CN101705527B

CN101705527B - 抗菌抗静电多功能尼龙6纤维及其制备和应用

Info

Publication number: CN101705527B
Application number: CN200910194560.4A
Authority: CN
Inventors: 顾莉琴; 梁伟东; 肖茹; 应莹; 陈欣; 林华纲
Original assignee: GUANGDONG XINHUI MEIDA NYLON CO Ltd; Donghua University
Current assignee: GUANGDONG XINHUI MEIDA NYLON CO Ltd; Donghua University
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: CN101705527A

Abstract

本发明涉及一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维，其组分包括：0.5～3wt％银系纳米无机金属化合物、0.1～0.5wt％分散剂及96～99wt％尼龙6切片；其制备包括：将经过硅烷偶联剂修饰后的银系纳米无机金属氧化物、分散剂和尼龙6切片通过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出，然后通过切粒得母粒；再将母粒和尼龙6切片在纺丝设备中进行熔融共混纺丝，经绕丝拉伸后，即得所要的上述抗菌抗静电多功能尼龙6纤维。该多功能尼龙6纤维不仅体积电阻率有明显下降，且同时具有抗静电、抗菌防臭、耐洗涤、安全无害、可纺性及后加工性良好等优点；且制备方法简单，成本低，对环境友好，具有良好的经济效益，适合工业化生产。

Description

抗菌抗静电多功能尼龙6纤维及其制备和应用

技术领域

本发明属功能尼龙6纤维及其制备和应用领域，特别是涉及一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维及其制备和应用。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，功能性纺织品呈现出了越来越广阔的发展空间，其应用领域已渗透到国民经济各个领域，性能已不仅仅局限于单一功能而是趋向多功能、高功能、复合功能的方向发展。功能性纺织品的开发满足了纺织品在日益增长的国民经济和国防建设中的特殊用途的需求，为企业生存、发展和繁荣提供了根本保证。

静电现象在尼龙6的生产、加工和使用过程中是非常普遍的。由于尼龙6的体积电阻率在10¹⁴Ω·cm左右，一旦带上静电，便很难消除，作为服用纺织品，使人们穿着时感到不舒服；在煤矿井下、纺织器材、电子电器等行业的特定工作环境或动态运行条件下，这些电荷的积聚将可能造成很大危害，故要求尼龙6的制品在具有较高的力学性能的同时还具有抗静电功能，以满足使用的特性需要。此外，人们使用的纺织品上一般都存在着微生物，它们在适宜的条件下迅速繁殖，使纺织纤维表面附着杂色、变色、脆化、霉变、虫蛀等，当织物与人体接触时，还能引起人体皮肤感染。这些微生物分泌的酶还能分解汗水中的糖分、脂肪酸、皮脂和皮屑以及其它人体分泌物，使织物产生臭味。近年来，通过在高分子材料中添加适量的抗菌剂制备出的抗菌材料也已经引起了学者的广泛关注。这种新兴功能材料自身具有抑制和杀灭有害微生物的功能，在其使用的过程中，能够有效地切断人类与致病菌的接触，减少疾病的传播。在抗菌材料被广泛利用的趋势下，抗菌剂的研制与开发正成为高分子材料添加助剂研究领域的热点之一。专利(申请号200610037304.0)“抗静电尼龙纤维及其制备方法”公开的抗静电尼龙纤维使以重量分数计包括89～96份的尼龙6切片、3～10份的聚合物型抗静电剂、1份加工助剂。制备方法克服了过去的复杂、难于控制等，纤维的抗静电性能可调节，可获得优良的抗静电性能，且具有长效抗静电性。专利(申请号02110160.4)“一种含纳米粒子抗菌纤维的制造方法”公开了以纳米粒子为抗菌杀菌剂，用溶液纺丝方法制备抗菌纤维的一种方法，此专利同样可适用于熔融纺丝的高聚物(聚酯、聚丙烯、尼龙6等)。通过此方法制得的纤维中纳米粒子分散均匀，纤维力学性能良好，而且具有抗菌功能。但上述的纤维都只具有单一抗静电或抗菌功能，在短时间内抗静电或抗菌效果不太理想，而且单一功能的产品已经不能满足市场需求，多种功能的复合化已成为近年来功能性产品的开发重点。

为了满足人们对纺织品提出的抗菌和抗静电的要求，进一步拓宽尼龙的应用领域及保障尼龙树脂在现有用途中的高质量，有必要对尼龙进行抗静电抗菌的综合改性，使尼龙纤维表面电阻和体积电阻降至一定值，同时，增强其抗菌性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维及其制备和应用，该多功能尼龙6纤维不仅体积电阻率有明显下降，且同时具有抗静电、抗菌防臭、耐洗涤、安全无害、可纺性及后加工性良好等优点；且制备方法简单，成本低，对环境友好，具有良好的经济效益，适合工业化生产。

本发明的一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维，其组分包括：0.5～3wt％银系纳米无机金属化合物、0.1～0.5wt％分散剂及96～99wt％尼龙6切片。

所述的银系纳米无机金属化合物是含有Ag⁺的以纳米氧化锌为载体的无机复合材料，并且均匀分散于纤维的内部及表层，该银系纳米无机金属化合物的粒径为20～200mn；(其中Ag⁺和Zn²⁺的比例为0.05～0.1)

所述的银系纳米无机金属化合物是采用硅烷偶联剂经过表面修饰的，硅烷偶联剂用量为银系纳米无机金属化合物重量的2～8％；

所述的分散剂为聚氧化乙烯或聚乙烯蜡。

本发明的一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维的制备方法，包括：

(1)抗菌抗静电多功能尼龙6母粒的制备

将经过硅烷偶联剂修饰后的银系纳米无机金属化合物、分散剂及尼龙6切片按质量比(10～20)∶(1～2)∶(78～89)混合，通过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出，然后通过切粒机进行切粒，即得抗菌抗静电多功能尼龙6母粒；其中硅烷偶联剂用量为银系纳米无机金属化合物重量的2～8％；

(2)纺制抗菌抗静电多功能尼龙6纤维

将上述制得的抗菌抗静电多功能尼龙6母粒和尼龙6切片按质量比1∶5～10混合后，加入纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，进行熔融共混纺丝，经绕丝拉伸后，即得抗菌抗静电多功能尼龙6纤维。

所述步骤(1)中的银系纳米无机金属化合物是含有Ag⁺的以纳米氧化锌为载体的无机复合材料，其粒径为20～200mn；(其中Ag⁺和Zn²⁺的比例为0.05～0.1)

所述步骤(1)中的分散剂为聚氧化乙烯或聚乙烯蜡。

本发明的抗菌抗静电多功能尼龙6纤维作为纺制材料可广泛应用于服装行业、地毯业、制作外衣、内衣、鞋袜、风雨衣、一次性卫生用品及装饰织物等领域。

本发明在尼龙6纤维中添加了银系纳米无机金属化合物，当银系纳米无机金属化合物添加量在该纤维中占干重0.5～3％时，可使其体积电阻率下降至10⁹-10¹⁰Ω·cm；对于尼龙6纤维的抗菌性，参照美国AATCC100-2004后整理抗菌织物的抗细菌性评价标准，在广州工业微生物检测中心进行了检测，抗菌性检测结果表明本发明对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率均达99％以上，经水洗50次后仍能保持原有的抗菌性能。

有益效果

本发明的多功能尼龙6纤维不仅体积电阻率有明显下降，且同时具有抗静电、抗菌防臭、耐洗涤、安全无害、可纺性及后加工性良好等优点；该制备方法简单，成本低，对环境友好，具有良好的经济效益，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

在反应釜中加入银系纳米氧化锌10公斤和硅烷偶联剂(KH-560)200g，并加入反应物体积的5倍无水乙醇做溶剂，加热至80℃，搅拌反应4小时，冷却至室温过滤，所得到白色产物真空干燥后得粉状产物。然后称取89公斤尼龙6切片，10公斤修饰后的银系纳米氧化锌，1公斤分散剂(聚氧化乙烯)，经过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，挤出温度220～260℃，即得抗菌抗静电多功能尼龙6母粒。所制得的抗静电抗菌多功能母粒再与尼龙6切片以1∶9加入熔融纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，采用800m/min纺丝速度进行纺丝，经卷绕、拉伸后，即得所要的上述多功能尼龙6纤维。

实施例2

在反应釜中加入银系纳米氧化锌10公斤和硅烷偶联剂(KH-570)200g，并加入反应物体积的7倍无水乙醇做溶剂，加热至80℃，搅拌反应4小时，冷却至室温过滤，所得到白色产物真空干燥后得粉状产物。然后称取39公斤尼龙6切片，10公斤修饰后的银系纳米氧化锌，1公斤分散剂(聚乙烯蜡)，经过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，挤出温度220～260℃，即得抗静电抗菌多功能母粒。所制得的抗菌抗静电多功能母粒再与尼龙6切片以1∶6加入相应的纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，采用4000m/min纺丝速度进行纺丝，经卷绕后，即得所要的上述多功能POY尼龙6纤维。

表1 经KH-570修饰前后纳米ZnO/Ag粉体的表面接触角

粉体	未修饰的纳米ZnO/Ag粉体	修饰后的纳米ZnO/Ag粉体
			表面接触角θ/度	＜35.4°	132.6°

表2 经KH-570改性前后纳米ZnO/Ag粉体的表面自由能

粉体	未修饰的纳米ZnO/Ag粉体	修饰后的纳米ZnO/Ag粉体
			表面自由能(SE)/J	＞61.31	10.01

对比表1和表2中接触角(θ)和表面自由能的值看出，经硅烷偶联剂(KH-570)修饰后的粉体相对于未修饰粉体的表面接触角明显增大、表面能明显降低，从而确定，偶联剂(KH-570)对粉体表面起到了一定的修饰效果。

实施例3

在反应釜中加入银系纳米氧化锌10公斤和硅烷偶联剂(KH-570)500g，并加入反应物体积的5倍无水乙醇做溶剂，加热至80℃，搅拌反应4小时，冷却至室温过滤，所得到白色产物真空干燥后得粉状产物。然后称取89公斤尼龙6切片，10公斤修饰后的银系纳米氧化锌，1公斤分散剂(聚氧化乙烯)，经过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，挤出温度220～260℃，即得抗菌抗静电多功能母粒。所制得的抗菌抗静电多功能母粒再与尼龙6切片以1∶9加入相应的纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，采用4000m/min纺丝速度进行纺丝，经卷绕后，即得所要的上述多功能POY尼龙6纤维。

表3 实例3的改性前后尼龙6(POY)纤维力学性能测试结果

纤维编号	断裂强度(cN/dTex)	断裂伸长(％)	初始模量(cN/dTex)
				0#(纯PA6纤维)	3.48	58.23	39.43
2#(含1％ZnO/Ag的改性PA6纤维)	3.53	55.53	38.86

表4 实例3的改性前后尼龙6(POY)纤维染色性能测试

纤维编号	0#(纯尼龙6纤维)	2#(含1％ZnO/Ag的改性尼龙6纤维)
			上染百分率(％)	99.625	99.597
染色均匀性(级)	≥4	4

表5 实例3的改性前后尼龙6(POY)纤维的抗菌性能

实施例4

在反应釜中加入银系纳米氧化锌10公斤和硅烷偶联剂(KH-550)500g，并加入反应物体积的6倍无水乙醇做溶剂，加热至80℃，搅拌反应2小时，冷却至室温过滤，所得到白色产物真空干燥后得粉状产物。然后称取39公斤尼龙6切片，10公斤修饰后的银系纳米氧化锌，1公斤分散剂(聚乙烯蜡)，经过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，挤出温度220～260℃，即得抗菌抗静电多功能母粒。所制得的抗菌抗静电多功能母粒再与尼龙6切片以1∶9加入相应的纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，采用800m/min纺丝速度进行纺丝，经卷绕、拉伸后，即得所要的上述多功能尼龙6纤维。

实施例5

在反应釜中加入银系纳米氧化锌10公斤和硅烷偶联剂(KH-570)300g，并加入反应物体积的7倍无水乙醇做溶剂，加热至80℃，搅拌反应2小时，冷却至室温过滤，所得到白色产物真空干燥后得粉状产物。然后称取89公斤尼龙6切片，10公斤修饰后的银系纳米氧化锌，1公斤分散剂(聚氧化乙烯)，经过高速搅拌机充分搅拌后，进入哈克双螺杆挤出机进行熔融挤出造粒，挤出温度220～260℃，即得抗菌抗静电多功能母粒。所制得的抗菌抗静电多功能母粒再与尼龙6切片以1∶9加入相应的纺丝设备中，在螺杆温度为270～300℃，采用800m/min纺丝速度进行纺丝，经卷绕、拉伸后，即得所要的上述多功能尼龙6纤维。

表6 实例5的抗菌抗静电尼龙6(UDY)纤维的力学性能及可纺性

纤维编号	牵伸倍数	断裂强度(cN/dTex)	断裂伸长(％)	可纺性
					0#(纯PA6纤维)	3.3	4.105	90.48	好
1#(含1％ZnO/Ag的改性PA6纤维)	3.3	3.795	51.270	好

实验结果表明，纯尼龙6纤维、含1％ZnO/Ag的抗菌尼龙6纤维均纺丝均匀连续，卷绕效果好，可纺性好。将卷绕丝样品于70～100℃下拉伸3.3倍，1#样品拉伸性能良好。力学性能满足服用纤维的要求。

表7 实例5的改性前后尼龙6(UDY)纤维染色性能

纤维编号	0#(纯尼龙6纤维)	1#(含1％ZnO/Ag的改性尼龙6纤维)
			上染百分率(％)	100	99.705

表8 实例5的抗菌抗静电尼龙6(UDY)纤维的抗菌性能

表9 实例5的纯尼龙6纤维与改性后尼龙6纤维体积比电阻的测定

从表4和表7中可以看出抗菌抗静电尼龙6纤维的上染百分率和染色均匀性基本相同，说明对于无机纳米粒子加入尼龙6纤维中，并不影响其染色性能。

从表5和表8可知，对于抗菌尼龙6纤维的抗菌性，参照美国AATCC100-2004后整理抗菌织物的抗细菌性评价标准，在广州工业微生物检测中心进行了检测。抗菌性检测结果如表7-8所示，含1％纳米ZnO/Ag的抗菌尼龙6对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到97％以上，经水洗50次后仍能保持原有的抗菌性能。说明在纤维中添加入1％纳米ZnO/Ag后，使改性尼龙6纤维具有较好的抗菌性能。

常用体积比电阻表征纤维的抗静电性能，比电阻值越小说明纤维的导电性越好，从而其抗静电性越好。由表9可以看出：无论是洗涤前还是洗涤后，添加纳米ZnO/Ag改性后的尼龙6纤维，其表面的体积比电阻都较纯尼龙6纤维明显下降，而且洗涤前后抗菌抗静电尼龙6纤维的电性能没有明显的变化，说明其具有耐久性的抗静电效果。

Claims

1.一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维，其组分为：0.5～3wt％银系纳米无机金属化合物、0.1～0.5wt％分散剂及96～99wt％尼龙6切片；所述的银系纳米无机金属化合物是采用硅烷偶联剂经过表面修饰的，硅烷偶联剂用量为银系纳米无机金属化合物重量的2～8％，是含有Ag⁺的以纳米氧化锌为载体的无机复合材料，并且均匀分散于纤维的内部及表层；所述分散剂为聚氧化乙烯或聚乙烯蜡。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌抗静电多功能尼龙6纤维，其特征在于：所述银系纳米无机金属化合物的粒径为20～200nm，其中Ag⁺和Zn²⁺的比例为0.05～0.1。

3.一种如权利要求1所述的抗菌抗静电多功能尼龙6纤维的制备方法，包括：

(1)抗菌抗静电多功能尼龙6母粒的制备

将经过硅烷偶联剂修饰后的银系纳米无机金属化合物、分散剂及尼龙6切片按质量比10～20∶1～2∶78～89混合，通过高速搅拌机充分搅拌后，进入双螺杆挤出机进行熔融挤出，然后通过切粒机进行切粒，即得抗菌抗静电多功能尼龙6母粒；其中硅烷偶联剂用量为银系纳米无机金属化合物重量的2～8％；

(2)纺制抗菌抗静电多功能尼龙6纤维

4.一种如权利要求1所述的抗菌抗静电多功能尼龙6纤维作为纺制材料可广泛应用于地毯业、制作外衣、内衣、鞋袜、一次性卫生用品及装饰织物领域。