下制得的初生抗菌纤维(UDY)结构不稳定，需继续进行拉伸加工，方可用于后加工。该方法产量小、生产成本高、产品物理性能指标不匀率高(CV％≥2.5％)、染色均匀性差(M％＝80％左右)，一等品率低(最高仅达80％左右)。并且该技术路线国内已处于淘汰中，其研究推广价值不大。

第三种是纤维后整理法(《纳米纤维》吴大诚等编著P145)该方法是纤维后整理常用的方法，有表面涂层法、树脂整理及微胶囊法。表面涂层是抗菌剂与涂层剂配成溶液对纤维进行涂层处理，使抗菌剂固着于纤维表面。树脂整理是将抗菌剂溶解在树脂中，然后配成乳化液，将纤维放在乳液中充分浸渍，再通过轧、烘、使抗菌剂的树脂附着于纤维表面，从而使其具有抗菌功效。微胶囊法是将抗菌剂制成微胶囊，再用高分子胶黏剂或涂层剂对纤维处理。在使用过程中，因摩擦胶囊破裂释放出抗菌剂，并在纤维表面扩散使之有一定的抗菌效果。以上三种后整理方法其抗菌功能都会随着洗涤次数和使用时间的增加而减小。

发明内容

本发明基于上述抗菌涤纶及抗菌涤纶的制备方法的基础上，针对其存在的问题，提供一种纳米复合抗菌涤纶共混高速纺丝新方法，以解决现有聚合共聚法不适宜小批量、多品种生产的问题。解决普通共混纺丝法产量低、能耗大、物理性能指标不匀率高、染色均一性差、一等品率低的问题。

本发明使用的纳米抗菌涤纶母粒及其加入量的选择：

1、本发明使用银、锌复合抗菌剂。根据其性质，常用的载体有沸石、磷酸锆、硅基氧化物等。载体不同，制成的纳米复合抗菌涤纶母粒用于共混高速纺丝的可纺性不同。见表-1。

表-1

序号	母粒中纳米复合抗菌材料名称	共混高速纺丝可纺性
			1	载银、锌、沸石	纺丝5分种堵喷丝孔、断头10次/5min
2	载银、锌、磷酸锆	熔体膨化率＞1.5，注头严重
			3	载银、锌、硅基氧化物	良好

注：实验在本院德国巴马格公司制造的6E4高速纺丝机完成。

高聚物的流变性决定熔融纺丝可纺性。由于高速纺丝吐出量大，挤压机剪切速率高达10⁴，正常状态熔体流变性呈现切力变稀。填加银、锌、硅基氧化物纳米复合抗菌材料，纳米效应使其在螺杆挤压机熔融、压缩过程中，易与涤纶大分子产生较大的物理吸附，形成氢键和络合物，引起混合物熔体流变性呈切力增稠现象，恶化纺丝可纺性。纳米复合抗菌涤纶母粒的浓度对熔体流变性影响见图-1。

综上所述本发明选用20-60nm的载银、锌、硅基氧化物复合微粒与涤纶粉料以重量比0.15∶1制成的纳米复合抗菌涤纶母粒。

2、在共混高速纺丝过程中，纳米复合抗菌涤纶母粒的加入量影响纤维的抗菌性能和力学性能。本发明选择纳米复合抗菌母粒加入量为3-7％。

本发明采取的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法步骤：

1、纳米复合抗菌涤纶母粒含湿量高，直接用于共混高速纺丝，可纺性差。本发明用真空干燥，加热、保温除湿，自然冷却，其含水率≤60PPM。

2、将干燥的纳米复合抗菌涤纶母粒与涤纶干切片在螺杆挤压机进料口均匀混合。进入螺杆挤压机加热熔融压缩成熔体，并由旋转螺杆挤出。

3、纳米复合抗菌涤纶熔体进入分配管、静态混合器、计量泵、通过喷丝头喷丝，冷却成型，纤维表面包覆油剂，在3200-3500m/min纺速下预拉伸进行卷绕，制得纳米复合涤纶Poy。

本发明纳米复合抗菌涤纶Poy共混高速纺丝方法其特征在于：

1、根据本发明所述方法步骤(1)中，纳米复合抗菌涤纶母粒置于真空干燥箱内，加热70-90℃，保温1-2小时，切片预结晶，继续升温100-120℃，保温5-7小时，自然冷却，其含水率≤60PPM。

2、根据本发明所述方法步骤(2)中，螺杆挤压机设有3个温度段，进料段温度为287-297℃，熔融、压缩段温度为295-305℃，均化、计量段温度为288-298℃，机头熔体温度为290-300℃，熔体压力为100-105bar。并且母粒加入量每增加1％，其熔融温度将降低2-3℃。

3、根据本发明所述方法步骤(3)中，联苯炉提供热源，保持分配管、静态混合器、计量泵、纺丝组件温度恒定。联苯炉显示温度为285-295℃。

4、根据本发明所述方法步骤(3)中，纳米复合抗菌涤纶熔体凝固点位置较纯涤纶上移10-20cm，侧吹风温度为20-24℃，风速为0.3-0.4m/s，丝室温度为23-30℃，制得的纳米复合抗菌涤纶Poy聚集态结构稳定。取向度Δn＝2.19×10^-2，纤维结晶CP％＝38.4与纯涤纶Poy数据接近。

5、根据本发明所述方法步骤(3)中，纳米复合抗菌材料穴孔多，使纳米复合抗菌涤纶Poy集束性差，毛丝增多。提高其集束性和抗静电性，油剂浓度为10-12％，油泵电机输出频率为47-55Hz。

6、根据本发明所述方法步骤(3)中，在3200-3500m/min速度下纤维预拉伸，剩余拉伸倍数1.68-1.78倍，保证卷绕成型，超喂率为9-11％。

注：纤维取向度检测方法为偏光纤维镜法。结晶度检测方法采用x衍射法。

本发明实施上述技术方案取得了明显的优点和效果：

1、纤维具有高效的抗菌性和耐洗涤性

2、产品结构稳定，纤维不匀率较常规纺丝降低2倍，染色均匀性提高10％-15％，对环境要求降低。产品的一等品率可达98％左右。

3、设备简化，操作容易，产量高，生产成本低，较共混普通纺丝法吨丝降低1500-2000元。

4、可小批量、多品种生产，有效提高企业的经济效益。

5、丝筒硬度高，重量大，便于运输。

产品检验测试方法采用《纤维线密度测试采用GB/T1434-2003方法B进行检验测试》，纤维断裂强度检验测试方法采用《断裂伸长率及其变异系数试验按GT/T14344-2003规定进行实验计算》。抗菌性能测试方法按照国家卫生《消毒技术规范》2、1、8、7振荡瓶法检测。

纳米复合涤纶论POY质量检测结果如见表-2

表-2

检测项目	结果	标准
			纤度             dtex	340.0	336.0
线密度偏差率     ％	1.2	±2.5
			断裂强度         CN/dtex	2.0	2.0
断裂强度变异系数 CV％	5.3	6.0
			断裂伸长率       ％	121.8	M±6

断裂伸长率变异系数    CV％	4.6	6.5
			大肠杆菌抑菌率        ％	57	26
金黄色葡萄球菌抑菌率  ％	57	26

注：(1)M＝120；(2)大肠杆菌抑菌率(％)、金黄色葡萄球菌抑菌率(％)为洗涤20次后数据。

附图说明

图-1熔体流变性能图

注：(1)图-1中*空白样；■母粒浓度为25％；·母粒浓度为15％；

    (2)实验由Roand RH-7双头高压毛细管流变仪完成。

图-2工艺流程图

具体实施方式

实施例1：

取浓度为15％w、20-60nm载银、锌、硅基氧化物抗菌涤纶母粒5kg，置于搪瓷盘中，堆积厚度10cm，放入真空烘箱内，升温到85℃，保温2小时，切片预结晶。继续升温到105℃，保温5小时，关闭电源，自然冷却，含水率50ppm。

以4.7％的纳米抗菌母粒加入量，调整注射机频率为45.5Hz，将其均匀输送到挤压机进料口，与涤纶干切片混合，进入螺杆挤压机加热熔融、压缩，控制显示表温度，I区295℃，II区302℃，III区299℃，IV区296℃，V区293℃，联苯炉温287℃，机头熔体温度295℃，熔体压力100bar，由旋转螺杆挤出的共混熔体经分配管、静态混合器进入计量泵以55g/min头输送到喷丝组件，通过40目、60目的海砂层过滤、均化，均匀分配，压入36f的喷丝板，形成融体细流，在25℃丝室中冷却成形，然后丝束表面包覆油剂，油剂泵电机频率50Hz。通过3200m/min纺速预拉伸，以9％的卷绕超喂率卷装成形。制得纳米复合抗菌涤纶POY，质量指标：纤度340dtex/36f×2、CV％0.96，断裂强度2.1CN/dtex，CV％6.27，断裂伸长率121.8％，CV％4.6，大肠杆菌抑菌率57％、金黄色葡萄球菌抑菌率57％。

实例2：

以5.7％的纳米复合抗菌涤纶母粒加入量，调整注射机频率为54Hz，将其均匀输送到挤压机进料口与涤纶干切片混合，进入螺杆挤压机加热熔融、压缩、控制显示表温度I区293℃、II区298℃、III区296℃、IV区294℃、V区291℃。机头熔体压力100bar，熔体温度293℃，联苯炉温度285℃，由旋转螺杆挤出的共混熔体经分配管、静态混合器进入计量泵，以55g/min·头输送到喷丝组件，通过50目、60目的海砂层过滤、均化，均匀分配，压入36f的喷丝板，形成融体细流，在27℃丝室中冷却成型，然后丝束表面以油剂浓度11％、油剂泵电机频率55Hz上油，通过3200m/min纺速预拉伸，以10％卷绕超喂率卷装成型，制得纳米复合抗菌涤纶POY。质量指标纤度340dtex/36×2、CV％1.02，断裂强度1.9CN/dtex，CV％4.7，断裂伸长率124.1％、CV％5.4。大肠杆菌抑菌率60％、金黄色葡萄球菌抑菌率60％。

Claims (8)

1.纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于该方法是按下列步骤进行的：

(1)选择20～60nm载银、锌、硅基氧化物复合抗菌粉体与涤纶粉料按重量比0.15∶1制成的纳米复合抗菌涤纶母粒，用于共混高速纺丝，纺丝前置于真空烘箱内加热，干燥除湿；

(2)将干燥的纳米复合抗菌母粒与涤纶干切片在螺杆挤压机进料口均匀混合，进入挤压机加热熔融、压缩、均化成熔体，并由其旋转螺杆挤出；

(3)挤出的纳米复合抗菌涤纶熔体由分配管、静态混合器、混合均匀分配到各纺丝位的计量泵计量，经喷丝板毛细孔喷出，形成熔体细流，冷却成形、初生纤维表面包覆油剂，在3200～3500m/min纺速下预拉伸，经卷绕成型，制得纳米复合抗菌涤纶POY。

2.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于纳米复合抗菌涤纶母粒的加入量为3％～7％。

3.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于将纳米复合抗菌涤纶母粒置于真空烘箱内加热到70℃～90℃，保温1～2小时，继续升温到100℃～120℃，保温5～7小时，自然冷却，其含水率≤60PPM。

4.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于螺杆挤压机设有三个温度段，进料段温度为287℃～297℃，熔融、压缩段温度为295℃～305℃，均化、计量段温度为288℃～298℃，螺杆挤压输出机头熔体温度为290℃～300℃，并且纳米抗菌母粒每增加1％，其熔体温度将降低2℃～3℃，熔体压力为100bar。

5.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于分配管、静态混合器、计量泵和喷丝头由联苯炉提供联苯蒸汽热源，保持其内熔体温度恒定，联苯炉温度为285℃～295℃。

6.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于自喷丝板毛细孔喷出的熔体细流，经侧吹风冷却，凝固成初生纤维，保证得到优良的纤维结构和性能，侧吹风温度为20℃～24℃，风速为0.3～0.4m/s，丝室温度为23℃～30℃。

7.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于初生纤维表面包覆油剂的浓度为10％～12％，油泵电机输入频率为47～55Hz。

8.按照权利要求1所述的纳米复合抗菌涤纶POY共混高速纺丝方法，其特征在于初生纤维在3200～3500m/min纺速下预拉伸，制得纳米复合抗菌涤纶POY剩余拉伸倍数是1.68～1.78倍，保证卷绕成型，超喂率为9％～11％。

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