CN101413208B - 一种羊毛纤维的抗菌处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种羊毛纤维的抗菌处理方法，它是采用无机-有机复合抗菌剂载银二氧化硅-壳聚糖为抗菌剂，与无水乙醇、去离子水、稀盐酸、分散/偶联剂γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151制成五元抗菌母液，先进行羊毛纤维的紫外光预辐射，然后将紫外光辐射预处理的羊毛纤维浸于抗菌母液中，进行二次辐射，在光引发剂二苯甲酮的作用下，使羊毛纤维与载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂发生化学反应，使它们以价键形式结合，形成200nm的抗菌膜，提高了羊毛纤维的抗菌功能的持久性，经洗涤50次后抗菌率仍为98.6％，此抗菌处理方法工艺流程短、使用设备少、母液制备容易、极适宜对羊毛、羊绒纤维进行抗菌处理，抗菌速度快、效率高、效果好，比现有抗菌技术时效率可提高90％。

Description

一种羊毛纤维的抗菌处理方法

技术领域

本发明涉及一种羊毛纤维的抗菌处理方法，属羊毛、羊绒制品抗菌处理方法的技术领域。

背景技术

羊毛、羊绒是动物纤维的上乘产品，具有轻、柔、滑、暖特性，历来被认为是一种高档纺织材料。

羊毛、羊绒纤维是动物纤维，在剪取、运输、纺纱、储存等环节中都会附着、滋生不同类型的细菌、霉菌，直接损害纤维的质量，甚至无法进行纺织加工，造成很大的经济损失。再者，羊毛、羊绒制品一般是贴身穿着，由于人们在日常活动中不可避免的会产生汗液和皮屑，这将为细菌的滋生提供了必要的场所和营养来源，至使有害细菌得到大量繁殖，从而导致人们衍生疾病，饱受不必要的疾病痛苦。

我国是一个羊毛、羊绒纤维的生产大国，如何对羊毛、羊绒纤维及其织物进行抗菌处理已成了十分重要的课题。

羊毛、羊绒纤维的抗菌处理方法也有多种形式，例如：消毒液浸渍法、表面纳米晶化法、表面包裹法、抗菌剂洗涤法等，但这些方法均有很多弊端和不足，有的只是进行简单的物理表面处理，不耐洗涤、摩擦，抗菌功能持久性差；有的处理方法对菌种具有选择性，只能消除部分菌种，对一些抗药性的顽固性菌种无法消除；有的只能对纤维进行短时间抗菌，超过规定时间，一些致病菌仍然会复活，抗菌效果差；有的选用抗菌消毒处理液不当，不仅不能抑制细菌的生长，反而会促使其繁殖；有的抗菌处理工艺复杂、成本高、对环境污染大；这些弊端严重制约着羊毛、羊绒纤维的抗菌处理技术的发展。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，采用一种紫外光辐射、无机-有机复合抗菌剂浸渍法，对羊毛、羊绒纤维进行抗菌处理，以大幅度提高羊毛、羊绒纤维及其织物的抗菌质量和效果。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：羊毛、载银二氧化硅-壳聚糖、无水乙醇、去离子水、二苯甲酮、丙酮、稀盐酸、γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151，其组合配比用量如下：以克、毫升为计量单位

羊毛：6g±0.1g

载银二氧化硅-壳聚糖：Ag-SiO₂/(C₆H₁₁NO₄)₉₃₁    20g±0.1g

无水乙醇：CH₃CH₂OH    3000ml±10ml

二苯甲酮：C₁₃H₁₀O     10g±0.5g

丙酮CH₃COCH₃    1500ml±10ml

稀盐酸：HCl    100ml±1ml

γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151：CH₂＝CHSi(OC₂H₅)₃    50ml±1ml

去离子水：H₂O    60000ml±10ml

抗菌处理方法如下：

(1)精选化学物质

对抗菌处理使用的化学物质要进行精选，并进行纯度控制：

羊毛：直径18-25μm长度70-110mm

载银二氧化硅-壳聚糖：固态固体    97％

无水乙醇：液态液体    99.7％

二苯甲酮：固态固体    99.8％

丙酮：液态液体    99.9％

稀盐酸：液态液体浓度    36％

γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151：液态液体    98％

去离子水：液态液体    99.99％

(2)配置抗菌处理母液

①配比

载银二氧化硅-壳聚糖：20g±0.1g

去离子水：2000ml±10ml

无水乙醇：1500ml±10ml

稀盐酸：30ml±1ml

γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151：25ml±1ml

②将配比元素载银二氧化硅-壳聚糖、去离子水、无水乙醇、分散/偶联剂γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151置于水浴锅中；

③将水浴锅置于加热器上.开启加热器，使温度升至65℃±1℃；

④搅拌器正反转动，匀速搅拌30min±1min，在搅拌过程中，滴加稀盐酸，滴加速度1ml/min，滴加时间30min±1min，混合溶液酸碱度pH值为4.5，呈酸性，配比元素混合溶解后成五元混合溶液，即：抗菌处理母液；

(3)配制光引发剂二苯甲酮溶液

在烧杯中加入二苯甲酮6g±0.5g、无水乙醇200ml±5ml，用搅拌器搅拌，成二苯甲酮乙醇溶液；

(4)精选羊毛

选用绵羊羊毛，羊毛直径为18-25μm、长度70-110mm；

(5)清洁羊毛

对精选的羊毛用100目的筛网进行过筛，筛除灰尘、拣出杂质；

(6)洗涤羊毛

将清洁后的羊毛纤维置于清洗容器中，加入丙酮600±10ml；

用搅拌棒搅拌20min±1min；

使羊毛纤维洁净；

(7)真空干燥羊毛

将洗涤后的羊毛置于不锈钢容器中，然后置于真空干燥箱中进行干燥；干燥温度30℃±3℃，真空度100Pa，干燥时间360min±5min；

(8)羊毛纤维紫外光辐射预处理

①紫外光辐射在紫外光辐射箱中进行；

②置放羊毛纤维

将羊毛纤维置于不锈钢丝滚轮上，羊毛纤维在不锈钢丝上为不规则排列；

③将装有羊毛纤维的不锈钢丝滚轮置于紫外光箱内中间转动位置；

④关闭紫外光箱开合门，使紫外光箱内处于密闭洁净状态；

⑤同时开启两支紫外光灯管，电压220V、功率均为30W，紫外光波长均为254nm；

⑥开启置有羊毛纤维的不锈钢丝滚轮，使其正、反方向匀速转动，并由微计算机控制器控制转动方向、速度、时间，转动速度10r/min，紫外光辐射时间20min±1min，正、反向换向周期5min±0.5min；

⑦紫外光辐射过程中，可在防辐射窗口观察辐照过程和效果，使羊毛纤维在匀速转动中全方位照射；

⑧辐射后关闭控制器，停止转动；

(9)羊毛纤维抗菌处理

羊毛纤维抗菌处理在紫外光辐射箱中进行；

①紫外光辐射后，开启紫外光箱，将抗菌母液3500ml置于母液箱中；

②将预处理后的羊毛纤维浸没在盛有抗菌母液的母液箱中；

③关闭紫外光箱开合门，使紫外光箱内处于洁净密闭状态；

④同时开启两支紫外光灯管，电压220V、功率均为30W，紫外光波长均为254nm；

⑤开启羊毛滚轮，使其正、反方向匀速转动，并由微计算机控制器控制转动方向、速度、时间，转动速度10r/min，紫外光辐射时间20min±1min，正、反向换向周期5min±0.5min；

⑥在转动过程中，在喷洒口用喷雾器雾状均匀喷洒光引发剂二苯甲酮乙醇溶液200ml±5ml；

⑦紫外光辐射过程中，可在防辐射窗口观察辐照过程和喷洒效果，使羊毛纤维在匀速转动中全方位照射、匀速转动、循环浸渍；

⑧浸渍母液、喷洒光引发剂、紫外光辐照后关闭控制器，停止转动；

⑨开启紫外光箱，手摇不锈钢丝滚轮，用镊子取下羊毛纤维，置于不锈钢容器中；

(10)去离子水洗涤50次

①将抗菌处理后的羊毛纤维置于洗涤容器中，加入去离水700ml±10ml；用搅拌器搅拌洗涤2min±0.5min；

②洗涤后把洗涤水倒掉，然后进行下一次洗涤；

③搅拌洗涤重复进行50次；

(11)真空干燥

去离子水洗涤进行50次后，将羊毛纤维置于不锈钢容器中，然后置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度30℃±3℃，真空度100Pa，干燥时间480min±5min；

干燥后即得：抗菌羊毛纤维；

(12)检测、化验、分析、表征

①对制备的抗菌羊毛纤维的形貌、结构、细度、长度、纤维强度、抗菌性能进行检测、分析、表征；

②用红外光谱仪进行羊毛纤维结构分析；

③用TNF02B型羊毛细度测试仪，对羊毛纤维细度进行检测；

④用Y131型梳片式羊毛长度分析仪，对羊毛纤维长度进行测试；

⑤用YG001B型电子单纤维强力仪，对羊毛纤维强度进行检测；

⑥用振荡烧瓶法，在温度25℃±3℃，相对湿度60％，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌种进行抗菌检测，抗菌率为98.6％；

(13)储存

对抗菌处理后的羊毛纤维置于不锈钢容器中，储存于干燥、洁净环境，要防水、防潮、防晒、防酸、碱、盐侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤10％。

所述的羊毛抗菌处理是在紫外光辐射箱中进行的，紫外光箱为不锈钢矩形箱体，紫外光箱箱体1上部是喷洒口9，箱体1内中间位置为转轴2，转轴2外部为不锈钢丝滚轮3，不锈钢丝滚轮3上均布数根不锈钢丝4，在不锈钢丝4上松散置放羊毛纤维14，在转轴2两端与箱体1之间设有轴承5、6，并固定联接，在转轴2左外部设有转动电机10，在转轴2右外部设有手摇轮15，在紫外光箱体1内上、下部设有紫外光辐射管7、8，由灯座16固定，在箱体1内下部设有母液箱21，母液箱21内置放抗菌母液20，在紫外光箱1前部设有开合门19，并由合页12固定、拉手11开合，在开合门19中间位置设有防辐射观察窗13，紫外光箱体1置于下部的箱座18上，在箱座18的左下部设有微计算机控制电控器17。

所述的抗菌羊毛纤维表面形成的抗菌层厚度为200nm。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它是采用无机-有机复合抗菌剂，即载银二氧化硅-壳聚糖为抗菌剂，与无水乙醇、去离子水、分散/偶联剂γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151、稀盐酸制成五元混合溶液，即抗菌处理母液，将此抗菌母液置于水浴锅中，在加热65℃状态下，搅拌15min，抗菌母液pH为4.5，呈酸性，先用紫外光辐射进行预处理，紫外光辐射预处理后的羊毛纤维浸渍在盛有抗菌母液的母液箱中，进行二次辐射，并喷洒光引发剂二苯甲酮，使羊毛纤维与抗菌母液发生化学反应，采用微计算机程序控制辐照转数、方向、速度、时间，可在防辐射观察窗口随时观察辐照状况，经二次紫外光辐射后，紫外光辐射预处理后的羊毛纤维表面产生的大量悬键、残基和分子空穴，在光引发剂作用下，与载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂以价键形式结合，而非单纯的物理吸附，大大提高了羊毛纤维抗菌功能的持久性，在重复洗涤50次后，其抗菌率仍可达98.6％，此抗菌处理方法，工艺流程短、使用设备少、母液制备容易、极适宜对羊毛、羊绒纤维进行抗菌处理，抗菌速度快、效率高、效果好，比现有抗菌技术时效率可提高90％，是十分理想的高级羊毛、羊绒纤维及其制品的抗菌处理方法。

附图说明

图1为羊毛纤维抗菌处理工艺流程图

图2为复合抗菌母液制备状态图

图3为紫外光辐射箱主视图

图4为紫外光辐射箱俯视图

图5为图4的A-A剖面及辐照状态图

图6为羊毛纤维未经抗菌处理的形貌图

图7为羊毛纤维抗菌处理后的形貌图

图8为羊毛纤维抗菌处理后横截面形貌图

图9为羊毛纤维抗菌处理前后红外光谱对比图

图中所示、附图标记清单如下：

1、紫外光箱体，2、转轴，3、不锈钢丝滚轮，4、不锈钢丝，5、轴承，6、轴承，7、紫外光灯管，8、紫外光灯管，9、喷洒口，10、转动电机，11、开合拉手，12、合页，13、防辐射观察窗，14、羊毛纤维，15、手摇轮，16、灯管座，17、微计算机控制电控器，18、箱座，19、开合门，20、抗菌母液，21、母液箱，22、喷雾器，23、搅拌器，24、水浴锅，25、加热器，26、加液漏斗。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步叙述：

图1所示，为羊毛纤维抗菌处理工艺流程图，要严格操作，按序进行。

对制备所需的化学物质元素是按预先设置的量值范围确定的，以克、毫升为计量单位。

抗菌母液是以载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂为主体，配以无水乙醇、去离子水、γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151、稀盐酸，制成五元混合溶液，pH值为4.5，呈酸性，此抗菌母液是无机-有机复合抗菌母液，在加热65℃状态下制备。

对于羊毛纤维要精选其光泽、细度、长度并进行洁净处理。

紫外光辐射是十分关键的程序，是在紫外光箱中进行的，采用紫外光灯管两支、220V、均为30W、光波长均为254nm，并用微计算机程序控制其转动速度、方向、时间，使辐射更加均匀，呈全方位辐射。

紫外光辐照抗菌处理机理如下：

羊毛纤维的辐射预处理，可以在羊毛纤维表面进行刻蚀、糙化，同时破坏它鳞片中蛋白质的二硫键、肽键，并产生大量的活性基团，同时将极强的疏水性和良好的化学特性的角质表层破坏掉，使化学性质活泼的内角质层显露于表面，有利于与载银二氧化硅-壳聚糖抗菌剂的复合；

羊毛纤维的紫外光辐射+抗菌母液的辐射过程，是羊毛纤维与载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂的反应过程，当将预处理后的羊毛纤维浸没于抗菌母液后，二苯甲酮光引发剂在紫外光的辐射下，使预辐射后的羊毛纤维表面产生的悬键、残基等活性基团能够与载银二氧化硅-壳聚糖抗菌剂发生化学接枝反应，从而使载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂以价键形式结合于羊毛纤维表面。

羊毛纤维进行辐照抗菌处理后，要进行50次重复洗涤，然后进行真空干燥，成抗菌羊毛纤维，在纤维表面形成200nm厚的抗菌层。

检测、分析、表征是十分重要的，对抗菌羊毛纤维要进行形貌、结构、细度、长度、力学性能、抗菌性能分析、对比。

图2所示，为抗菌母液制备状态图，加热器25上部为水浴锅24，水浴锅24上部为加液漏斗26、搅拌器23，水浴锅24内为抗菌母液20。

图3、4、5所示，为紫外光辐射箱及辐照状态图，为不锈钢制作的矩形箱式结构，紫外光灯管采用二支220V、30W灯管，光波长254nm，光辐照均匀，滚轮转轴由轴承固定、转动灵活自如，微计算机控制器可程序控制转动速度、光照时间，羊毛纤维光照均匀，呈全方位辐照，在辐照过程中同时进行抗菌母液浸渍一次完成抗菌处理。

图6所示，为羊毛纤维未经抗菌处理的整体形貌图，图中可知：羊毛纤维表层鳞片呈环状覆盖，紧密地包覆在毛干外部，鳞片根部牢固地附着于毛干，梢部伸出毛干表面，并按不同程度突出于纤维表面且向外张开，形成陡面阶梯结构。

图7所示，为羊毛纤维抗菌处理后的整体形貌图，图中可知：抗菌层均匀覆盖在羊毛纤维表面且较平整，没有看到脱落现象和未覆盖区域。

图8所示，为羊毛纤维抗菌处理后横截面形貌图，图中可知：抗菌羊毛纤维表面生成的抗菌层厚度为200nm，抗菌层与羊毛纤维结合紧密，标尺单位1μm。

图9所示，为羊毛纤维抗菌处理前后红外光谱对比图，图中可知：a曲线为羊毛纤维抗菌处理前的红外光谱图、b曲线为羊毛纤维抗菌处理后的红外光谱图，在抗菌羊毛纤维的红外光谱图上最显著的变化是在b曲线1153.29cm^-1和1078.15cm^-1波数处出现了两个新的特征峰，它们分别代表了Si-O-Si的伸展振动和Si-O-C的对称伸缩振动的吸收谱带，即属于载银二氧化硅-壳聚糖复合抗菌剂的谱带，这证明了抗菌羊毛纤维上形成的抗菌层是以分子价键形式存在。

Claims (3)

1.一种羊毛纤维的抗菌处理方法，其特征在于：抗菌处理方法如下：

(1)精选化学物质

对抗菌处理使用的化学物质要进行精选，并进行纯度控制：

羊毛：直径18-25μm长度70-110mm

载银二氧化硅-壳聚糖：固态固体97％

无水乙醇：液态液体99.7％

二苯甲酮：固态固体99.8％

丙酮：液态液体99.9％

稀盐酸：液态液体 浓度36％

γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151：液态液体98％

去离子水：液态液体99.99％

(2)配置抗菌处理母液

①配比

载银二氧化硅-壳聚糖：20g±0.1g

去离子水：2000ml±10ml

无水乙醇：1500ml±10ml

稀盐酸：30ml±1ml

γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151：25ml±1ml

②将配比元素载银二氧化硅-壳聚糖、去离子水、无水乙醇、分散/偶联剂γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151置于水浴锅中；

③将水浴锅置于加热器上，开启加热器，使温度升至65℃±1℃；

④搅拌器正反转动，匀速搅拌30min±1min，在搅拌过程中，滴加稀盐酸，滴加速度1ml/min，滴加时间30min±1min，混合溶液酸碱度pH值为4.5，呈酸性，配比元素混合溶解后成五元混合溶液，即：抗菌处理母液；

(3)配制光引发剂二苯甲酮溶液

在烧杯中加入二苯甲酮6g±0.5g、无水乙醇200ml±5ml，用搅拌器搅拌， 成二苯甲酮乙醇溶液；

(4)精选羊毛

选用绵羊羊毛，羊毛直径为18-25μm、长度70-110mm；

(5)清洁羊毛

对精选的羊毛用100目的筛网进行过筛，筛除灰尘、拣出杂质；

(6)洗涤羊毛

将清洁后的羊毛纤维置于清洗容器中，加入丙酮600±10ml；

用搅拌棒搅拌20min±1min；

使羊毛纤维洁净；

(7)真空干燥羊毛

将洗涤后的羊毛置于不锈钢容器中，然后置于真空干燥箱中进行干燥；干燥温度30℃±3℃，真空度100Pa，干燥时间360min±5min；

(8)羊毛纤维紫外光辐射预处理

①紫外光辐射在紫外光辐射箱中进行；

②置放羊毛纤维

将羊毛纤维置于不锈钢丝滚轮上，羊毛纤维在不锈钢丝上为不规则排列；

③将装有羊毛纤维的不锈钢丝滚轮置于紫外光辐射箱内中间转动位置；

④关闭紫外光辐射箱开合门，使紫外光辐射箱内处于密闭洁净状态；

⑤同时开启两支紫外光灯管，电压220V、功率均为30W，紫外光波长均为254nm；

⑥开启置有羊毛纤维的不锈钢丝滚轮，使其正、反方向匀速转动，并由微计算机控制器控制转动方向、速度、时间，转动速度10r/min，紫外光辐射时间20min±1min，正、反向换向周期5min±0.5min；

⑦紫外光辐射过程中，在防辐射窗口观察辐照过程和效果，使羊毛纤维在匀速转动中全方位照射；

⑧辐射后关闭控制器，停止转动；

(9)羊毛纤维抗菌处理

羊毛纤维抗菌处理在紫外光辐射箱中进行； 

①紫外光辐射后，开启紫外光辐射箱，将抗菌处理母液3500ml置于母液箱中；

②将紫外光辐射预处理后的羊毛纤维浸没在盛有抗菌处理母液的母液箱中；

③关闭紫外光辐射箱开合门，使紫外光辐射箱内处于洁净密闭状态；

④同时开启两支紫外光灯管，电压220V、功率均为30W，紫外光波长均为254nm；

⑤开启羊毛滚轮，使其正、反方向匀速转动，并由微计算机控制器控制转动方向、速度、时间，转动速度10r/min，紫外光辐射时间20min±1min，正、反向换向周期5min±0.5min；

⑥在转动过程中，在喷洒口用喷雾器雾状均匀喷洒光引发剂二苯甲酮乙醇溶液200ml±5ml；

⑦紫外光辐射过程中，在防辐射窗口观察辐照过程和喷洒效果，使羊毛纤维在匀速转动中全方位照射、匀速转动、循环浸渍；

⑧浸渍母液、喷洒光引发剂、紫外光辐照后关闭控制器，停止转动；

⑨开启紫外光辐射箱，手摇不锈钢丝滚轮，用镊子取下羊毛纤维，置于不锈钢容器中；

(10)去离子水洗涤50次

①将抗菌处理后的羊毛纤维置于洗涤容器中，加入去离水700ml±10ml；用搅拌器搅拌洗涤2min±0.5min；

②洗涤后把洗涤水倒掉，然后进行下一次洗涤；

③搅拌洗涤重复进行50次；

(11)真空干燥

去离子水洗涤进行50次后，将羊毛纤维置于不锈钢容器中，然后置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度30℃±3℃，真空度100Pa，干燥时间480min±5min；

干燥后即得：抗菌羊毛纤维；

(12)检测、化验、分析、表征

①对制备的抗菌羊毛纤维的形貌、结构、细度、长度、纤维强度、抗 菌性能进行检测、分析、表征；

②用红外光谱仪进行羊毛纤维结构分析；

③用TNF02B型羊毛细度测试仪，对羊毛纤维细度进行检测；

④用Y131型梳片式羊毛长度分析仪，对羊毛纤维长度进行测试；

⑤用YG001B型电子单纤维强力仪，对羊毛纤维强度进行检测；

⑥用振荡烧瓶法，在温度25℃±3℃，相对湿度60％，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌菌种进行抗菌检测，抗菌率为98.6％；

(13)储存

对抗菌处理后的羊毛纤维置于不锈钢容器中，储存于干燥、洁净环境，要防水、防潮、防晒、防酸、碱、盐侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤10％。

2.根据权利要求1所述的一种羊毛纤维的抗菌处理方法，其特征在于：所述的抗菌羊毛纤维表面形成的抗菌层厚度为200nm。

3.根据权利要求1所述的一种羊毛纤维的抗菌处理方法，其特征在于：所述的抗菌处理母液是无机-有机复合抗菌剂载银二氧化硅-壳聚糖抗菌溶液，其组合配比元素为：载银二氧化硅-壳聚糖、无水乙醇、去离子水、γ-乙烯基三乙氧基硅烷A-151、稀盐酸，为五元抗菌处理母液。 

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