CN101200816B - 一种兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，更具体地说涉及这样一种纤维或长丝，其中皮层材料中以皮层总干重计含有3‰-20‰的纳米级银源粉末，芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3-1∶20。本发明所提供的皮芯双组分纤维或长丝将抗菌和截面异型两者的优点结合起来，具有抗菌防臭、吸湿快干、轻便舒适、柔软不贴身的功效。且截面形状独特，使用起来不容易皱褶，具有显著的抗弯曲特性，芯吸效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，更具体地说涉及这样一种纤维和长丝，其中皮层材料中以皮层总干重计含有3‰-20‰的纳米级银源粉末，芯部的截面具有4个大小相同的荷叶边的椭圆形叶片。
背景技术
我们周围存在着各种各样的微生物，某些情况下，它们会干扰我们健康生活的能力。存在于我们衣服中的微生物由于所提供的温度、湿度和各种营养物等条件有利，故能迅速增殖。因此，人们一直希望能提供具有抗微生物活性的纤维以便保护使用者，同时又能经济地做到这一点。
在服用化纤产品中，聚酯纤维多年来一直是生产和消费数量最大的合成纤维。现有技术中已提出抗微生物聚酯纤维，其中抗微生物剂沉积在双组分皮芯纤维的皮层中。Nakamura Kenji，日本公开申请特开平9-87928(1997)提出一种在皮层中含有抗菌效果的金属沸石的皮芯聚酯纤维，然而据发现，某些沸石的使用可导致不可接受的聚合物及纤维降解；纳幕尔杜邦公司的中国专利99805040.7提出了一种含抗微生物剂的皮芯聚酯纤维，皮层包含抗微生物剂，其中抗微生物剂是一种组合物，包括惰性无机芯颗粒，其包括具有抗微生物颗粒的含金属第1涂层和具有保护性能的第2涂层。
但由于涤纶吸湿性差，穿着有闷热感，如何提高涤纶织物的吸湿性、透气性是国内外关注的课题。为保留涤纶织物的挺结、耐洗特性，提高其服用的舒适性，美国(杜邦)、日本、韩国、台湾等相继研究并推出吸湿排汗的异形涤纶纤维。他们是通过纤维截面异形化来增加毛细芯吸作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细管通道，产生芯吸作用而具有干爽导湿性能。芯吸作用愈大，导湿性能愈好。要获得具有吸湿、快干特性的异形纤维，主要有以下几种方法。
1、单孔或多中空纤维
较早开发的中空纤维主要是三维卷曲纤维，适用于用作布艺填充材料、装饰布、非织造织物、地毯、仿毛织物及过滤材料等。多孔中空纤维WELLKEY FILAMENT是由日本帝人公司开发的PET中空微孔纤维，1984年短纤维工业化生产，1992年又开发了长丝。该纤维表面又有许多0.00-0.003NM的微孔贯通至中空部。汗液可迅速地自纤维表面浸入到中空部，由于毛细效应汗液可由中空部移动至外部，扩散至外层空间，使服装速干，不感到粘乎或湿冷。适于做内衣和运动服装面料。
2、纤维表面改性
吸湿、放湿纤维WELLKEY MA也是由日本帝人公司开发的。它是用蚕丝生产时的下丝胶朊牢固地附着于PET纤维上。由于丝胶朊是一种氨基酸，具有亲水性，在服装穿着时丝胶朊贴皮肤穿用，可被皮肤吸附，吸收皮肤表面汗液。
3、横截面异形化
美国、台湾、韩国等国家和地区也相继开发出吸湿排汗涤纶纤维。象杜邦公司“COOLMAX”、台湾远纺的“TOPCOOL”、台湾中兴纺织公司的“COOLPLUS”等，他们均是利用特殊喷丝板，纺制十字型断面的聚酯纤维，通过纤维截面异形化来增加毛细管作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用而具有导湿排汗性能。芯吸作用愈大，导湿性能愈好。
纤维截面的异型化可使纺织产品的光泽性、膨松性、吸湿性、抗起毛、起球性、耐污性、硬挺度、弹性、手感等得到不同程度的改善，因而在服用、家用及产业用纺织品领域内得到十分广泛的应用。迄今为止，已有三角形、3叶形、多叶形、十字形、一字形等多种异型纤维问世。
杜邦公司“COOLMAX”是具有四沟槽横截面形状的导湿快干纤维，纤维截面呈“十”字形，表面有四道沟槽，如图1所示。四管道纤维及纤维之间形成最大的空间，保证最好的透气性，把皮肤表面散发的湿气快速传导至外层纤维。四沟槽纤维均呈扁平的四叶形，即四片叶子大小不均一。在使用中发现，具有这样的四叶形截面纤维抗弯曲能力差，相对较大的两片“叶子”容易皱褶、发生断裂，抗弯曲回弹特性不好，用此纤维做成的衣服在加捻或倍捻后，衣服穿着容易变形。
多年来，人们一直试图能将具有抗微生物性能和截面异型化两者结合起来、生产一种具有抗微生物性能、且抗弯曲回弹特性好的异型纤维，但效果一直不佳。
发明内容
本发明提供一种兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝。要指出的是，术语“纤维”和“长丝”在本发明中用来笼统地涵盖切断纤维和连续长丝。本发明所提供的皮芯双组分纤维或长丝，其芯部横截面的四叶形结构独特，具有显著的抗弯曲回弹特性，用本发明的纤维或长丝制成的衣服在加捻或倍捻后，衣服穿着不易变形。
本发明所提供的兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，其中：该纤维或长丝的皮层材料中以皮层总干重计含有3‰-20‰的纳米级银源粉末，其芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3-1∶20。
本发明所提供的四叶形皮芯双组分纤维或长丝其芯部截面具有4个椭圆形叶片，且4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称。上述芯部结构使得纤维或长丝表面有微细沟槽，增加毛细管作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用而具有导湿排汗性能，从而使面料具有很好的吸湿快干性能。且叶片大小相同，垂直对称，应用时不容易卷曲皱褶，具有显著的抗弯曲回弹特性，用此纤维做成的衣服在加捻或倍捻后，衣服穿着不易变形，体现随意风格，适应时代潮流。
上述四叶形皮芯双组分纤维或长丝，进一步改进之处在于：所述的4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角θ为80-130°。
本发明所述的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，改进之处进一步包括所述凹弧的半径r与扇形凹弧的内接圆的半径R之比为1∶1-1∶4。
本发明所提供的兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，该纤维或长丝的皮层材料中以皮层总干重计含有3‰-20‰的纳米级银源粉末。所述的银源粉末可以是任何已知的含银材料，可以是无机材料，也可以是有机材料，其中优选的是银粉、氧化银、溴化银、硝酸银、硫酸银、硅酸银或磷酸锆盐包覆的银粉，更优选磷酸锆盐包覆的银粉。磷酸锆具有良好的化学、热稳定性和机械强度，具有良好的离子交换特性，并且可以提供相当大的比表面积，在无机抗菌剂的制备中可以作为抗菌金属离子的优良载体。本发明中的银源粉末更优选磷酸锆盐包覆的银粉，磷酸锆盐包覆的银杀菌、抑菌效果持久，对人体无害，对皮肤无刺激性，具有很高的化学稳定性和热稳定性，可经受1300℃高温，且不易变色；粉体粒径小，粒度分布均匀，比表面积大，能永久地与高分子材料相结合，化学稳定性好。在较宽的pH范围内化学稳定，能经受表面活性剂多次洗涤，其抗菌力不下降。
上述银源粉末粒径为30-100nm。
纳米级微粒银源粉末可产生活性银阳离子物质，起到抗菌作用，几乎所有细菌的细胞壁和细胞膜带有负电荷基团，根据物理学异性电荷相吸的原理，利用抗菌纤维带有的正电荷基团吸附细菌，束约细菌的活动，抑制其呼吸，发生“接触死亡”，这种正负相吸的物理现象，使细胞上的电荷不均匀，使其细胞膜破裂，致使细菌发生“溶解死亡”，还可以通过银离子破坏细菌胞内酶系统，影响细菌正常的新陈代谢，导致细菌死亡，光敏催化环境中的氧和水分，产生氧化剂，氧化破坏细菌胞内酶，使细菌死亡。
本发明中，将纳米级银源粉末用于纤维中，从而使其能够在短时间内杀灭对人体有害的细菌，能除去引起汗臭味的金黄色葡萄球菌等细菌，能够消除因细菌引起的异味。此外，鉴于只有纤维表面或其附近的抗微生物剂才对纤维抗微生物效果有贡献，且考虑到抗微生物剂较昂贵，本发明将其抗微生物剂沉积在双组分皮芯纤维的皮层中，抗菌效果优良且经济实用。
本发明的另一目的还在于提供一种制备本发明所述的四叶形皮芯双组分纤维或长丝的专用喷丝板，其中：该喷丝板上喷丝孔的横截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3-1∶20。
本发明所提供的专用喷丝板，改进之处还在于：所述4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角θ为80-130℃。
上述专用喷丝板，改进之处进一步包括：所述凹弧的半径r与扇形凹弧的内接圆的半径R之比为1∶1-1∶4。
采用本发明所提供的喷丝板制备的皮芯双组分纤维或长丝，芯部具有独特的横截面形状，增加毛细管作用，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道，产生芯吸作用而具有导湿排汗性能，从而使面料具有很好的吸湿快干性能。
皮芯合成聚合物纤维的制备是技术上熟知的，例如可参见，Killian的美国专利2936482、Bannerman的美国专利2989798的Lee的美国专利4059949。生产芯部截面具有多叶形的皮芯型双组分长丝的双组分纺丝技术也是技术上熟知的，描述在哈里·沃恩·塞缪尔森的中国专利90103812.1中。复合抗菌纤维的制备同样是技术上熟知的，可参见中国专利00107688.4的描述。
本发明所述的皮芯双组分纤维或长丝可采用本发明所提供的专用喷丝板、结合熟知的技术制备。优选采用本发明所提供的方法制备，具体步骤如下：
(1)制备抗菌粉体：将纳米级银源粉末与载体沸石共混形成抗菌粉体；
(2)制备抗菌母粒：将上步所制得的抗菌粉体与一种聚合物混合形成抗菌母粒；
(3)纺丝：以上步所得的抗菌母粒与一种聚合物组分材料组成皮层部分，而以另一种聚合物组分材料为芯部组分，该芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，同时挤压皮层组分和芯部组分，通过一个纺丝喷丝孔使皮层组分完全包裹芯部组分，其中采用中国专利90103812.1所公开的方法来保持芯部的截面构形，即
a)通过一个位于喷丝板毛细孔上方的通道孔口以所要求的具有4个大小相同的荷叶边的椭圆形叶片的截面来送进已熔融的芯部组分料流；
b)沿着通向喷丝板毛细孔的进入口的周边从四周向芯部送进已熔融的皮层组分料流，以使其完全包裹着芯部组分；
c)控制熔融的皮层组分料流在沿着喷丝板毛细孔进入口的周边留有空间的部分的流动，以便使流入各叶形之间区域内的料流多于流入叶形区域内的料流；
d)使各熔融组分在离开喷丝板小孔之后进行固化。
适合作本发明皮层或芯层的聚合物为聚酯聚合物，包括对苯二甲酸1，3-丙二醇酯(3G-T)聚合物，以及对苯二甲酸乙二醇酯(2G-T)聚合物，还有聚对苯二甲酸丁二醇酯(4G-T)。皮层与芯层的聚酯通常是同一种聚合物。然而，它们也可为不同的聚合物，但是纤维的总相对粘度应高于中国专利申请99805040.7公开的可纺性极限，若低于该极限，将无法纺丝。
目前的抗菌织品大都是通过将含有消毒、灭菌功能的溶液或材料、甚至药物涂覆在织品表面，用这种方法制得抗菌织品其耐久性较差，经过一段时间的使用或数次洗涤即失去了抗菌效果，另外这种抗菌织品对纤维本身的性能影响较大，难以为广大用户所接受。
本发明中采用纳米级的银源微粒抗菌剂共混在复合纤维外表皮层的聚酯材料中，利用纳米级的抗菌剂共混进行改性，解决了现有的用药物对织物进行后整理的溶出缺点，也使加工工艺简化。银源微粒掺入纺丝中，易分散、易干燥、稳定性强，可以长期缓慢地释放。其长效性、耐洗性均比药物后整理方法理想。因为抗菌剂为极细的颗粒，所以共混在纤维的皮层中散布均匀表面积增加。因此抗菌剂用量少，成本降低，最重要的是保持了纤维的质量，可纺性强，纤维表面光润，适合于加工纺织品。
本发明所提供的皮芯双组分纤维或长丝，可按照本领域常用的方法制备成抗菌无纺布或织物或面料。
由本发明皮芯双组分纤维或长丝制备的抗菌无纺布、织物、面料与普通无纺布和药物无纺布具有如下优点：
1、除菌防臭：纤维里含有的抗菌剂纳米级银源粉末能够在短时间内杀灭对人体有害的细菌，能除去引起汗臭味的黄色葡萄球菌等细菌，能够消除因细菌引起的异味。同时由于纳米级的抗菌剂可以使抗菌剂均匀地与纤维外表皮层的聚酯共混，可缓慢释放，长期发生抗菌作用，是非药物性的，不会有耐药细菌的出现，长效性、耐洗性、稳定性、安全性、抗菌性都是十分良好的；
2、吸湿快干：综合了棉的舒适性和涤纶的快干性，独特的4个荷叶边的椭圆形叶片芯部截面芯吸作用更强，能快速吸收皮肤表面的汗水并输送到织物外层散发掉，使人体保持清爽舒适的感觉，而且具有卓越的维持体温的永久性功能；
3、经济实用：本发明中抗微生物剂沉积在双组分皮芯纤维的皮层中，抗菌效果更好，且经济实用；
4、柔软不贴身：面料采用独特的异型形断面纤维，使其与皮肤的接触面积变小，即便吸汗后，也不会因纤维湿润而有棉的湿感；
5、蓬松透气：异形断面结构，使面料蓬松而且更加透气，迅速释放皮肤产生的湿气，同时外层清凉空气能够透入里层，不会让您有丝毫闷的感觉；
6、抗弯曲回弹特性：独特的四叶形纤维具有显著的抗弯曲回弹特性，在加捻或倍捻后，衣服穿着不易变形，体现随意风格，适应时代潮流。
附图说明
图1为杜邦公司生产的具有“十”字形的四沟槽截面纤维；
图2为本发明的皮芯双组分纤维的芯部结构示意图；
图3为本发明的喷丝板示意图；
图4为本发明的喷丝板上喷丝孔的横截面放大图。
具体实施方式
下面的实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。
实施例1
称取0.3千克、粒径为30nm的磷酸锆盐包覆的银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取1.2千克的LRV23.5的2G-T聚合物与上步所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒，将抗菌聚酯母粒与28.5千克的LRV23.5的2G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取70千克的LRV23.5的2G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用图3所示的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3。
实施例2
称取1千克、粒径为100nm的硝酸银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取4千克的LRV23.5的2G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒，将抗菌聚酯母粒与45千克的LRV23.5的2G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取75千克的3G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用本发明所提供的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶10；4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角θ为90°。
实施例3
称取0.6千克、粒径为60nm的氧化银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取2.4千克的3G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒，将抗菌聚酯母粒与197千克的3G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取300千克的4G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用本发明所提供的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3；4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角θ为90°；凹弧的半径r与扇形凹弧的内接圆半径R之比为1∶3。
实施例4
称取0.5千克、粒径为30nm的硅酸银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取2千克的4G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒，将抗菌聚酯母粒与47.5千克的4G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取75千克的3G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用本发明所提供的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶20。
实施例5
称取1.5千克、粒径为50nm的银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取6千克的LRV23.5的2G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒，将抗菌聚酯母粒与142.5千克的LRV23.5的2G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取225千克的3G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用本发明所提供的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3；4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角θ为90°。
实施例6
称取0.8千克、粒径为30nm的溴化银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取3.2千克的LRV23.5的2G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒；将抗菌聚酯母粒与76千克的LRV23.5的2G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取320千克的3G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分钟2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的长丝的纺丝是利用本发明所提供的喷丝板和本发明改进的工艺进行的。该四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3。
实施例7
称取0.4千克、粒径为30nm的硫酸银粉与适量的载体沸石按照本领域常用的方法制备成抗菌粉体；称取1.6千克的LRV23.5的2G-T聚合物与所得的抗菌粉体共混制备成抗菌聚酯母粒；将抗菌聚酯母粒与38千克的LRV23.5的2G-T聚合物熔融形成具有抗菌功能的皮部材料；另外称取60千克的4G-T聚合物并将其熔融作为芯部材料；将皮部材料和芯部材料以每分2900ypm的速度进行纺丝和无拉伸卷绕。具有四叶形芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度B与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离A之比为1∶3。
Claims (5)
1.一种兼具抗菌和速干功能的四叶形皮芯双组分纤维或长丝，其特征在于：皮层材料中以皮层总干重计含有3‰-20‰纳米级银源粉末；芯部的截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片；4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度(B)与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离(A)之比为1∶3-1∶20；所述的4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角(θ)为80-130°；所述的凹弧的半径(r)与扇形凹弧的内接圆的半径(R)之比为1∶1-1∶4。
2.根据权利要求1所述的皮芯双组分纤维或长丝，其特征在于：所述的银源粉末为银粉、氧化银、溴化银、硝酸银、硫酸银、硅酸银或磷酸锆盐包覆的银粉。
3.根据权利要求2所述的皮芯双组分纤维或长丝，其特征在于：所述的银源粉末为磷酸锆盐包覆的银粉。
4.根据权利要求2或3所述的皮芯双组分纤维或长丝，其特征在于：所述的银源粉末粒径为30-100nm。
5.制备如权利要求1所述的皮芯双组分纤维或长丝的专用喷丝板，其特征在于：所述喷丝板上喷丝孔的横截面为具有4个荷叶边的椭圆形叶片，4个椭圆形叶片大小相同，垂直对称；椭圆形叶片的宽度(B)与相互对称的2个椭圆形叶片间的距离(A)之比为1∶3-1∶20；所述4个椭圆形叶片间有扇形凹弧，凹弧所对应的圆心角(θ)为80-130°；所述凹弧的半径(r)与扇形凹弧的内接圆的半径(R)之比为1∶1-1∶4。
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