CN101061265A - 制备抗微生物弹性纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

此处公开的是一种制备抗微生物弹性纤维的方法。该方法包括:混合玻璃化合物和分散剂,作为抗微生物剂的玻璃化合物含有ZnO、SiO2和碱金属氧化物,并具有0.1μm~5μm的平均粒度;砂磨或研磨该混合物;将该砂磨或研磨的混合物加入到嵌段聚氨酯聚合物的溶液中以制备弹性纱线。该方法可提供改进纺纱性并且纱线颜色保持不变的有利效果。

Description

制备抗微生物弹性纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种制备抗微生物弹性纤维的方法,更具体地涉及一种制备抗微生物弹性纤维的方法,该方法包括混合玻璃化合物和分散剂,作为抗微生物剂的玻璃化合物含有ZnO、SiO2和碱金属氧化物并具有0.1μm~5μm的平均粒度,然后砂磨或研磨该混合物,将该砂磨或研磨的混合物加入到嵌段聚氨酯聚合物的溶液中。
背景技术
聚氨酯弹性纤维的弹性及弹性回复性优良。由于这些优点,聚氨酯弹性纤维被广泛应用作为长袜、女士内衣及柔性织物的材料,它们的应用继续延伸到有氧健身服和游泳衣裤上。
各种细菌和霉菌粘附在衣服上并依靠人体分泌的各种物质存活。这些之中,某些细菌和霉菌粘附在织物上,接着对衣物进行破坏、脱色和/或污染,释放不对身体造成直接伤害的难闻气味。在严重的情况下,某些细菌和霉菌直接损害身体。特别是,在由弹性纤维制成的女士内衣如束腹和胸罩的情况下,细菌和霉菌靠分泌物如汗液存活,并在弹性纤维内生长。
一些给予聚氨酯弹性纤维抗微生物特性的尝试已经被提出。例如美国专利No.4,837,292揭示了给予聚氨酯弹性纤维抗微生物特性的方法,该方法使用聚(碳酸戊-1,5-二醇酯)二醇或聚(碳酸己-1,6-二醇酯)二醇的选自脂肪族二醇的聚碳酸酯二醇或它们的共聚物作为软链段。尽管该方法具有通过利用原材料固有物理性质而不加入其它抗微生物剂就获得抗微生物特性的优点,它仍具有较差抗微生物效果的问题。
另外,韩国专利公开No.93-5099教示了进行多孔结晶硅铝酸盐分子筛(作为具有杀菌金属离子的无机抗微生物剂)的离子交换以便为聚氨酯弹性纤维提供抗微生物特性。然而由于分子筛有很强的吸水性,使得在弹性纤维制备期间弹性纤维聚合物(即聚氨酯)交联。这种交联增加了聚合产品的粘度,引起凝胶形成,导致过滤压急剧升高以及纺纱期间纱线破损频繁出现。
如此,韩国专利No.103406描述了使用含有银或锆作为抗微生物组分的无孔无机陶瓷以给予弹性纤维抗微生物特性。然而,纺纱期间在200℃或更高的高温下银引起弹性纤维不希望的变黄。
另外,韩国专利No.445313描述了使用含有ZnO、SiO2和碱金属氧化物作为抗微生物剂的玻璃金属化合物,以给予弹性纤维抗微生物特性。尽管纺纱期间在200℃或更高的高温下弹性纤维没有出现变黄,在二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺作为聚氨酯(弹性纤维的原材料)的极性溶剂时抗微生物剂往往凝聚。凝聚的结果是,造成排出压力升高,纺纱期间纱线破损频繁出现,使抗微生物纤维保持长期稳定纺纱变得困难。因此抗微生物剂必须经过研磨或砂磨来控制抗微生物剂粒度以便其适于加入到聚氨酯中。特别地,抗微生物剂颗粒必须具有15μm或更小的二次凝聚粒度。为此,抗微生物剂需要广泛的费时的研磨。在该步骤中,抗微生物剂脱色为灰色,致使最终抗微生物弹性纤维的颜色为灰色。
因此,需要改进制备抗微生物弹性纤维的方法,而不影响纤维的纺纱性或颜色同时保持优良的抗微生物特性。
发明内容
因而,鉴于上述问题提出本发明,本发明的一个目的是通过使用含有ZnO、SiO2、碱金属氧化物等的玻璃金属化合物作为抗微生物剂并在研磨或砂磨该抗微生物剂期间使用分散剂,提供具有优良纺纱性同时保持优良抗微生物特性并保持纱线颜色不变的抗微生物弹性纤维。
根据本发明所要达到的上述目的的一个方面,提供了一种制备抗微生物弹性纤维的方法,其包括:混合玻璃化合物和分散剂,作为抗微生物剂的玻璃化合物含有50~78mole%的ZnO、21~49mole%的SiO2和1~10mole%的碱金属氧化物,并具有0.1μm~5μm的平均粒度;砂磨或研磨该混合物;将该砂磨或研磨的混合物加入到嵌段聚氨酯聚合物的溶液中以制备弹性纱线。
根据本发明的另一方面,提供一种由该方法制备的抗微生物弹性纤维。
本发明将在此更详细描述。
本发明方法中使用的抗微生物剂的特征在于,它是含有ZnO、SiO2和碱金属氧化物并具有0.1μm~5μm的平均粒度的玻璃金属化合物。
优选地,该抗微生物剂是无孔的。在使用强吸水性多孔抗微生物剂的情况下,弹性纤维聚合物(即聚氨酯)在弹性纤维制备期间交联。这种交联增加了聚合产品的粘度,引起凝胶形成,导致过滤压急剧升高以及纺纱期间纱线破损频繁出现。
具体地,抗微生物剂优选含有50~78mole%的ZnO。当ZnO含量超过78mole%,很难将抗微生物剂形成为玻璃化合物。另一方面,当ZnO含量低于50mole%,抗微生物剂的抗微生物特性不足。
抗微生物剂优选含有21~49mole%作为玻璃形成的组分的SiO2。当SiO2含量超过49mole%,抗微生物剂的水溶性高,从而引起较差的抗微生物特性。另外,当SiO2含量低于21mole%,很难获得稳定的玻璃化合物。
抗微生物剂中SiO2用作玻璃形成的基本组分,但部分SiO2可由玻璃形成的其它组分替代。这类组分可以使用例如P2O5、Al2O3、TiO2和ZrO2。这些组分的优选含量范围是0.1~19mole%。
抗檄生物剂优选含有1~10mole%的碱金属氧化物。当碱金属氧化物的含量少于1mole%,抗微生物剂的抗微生物特性降低。另一方面,当碱金属氧化物的含量超过10mole%,抗微生物剂的水溶性高,从而引起较差的抗微生物特性同时削弱了抗微生物剂的抗脱色性。
用于本发明方法的碱金属氧化物的实例包括Na、K和Li的氧化物。这些氧化物可单独或结合作为两种或三种氧化物的混合物使用。
本发明方法中,抗微生物剂的优选加入量为相对于纱线重量的0.2~5%重量。若抗微生物剂加入量低于0.2%重量,抗微生物效果不能保证。若抗微生物剂加入量超过5%重量,抗微生物弹性纤维的物理性质可能会降低。
由于抗微生物剂是无机材料,抗微生物剂在加入弹性纤维聚合物(聚氨酯)之前需要分散。由于抗微生物剂在作为弹性纤维聚合物(聚氨酯)的极性溶剂的二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或二甲亚砜中往往凝聚,极有可能会引起挤出压力升高以及在纺纱期间纱线损坏可能频繁发生。据此,为了保持抗微生物剂加入聚氨酯溶液之前其二次凝聚粒径在15μm或更小,需要广泛的费时地研磨或砂磨抗微生物剂。在该步骤中,抗微生物剂可能如上所述脱色为灰色。
根据本发明的方法,加入分散剂,如脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯或脂肪醇,以改进极性溶剂中抗微生物剂的分散性,从而缩短抗微生物剂的研磨时间并防止抗微生物剂脱色。即,分散剂减少了研磨期间抗微生物剂间产生的摩擦,改进了抗微生物剂的流动性和分散性。另外,分散剂可包覆在抗微生物剂表面,增强以上效果。
作为合适的脂肪酸,能够列举出C3~40直链或支链烃的一元羧酸和二元羧酸。具体实例包括癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和二十二烷酸。
脂肪酸盐是可用通式RCOOM表示的化合物(其中R是烷基或烯基,优选C3~40直链或支链烃;M是金属,优选碱金属或碱土金属)。具体实例包括硬脂酸钠、硬脂酸锂、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙、油酸钾和硬脂酸铝。
脂肪酸酯的优选实例包括单硬脂酸甘油酯和油酸甘油酯。
脂肪醇为C3~40直链或支链烃的一元或多元脂肪醇。脂肪醇的优选实例包括:烷醇,例如,正己醇、正庚醇、正辛醇、2-乙基己醇、异辛醇、2-辛醇、甲基庚醇、癸醇、异癸醇、辛醇、月桂醇、肉豆寇醇、棕榈醇、油醇、二十二烷醇、十六烷醇和硬脂醇;环烷醇,例如,环己醇和甲基环己醇;链烷二醇,例如,1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、四甲基乙二醇、1,2-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2,4-戊二醇、2,4-庚二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇和2-甲基-2-丁基-1,3-丙二醇;多元醇,例如,季戊四醇和二聚季戊四醇;以及它们的混合物。
脂肪醇的更优选实例包括硬脂醇、月桂醇、辛醇、油醇、季戊四醇和它们的混合物。
优选地,研磨或砂磨加工期间,选自脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯和脂肪醇的分散剂与抗微生物剂加入的重量比为1∶10~1∶1。由于抗微生物剂在纱线中的含量范围为0.2%~5%重量,则分散剂(与抗微生物剂含量成比例)在纱线中的含量为0.02%~5%重量。当重量比低于1∶10,分散效果微不足道。同时,当重量比超过1∶1,多余的分散剂并不为分散效果提供更进一步的改进。
本领域公知,用于通过本发明方法制备弹性纱线的嵌段聚氨酯聚合物是通过将有机二异氰酸酯与聚合的二醇反应得到聚氨酯前体,在有机溶剂中溶解该前体,并将该前体与二胺和一元胺反应而生产的。
作为合适的有机二异氰酸酯,可提到,例如,二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、亚丁基二异氰酸酯和氢化P,P′-亚甲基二异氰酸酯。作为合适的聚合的二醇,可提到,例如,聚四亚甲基醚乙二醇、聚丙二醇和聚碳酸酯二醇。二胺用作增链剂,它们的具体实例包括乙二胺、丙二胺和肼。另一方面,一元胺用作链终止剂,它们的具体实例包括二乙胺、单乙醇胺和二甲胺。
作为其它添加剂,可额外使用紫外稳定剂、抗氧化剂、NOx气体抗泛黄剂、染色促进剂、耐氯剂等。
这些添加剂可以加入到含抗微生物剂的混合物中。更优选的,这些添加剂先加入,接着在刚要纺纱前加入抗微生物剂。
具体实施方式
在此根据以下实施例对本发明作更详细描述。然而,这些实施例给出的目的是为了说明而不限制发明范围。
制备实施例1~6分别制备抗微生物剂A~F。抗微生物剂的二次凝聚粒度通过以下操作来评价。
<抗微生物剂的二次凝聚粒度的评价>
研磨制得抗微生物剂浆液后,取2kg浆液作样品。将浆液样品加入到密闭容器内,该容器可由顶部施加气压,并在较低出口处安装有直径3.6cm的不锈滤网(孔径:15μm)。压力施加方式使浆液能够仅通过滤网排出。施加1.5kgf/cm2的气压,测量2分钟内通过滤网的浆液量。当浆液总量(2kg)通过滤网时,抗微生物剂的二次凝聚粒度被认为为15μm或更小。如果浆液样品总量(2kg)通过滤网,样品被评价为“通过”。如果部分浆液样品保留,则样品被评价为“失败”。
制备实施例1:抗微生物剂浆液A
9.76wt%抗微生物剂和2.44wt%硬脂酸在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂、0.025吨硬脂酸和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。研磨40小时后,使被分散的浆液通过滤网进行过滤性试验。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为2kg,因此,该抗微生物剂浆液被评价为“通过”。浆液的颜色为白色。
制备实施例2:抗微生物剂浆液B
9.76wt%抗微生物剂和2.44wt%硬脂酸镁在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂、0.025吨硬脂酸镁和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。研磨45小时后,使被分散的浆液通过滤网以进行过滤性试验。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为2kg,因此,该抗微生物剂浆液被评价为“通过”。浆液的颜色为白色。
制备实施例3:抗微生物剂浆液C
9.76wt%抗微生物剂和2.44wt%硬脂酸钠在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂、0.025吨硬脂酸钠和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。研磨48小时后,使被分散的浆液通过滤网以进行过滤性试验。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为2kg,因此,该抗微生物剂浆液被评价为“通过”。浆液的颜色为白色。
制备实施例4:抗微生物剂浆液D
9.76wt%抗微生物剂和2.44wt%硬脂醇在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂、0.025吨硬脂醇和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。研磨45小时后,使被分散的浆液通过滤网以进行过滤性试验。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为2kg,因此,该抗微生物剂浆液被评价为“通过”。浆液的颜色为白色。
制备实施例5:抗微生物剂浆液E
9.76wt%抗微生物剂和2.44wt%单硬脂酸甘油酯在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂、0.025吨单硬脂酸甘油酯和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。研磨43小时后,使被分散的浆液通过滤网以进行过滤性试验。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为2kg,因此,该抗微生物剂浆液被评价为“通过”。浆液的颜色为白色。
制备实施例6:抗微生物剂浆液F
10wt%抗微生物剂在二甲基乙酰胺中的溶液在机器(DCP-SUPERFLOW 170,Drais Mannheim,德国)中用氧化锆球(直径:0.5mm)研磨以分散抗微生物剂浆液。这里使用的抗微生物剂是玻璃金属化合物,其含有62.1mole%的ZnO、31.1mole%的SiO2、2.5mole%的P2O5、2.3mole%的Al2O3和2.0mole%的Na2O,并具有3.5μm的最初平均颗粒直径。具体地,将0.1吨抗微生物剂和0.9吨二甲基乙酰胺加入浆液制备容器中。其后,在研磨机中以600rpm进行浆液分散,同时以24kg/min的速率通过容器和研磨机之间的管道循环浆液。
研磨72小时后,使分散的浆液通过滤网以进行过滤性试验(为评价抗微生物剂的二次凝聚粒度)。结果,通过滤网的抗微生物剂浆液量为200g,因此,该抗微生物剂浆液被评为“失败”。浆液的颜色为灰色。
实施例1
518g二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯与2,328g(分子量:1,800)聚四亚甲基醚乙二醇在85℃的氮气流下搅拌90分钟进行反应制备在两个末端都具有异氰酸酯基团的聚氨酯前体。使该聚氨酯前体冷却到室温后,将其溶解到4,643g二甲基乙酰胺中制备聚氨酯前体溶液。随后,在10℃或更低温度下将54g丙二胺、9.1g二乙胺和1,889g二甲基乙酰胺的溶液加入该聚氨酯前体溶液以制备嵌段聚氨酯聚合物溶液。将1.5%重量的亚乙基双(氧亚乙基)双-(3-(5-叔丁基-4-羟基-间-甲苯基)-丙酸酯)、0.5%重量的5,7-二-叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)-3H-苯并呋喃-2-酮、1%重量的1,1,1′,1′-四甲基-4,4′-(亚甲基-二-对-亚苯基)二氨基脲、1%重量的聚(甲基丙烯酸N,N-二乙基-2-氨基乙酯)、0.1%重量的二氧化钛加入该聚氨酯聚合物溶液中。这些添加剂的重量百分比是基于聚氨酯聚合物溶液的固体总重量。然后,将制备实施例1中制备的抗微生物剂浆液加入到该聚氨酯聚合物溶液中,因而抗微生物剂在纱线中的含量是1.5%重量,分散剂(硬脂酸)在纱线中的含量是0.375%重量。将得到的纺纱储液去除泡沫,接着将其在250℃纺纱温度下干纺以生产40丹尼尔/4丝的弹性纱线。用圆编织机(KT-400,直径:4英寸,400针,Nagakaseiki,日本)将弹性纱线编织为具有100%氨纶的管状编织织物。用普通洗涤方法洗涤氨纶管状编织织物。洗涤后的织物的物理性质通过以下各步骤评价。结果示于表1。
(1)抗微生物活性评价
管状编织织物的抗微生物活性根据以下步骤评价。使用金黄色葡萄球菌(ATCC6538)和大肠杆菌(ATCC8739)作为测试细菌评价抗微生物活性。抗微生物活性根据韩国工业标准(KS)K 0693-2001测试方法确定。
抗微生物活性(抑菌率,%)=[(对照样品内18小时培养后活细菌数量-试验样品内18小时培养后活细菌数量)/(对照样品内18小时培养后活细菌数量)]×100
-试验样品:氨纶管状编织织物
-对照样品:棉(韩国工业标准K 0905-1996中定义的)
(2)白度评价
管状编织织物的白度根据以下步骤评价。管状编织织物的明度(″L″)值使用色彩观察分光光度计(BYK-Gardener,U.S.A.)在以下实验条件下测量:仪器几何参数=45°/0°,光源/观察者=D65/10°,11mm样品孔径,测量次数:3)
实施例2~5
氨纶管状编织织物用与实施例1相同方式生产,除了使用制备实施例2~5中制备的抗微生物剂。评价织物的物理特性,得到的结果示于表1。
对比实施例1
氨纶管状编织织物用与实施例1相同方式生产,除了使用制备实施例6中制备的抗微生物剂。评价织物的物理性质,得到的结果示于表1。
                                    表1
实施例编号   抗微生物剂浆液     纺纱性(纱线损坏:频率/时间)   纱线颜色(L值)   抗微生物活性(抑菌率)(%)
  金黄色葡萄球菌   大肠杆菌
实施例1   A     0.01   89.1   99.4   99.3
实施例2   B     0.02   89.2   99.5   99.3
实施例3   C     0.01   89.1   99.4   99.3
实施例4   D     0.01   89.3   99.1   99.3
实施例5   E     0.01   89.1   99.5   99.4
对比实施例1   F     3   85.4   99.1   99.2
*“L值”越高,白度越好。
由表1所示结果可以看出,使用通过本发明方法制备的抗微生物浆液的氨纶织物的抗微生物活性、纺纱性和纱线颜色优良。
由本发明方法制备的抗微生物弹性纤维通过上述说明明显表现出优良的纺纱性,同时保持优良的抗微生物特性并保持纱线颜色不变。
尽管本发明优选实施方案为了说明的目的已经公开,本领域技术人员将可以认识到不脱离所附权利要求书公开的本发明的范围和主旨的各种变形、添加和替代都是可能的。

Claims (9)

1.一种制备抗微生物弹性纤维的方法,包括:
在溶剂中混合玻璃化合物和分散剂,作为抗微生物剂的玻璃化合物含有50~78mole%的ZnO、21~49mole%的SiO2和1~10mole%的碱金属氧化物,并具有0.1μm~5μm的平均粒度;
砂磨或研磨该混合物;
将该砂磨或研磨的混合物加入到嵌段聚氨酯聚合物的溶液中以制备弹性纱线。
2.根据权利要求1的方法,其中玻璃化合物进一步含有0.1~19mole%的至少一种选自由P2O5、Al2O3、TiO2和ZrO2组成的组中的材料。
3.根据权利要求1的方法,其中抗微生物剂是无孔的。
4.根据权利要求1的方法,其中分散剂是至少一种选自由脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯和脂肪醇组成的组中的化合物。
5.根据权利要求1的方法,其中溶剂是至少一种选自由二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和二甲亚砜组成的组中的溶剂。
6.根据权利要求1的方法,其中抗微生物剂的加入量相对于弹性纤维重量为0.2~5%重量。
7.根据权利要求1的方法,其中混合及研磨或砂磨期间使用的分散剂和抗微生物剂的重量比为1∶10~1∶1。
8.根据权利要求1的方法,其中混合及研磨或砂磨之后且在加入到嵌段聚氨酯聚合物溶液之前抗微生物剂的二次凝聚粒度为15μm或更小。
9.一种根据权利要求1~8中任一项方法制备的抗微生物弹性纤维。
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