CN102337602A

CN102337602A - 一种抗菌纤维及纤维制品制备方法

Info

Publication number: CN102337602A
Application number: CN2010102300638A
Authority: CN
Inventors: 周刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明公开了一种抗菌纤维及制品制备方法。本发明以化学相转移方法将水性纳米银抗菌剂制备成有机纳米银溶胶，使抗菌剂与高聚合物基体具有良好的相容性。并直接以该溶胶与高聚合物混合干燥后，制得一种抗菌高聚合物，所获得的抗菌高聚合物具有通用性强，分散性好、工艺简单、加工性、耐温性好和无环境污染等特点。经过纺丝或熔喷等的加工方式可将该抗菌高聚合物直接用于制备抗菌纤维和纤维制品，所获得的纤维和纤维制品具有抗菌长效快速的优异性能，抗菌剂的加入不影响其物理性能。

Description

一种抗菌纤维及纤维制品制备方法

技术领域

本发明涉及一种利用纳米技术与高聚物结合而得到的抗菌高聚物。以化学相转移方法将水性纳米银抗菌剂制备成有机相纳米银溶胶，使抗菌剂与高聚物基体具有良好的相容性。并直接以该溶胶与高聚物混合干燥后，能制备多种抗菌纤维，由此纤维制备的纤维制品具有持久的抗菌作用。

背景技术

目前，合成纤维制品在人们的日常生活和工农业生产中占有十分重要的地位。为使合成纤维制品得到更广泛的应用，人们常在制备纤维中添加抗菌剂，从而获得抗菌纤维。抗菌纤维中使用的抗菌剂可归为无机类、有机类和天然类。有机类抗菌剂存在毒理安全差，化学稳定性差，会使微生物产生的耐药性；易迁移耐久性差，特别是耐热差，许多抗菌纤维在加工高温下抗菌成份易分解。天然类抗菌剂在高温下易炭化分解，应用范围窄，抗菌效果差。无机抗菌剂通过将无机抗菌材料固有的稳定性和抗菌成分的高效性、广谱性相结合，成功地克服了以上缺点。

无机纳米材料的制备是当前材料研究的一个热点，特别是纳米银制备技术在加速发展，方法多种多样。按实施状态可分为乳液法、溶液法、气相法，按反应条件分为还原法、光照法、超声法、水热法、电解法以及最近采用Y射线辐射法，上述方法各具特点。其中化学还原法因为所需实验条件简单，易于控制而得到普遍应用。但这一方法的合成通常应用于水相，因为水能溶解许多金属盐以及不同类型的表面活性剂和多种聚合物，并可通调整溶液中各组分之间的浓度比来控制粒子的尺寸和形状，并使其处于稳定状态。水溶液中的纳米银粒子要获得广泛应用，一般需要借助无机载体(玻璃粉、磷酸锆盐、沸石、硅藻土、碳纤维等)及有机载体(棉及粘胶纤维等)，将所含纳米银载体磨成干燥粉体，用于各类抗菌制品是当前最主要的工艺方法。此法工艺复杂、能耗高，获得纳米银产品粒度大、易团聚，其载体粒径经过超微粉碎后一般为1微米左右。添加该粉体在生产过程中容易堵塞喷丝孔，造成纺丝断头率高、后加工拉伸性能差、成品强度低等问题。而减少粉体添加又影响了纤维的抗菌效果，在成品生产中无法达到使用要求。

因此，研究开发一种以无机纳米抗菌成分的纤维，以拓展纤维的应用范围，是人们所十分期望的。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现状而提供一种抗菌纤维制备方法，以制备具有高效持久抗菌件熊的纳米抗菌纤维，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案，其特征在于，所述方法为：

本方法依据聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在水中溶解度随温度升高而降低，在有机相中温度升高而增加的特性，建立了将PVP保护的纳米银离子从水相转移到油相的简单而有效相转移技术。它与传统的纳米粒子相转移技术完全不同的方法，该法利用化学还原法先于水溶液中制备粒度均匀含分散剂PVP表面活性剂的纳米银粒子水溶液，然后向纳米水溶胶中加入适量正丁醇，在搅拌条件下升温至85℃，即可使金属纳米银粒子从水相转移至有机相，纳米银粒子不仅相转移效率高，而且在油相分散性好，无团聚发生。

以化学相转移方法将水性纳米银抗菌剂制备成有机相纳米银溶胶，使抗菌剂与纤维基体具有良好的相容性。并直接以该溶胶与纤维制品的高聚合物混合干燥后，制得一种抗菌高聚合物，所获得的抗菌高聚合物具有通用性强，分散性好，工艺简单，加工性、耐温性好和无环境污染等特点。经过纺丝或熔喷的加工方式可将该抗菌高聚合物直接制备抗菌纤维，所获得的纤维具有抗菌长效快速的优异性能。

该方法具体包含下列步骤：

(1)纳米银水溶胶的制备：

在搅拌下将NaOH溶液加入AgNO₃溶液中产生沉淀。再将氨水加入使沉淀溶解，在搅拌下加入葡萄糖溶液，成为纳米银溶液，在纳米银水溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合搅拌后制得纳米银水溶胶。

反应机理如下：

2AgNO₃+2NaOH→2AgOH+2NaNO₃

2AgOH→Ag₂O+H₂O

Ag₂O+4NH₄OH→2Ag(NH₃)OH+3H₂O

2Ag(NH₃)₂OH+C₆H₁₂O₆→2Ag+C₆H₁₂O₇+2NH₃+H₂O

(2)纳米银粒子的相转移

在纳米银水溶胶中加入总重量20-50％的正丁醇溶液，在搅拌条件下将混合物水浴加热至80℃-85℃搅拌1-2小时，静至室温。待油水混合物自然分层后，银纳米粒子将会自发地从水相转移至正丁醇相。

(3)纳米银有机溶胶的制备

将有机和水溶液静置冷却至室温，用液相法分离水与正丁醇溶液。将分离出来的正丁醇纳米溶胶净化过滤，从而获得制取纤维用纳米银粒子有机溶胶。

(4)抗菌高聚合物的制成

将纳米银有机溶胶与PP、PET、PA、PA66、PE、PLA或其它合成树脂混合干燥制成抗菌高聚合物。将经过净化处理的纳米银有机溶胶按1-5％比例加入高速混合机内，开启高速混合机。加入高聚合物和分子量6000～10000聚烯烃超分散助剂，搅拌混合均匀。再放到沸腾床干燥机80℃-100℃干燥10-20min，然后送入充填式干燥器干燥3-5小时，获得纳米银抗菌高聚合物。

(4)抗菌纤维制品的制备

上述抗菌高聚合物可用于制备多种抗菌纤维制品，制备方法如下：

抗菌高聚合物加入量为5-20％(以树脂重量计)，最好为10％，采用常规的熔体纺丝和溶液纺丝等工艺直接加工制备纤维或纤维制品。

下面结合实例对发明作进一步的叙述。

实施例1

制造过程：

称取AgNO₃200-2000克，溶于100升水中，加入浓NaOH 150-600克不断搅拌。然后加入3-20公斤NH₄OH混合均匀。在搅拌下加入葡萄糖1-2公斤，制成纳米银水溶液。将1-2公斤聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，溶于水纳米银水溶液中，混合均匀制得纳米银水溶胶。

在纳米银水溶胶中加入总重量10-30升的正丁醇溶液，在搅拌条件下将混合物水浴加热至80℃-85℃搅拌1-2小时，静至室温。待油水混合物自然分层后，银纳米粒子将会自发地从水相转移至正丁醇相。

实施例2

原料：PP切片

制造过程：

将实例(1)重量百分比为1-5％的纳米银有机溶胶加入PP切片中，于常温200r/min转速下搅拌20分钟，然后在80℃下烘4-6小时，制成抗菌PP切片。

实施例3

原料：PET切片

设备：混合机和干燥机

制造过程：将实例(1)重量百分比为1-5％的纳米银有机溶胶加入PP切片中，常温200r/min下搅拌20分钟，再放到沸腾床干燥机80℃-100℃干燥10-20min，然后送入充填式干燥器干燥3-5小时，获得抗菌PET切片。

实施例4

原料PA切片(制造方法同实施例1.2.)。

实施例5

原料：PET切片(制造方法同实施例1.2.)

设备：纺丝设备

制造过程：将重量比为10％的PET切片按比例加入PE切片中，在混合机中混合20分钟，直接加入纺丝设备中加工生产即可获得抗菌PET纤维。

实施例6

原料：PP切片(制造方法同实施例1.2.)。

设备：纺丝或熔喷生产线

制造过程：将重量比为10％的PP抗菌切片按比例加入PP切片中，在混合机中混合20分钟，直接加入纺丝或熔喷生产线中加工生产即可获得抗菌PP非织造布产品。抗菌纤维制品的抗菌性能及机械性能测试：

1.抗菌性能测试：实施例6的非织造布产品，经国家权威机构检测，结果如下：

(1)试验菌株采用大肠杆菌，金黄色葡萄球菌。

(2)实验材料：营养琼脂，生理盐水。

(3)试验方法：烧瓶震荡法，试验结果如下：

菌株名称	抗菌率
		大肠杆菌	99.9％
金黄色葡萄球菌	99.9％

由上述的试验结果可见，由无机纳米级抗菌切片制备的抗菌纤维制品，具有抗菌率高，抗菌效果优异的特点，而且抗菌切片的加入对制品的机械性能等无影响，产品完全符合国家标准要求。

Claims

1.一种抗菌纤维及纤维制品制备方法，其特征在于，所述的方法为：

(1)纳米银水溶胶的制备。首先以化学还原的方法生产纳米银水溶液，在该溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮保护剂后形成粒径10-20nm的稳定性水溶胶。

(2)纳米银粒子的相转移。其后在温度70-90℃，搅拌速度在50-120rpm/min的条件下，将正丁醇溶液加入水溶胶的液体中，经过充分搅拌混合反应，静至室温。待油水混合物自然分层后，纳米银粒子将会自发地从水相转移至正丁醇相。

(3)纳米银有机溶胶的制备。将有机和水溶液静置冷却至室温，用液相法分离水与正丁醇溶液。将分离出来的正丁醇纳米溶胶净化过滤，从而获得制取纤维用纳米银粒子有机溶胶。

(4)抗菌高聚合物制成。将纳米银有机溶胶与PP、PET、PA、PA66、PE、PLA或其它合成树脂混合干燥制成抗菌高聚合物。将经过净化处理的纳米银有机溶胶直接与高聚合物混合，或与有机溶剂混合后按1-5％加入高速混合机内。开启高速混合机，加入高聚合物和分子量6000～10000聚烯烃超分散助剂，搅拌混合均匀，再放到沸腾床干燥机80℃-100℃干燥10-20min，然后送入充填式干燥器干燥3-5小时，获得纳米银抗菌高聚合物。

(5)在纺丝或熔喷工艺中，添加以上含纳米银抗菌高聚合物10-20％，经加工后制成纤维或纤维制品。

(6)或将该纳米银有机溶胶在生产线中，直接喷淋在纤维表面，或添加在油槽中通过上油方法涂布于纤维表面，然后烘干制成纤维或纤维制品。

2.根据权利要求1所述的纳米银抗菌高聚合物，其特征在于：所述的纳米银抗菌高聚合物是在高聚合物表面涂覆添加有机纳米银粒子溶胶。

3.根据权利要求2所述的高聚合物，其特征在于：所述的高聚合物是包括：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)聚酯(PET)、聚乳酸(PLA)

4.根据权利要求1所述的有机纳米银粒子溶胶与有机溶剂混合，其特征在于：所述的有机溶剂为与正丁醇相互溶解的其他有机溶剂，如乙醇、正丁醇、苯及苯类溶剂、丙酮等。

5.根据权利要求1第6点所述的纤维，其特征在于：所述的纤维是包括，人造纤维和化学纤维。如粘胶纤维、硝酸酯纤维、醋酯纤维、铜铵纤维、人造蛋白纤维、聚酰胺6纤维(锦纶或尼龙6)，聚丙烯腈纤维(腈纶)，聚酯纤维(涤纶)，聚丙烯纤维(丙纶)，聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶)、聚乙烯纤维、聚乳酸纤维(PLA)、ES复合纤维。