CN102517669A - 功能性丝瓜络再生纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能性丝瓜络再生纤维及其制备方法。所述再生纤维由纳米ZnO/纳米TiO₂和再生丝瓜络纤维组成，制备过程包括：将粉碎后的丝瓜络蒸煮、打浆、漂白、碱化后，加入CS₂制得纤维素黄酸酯，然后向其中加入纳米ZnO/纳米TiO₂，得到纺丝原液，最后纺丝制得功能性丝瓜络再生纤维。本发明所述功能性丝瓜络再生纤维的拉伸率为35-55％，杀菌率达70％-99％，紫外线平均透过率为4-9％，可应用于医疗卫生、家居和服饰领域等，具有广阔的应用前景。

Description

功能性丝瓜络再生纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及人造纤维素纤维技术领域，特别涉及一种包含具有抗菌和防紫外线功能的纳米氧化物的功能性丝瓜络再生纤维及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们越来越追求高档、舒适、具有保健功能的纺织产品。植物丝瓜络天然纤维是丝瓜的果实风干后制得的纤维，具有天然密布的网状纤维结构，富含纤维素。由于丝瓜络独特的天然微网显微结构和丰富的纤维素含量，以及分布广泛、产量大等优点，并且丝瓜为当年种当年收爬藤类植物，占地少且对土质要求低，种植过程中几乎不需要农药，是纯绿色天然产品。丝瓜络更深层次的应用，正日益引起人们的关注。

从文献检索来看，目前国内外对于丝瓜络的研究主要集中在水处理领域。如刘引烽，毛金浩等人在专利CN101239306中公开了一种醚化丝瓜络的制备方法及其在金属离子吸附中的应用。该方法是将天然丝瓜络与适量的NaOH乙醇溶液混合，在25～80℃下碱化，或用微波间歇辐射碱化；然后在恒温水浴中回流，洗涤、抽滤、烘干；用NaOH溶液分散，与一氯乙酸的醇溶液进行反应，抽滤、洗涤、烘干，得到醚化丝瓜络。醚化丝瓜络来源广泛，可生物降解，并且处理工艺相对简单，在污水处理方面可部分替代合成高分子材料，并具有环境友好等优点。

他们同时在专利CN101239303中公开了一种丝瓜络碱化改性方法及其在金属离子吸附中的应用。该方法是将天然丝瓜络与适量的NaOH乙醇溶液混合，在25～80℃下碱化，或用微波间歇辐射1～10min碱化，然后在恒温水浴中回流，洗涤、抽滤、烘干，得到碱处理丝瓜络。丝瓜络来源广泛，可生物降解，并且处理工艺相对简单，在污水处理方面可部分替代合成高分子材料，并具有环境友好等优点。

李慧芝，许崇娟在专利CN101670273中公开了一种巯基官能化丝瓜络制备方法及应用技术。在具塞的三角瓶中，按质量百分比加入巯基乙酸，四氢呋喃，碱化的丝瓜络，浓硫酸，加塞，于40℃恒温放置48h，然后用去离子水洗涤、抽滤，至滤液呈中性为止，用少量乙醇洗涤后，放在35℃烘箱中干燥，获得的巯基官能化丝瓜络对金属离子的吸附量大，具有巯基特性，可直接对水体中各种金属离子的吸附和洗脱，吸附效率高，吸附的速度快，选择性强，解吸性能好，有良好的物理化学稳定性和优异的机械稳定性，能够在较宽的酸碱范围内使用，同时巯基官能化丝瓜络具有再生能力。

刘引烽，杨红等人在专利CN101664671中公开了一种酯化丝瓜络的制备方法及其在有机物，尤其是水体系中有机物吸附中的应用。该方法是将天然丝瓜络用适量的NaOH/乙醇溶液浸泡后，微波间歇辐射碱化，然后在恒温水浴中回流，洗涤、烘干；用乙酸酐浸泡，再在微波辐射条件下进行间歇反应，洗涤、烘干，得到酯化丝瓜络。酯化丝瓜络的处理工艺相对简单，吸附有机污染物的性能较天然丝瓜络有所提高，在污水处理方面可部分替代合成高分子材料，并具有环境友好、来源广泛、价格低廉、可生物降解和环境友好等特点。

尹静波，俞臻阳等人在专利CN101177523中公开了一种聚乳酸/丝瓜络纤维复合材料及其制备方法。该新型完全可生物降解复合材料可明显改善聚乳酸的耐热性能，具有较好的机械性能，并且降低了原材料成本，有利于聚乳酸更广泛的应用。该复合材料以聚乳酸作为主体原材料，加入经过有机改性的丝瓜络短纤维以及少量润滑剂，热稳定剂。由上述原料及其辅料制成的完全可生物降解复合材料具有较好机械性能，优良的耐热性，抗菌，耐潮湿和较低的成本等特点，可应用于包装包裹、工程建设、室内装饰、汽车内饰等各个领域，解决白色污染带来的环境问题。

上述各丝瓜络材料的应用主要集中在水处理领域或用来解决白色污染问题，皆不在纺织品方面。

随着人们对环境问题的重视以及对纺织品的生态需求，天然纤维以其对环境无污染以及对人体肌肤的亲和性而倍受重视，丝瓜络纤维的绿色环保性更是受到人们的青睐。本发明的发明人经过研究发现，将具有抗菌和防紫外线功能的纳米ZnO/纳米TiO₂掺加到丝瓜络纤维中，纺丝制得的功能性丝瓜络纤维不但对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌和酵母菌等均有杀伤能力，而且还具有很好的防紫外线功能。将其掺加到丝瓜络纤维中纺丝制得的功能性丝瓜络纤维，在保持丝瓜络纤维天然环保性能的同时，具有很好的抗菌性能和防辐射功能。

发明内容

本发明的目的之一，是提供一种功能性丝瓜络再生纤维。

本发明的目的之二，是提供一种功能性丝瓜络再生纤维的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种功能性丝瓜络再生纤维，其特征在于，所述再生纤维由纳米ZnO/纳米TiO₂和再生丝瓜络纤维组成，且以100重量份再生丝瓜络纤维计，纳米ZnO/纳米TiO₂的含量为0.01-1.0重量份。

优选地，上述纳米ZnO/纳米TiO₂是指纳米ZnO或纳米TiO₂中的一种或两者以任意比例的混合物。

优选地，上述纳米ZnO/纳米TiO₂的粒径为1-50nm。

一种制备上述功能性丝瓜络再生纤维的方法，包括如下步骤：

(1)取适量的丝瓜络粉碎，加入NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为1％-3％的NaClO漂白，制成浆粕板；

(2)将丝瓜络纤维素浆粕用NaOH溶液碱化1～5h，生成碱纤维素，老成2～10h，再加入CS₂反应2～6h，得到纤维素黄酸酯；

(3)向纤维素黄酸酯中加入纳米ZnO/纳米TiO₂，搅拌3-6h，得到纺丝原液；

(4)将步骤(3)所得纺丝原液纺丝制得功能性丝瓜络再生纤维。

优选地，上述步骤(1)和步骤(2)中所述NaOH溶液的浓度为200-300g/l。

优选地，以100重量份的丝瓜络计，上述步骤(1)中所述NaOH溶液的用量为15-25重量份。

优选地，以100重量份丝瓜络纤维素浆粕计，上述步骤(2)中CS₂的用量为35-60重量份。

优选地，以100重量份再生丝瓜络纤维计，上述步骤(3)中纳米ZnO/纳米TiO₂的用量为0.01-1.0重量份。

纳米ZnO/纳米TiO₂的抗菌机理可能有两种情况。第一种是光催化抗菌机理，即纳米ZnO/纳米TiO₂在阳光，尤其是紫外光的照射下，在水和空气中，能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h⁺)，h⁺可以激发空气产生活性氧(〔0〕)，微生物与〔0〕发生氧化反应而致死。第二种是金属离子溶出抗菌机理，即游离出来的锌离子接触细菌体时，会同蛋白酶结合使其失去活性而将细菌杀死。我们通过试验后认为纳米ZnO/纳米TiO₂的抗菌机理应该是两种机理共同作用的结果。

纳米ZnO/纳米TiO₂的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关：当粒径较大时，对紫外线的阻隔是以反射、散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效。抗辐射机理是简单的遮盖，属一般的物理防晒，防晒能力较弱；随着粒径的减小，光线能透过纳米ZnO/纳米TiO₂的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显，而对中波区紫外线的吸收性明显增强。纳米ZnO/纳米TiO₂对不同波长紫外线的防晒机理不一样，对长波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。纳米ZnO/纳米TiO₂在不同波长区均表现出优异的吸收性能，与其他有机抗辐射剂相比，纳米ZnO/纳米TiO₂具有无毒、性能稳定、效果好等特点。

采用上述方法制备的功能性丝瓜络再生纤维，纤维的拉伸率为35-55％，杀菌率在85％-99％，紫外线平均透过率为4-9％，可应用于医疗卫生、家居和服饰领域等，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

实施例1：

取100g丝瓜络粉碎，加入15g浓度为300g/l的NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为1％的NaClO漂白，制成浆粕板。

将纤维素浆粕经200g/l的NaOH溶液碱化5h，生成碱纤维素，老成2h，再加入35g CS₂反应6h，得到纤维素黄酸酯。

向纤维素黄酸酯中加入0.01g粒径为1-50nm的ZnO，搅拌6h，在凝固浴中以湿法纺丝，制得功能性丝瓜络再生纤维，测得纤维的拉伸率为45％，波长280nm-320nm紫外线平均透过率为9.0％。

实施例2

取100g丝瓜络粉碎，加入18g浓度为280g/l的NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为2％的NaClO漂白，制成浆粕板。

将纤维素浆粕经280g/l的NaOH溶液碱化2h，生成碱纤维素，老成4h，再加入40g CS₂反应5h，得到纤维素黄酸酯。

向纤维素黄酸酯中加入0.1g粒径为1-50nm的TiO₂，搅拌5h，在凝固浴中以湿法纺丝，制得功能性丝瓜络再生纤维，测得纤维的拉伸率为35％，波长280nm-320nm紫外线平均透过率为7.8％。

实施例3

取100g丝瓜络粉碎，加入20g浓度为250g/l的NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为2.5％的NaClO漂白，制成浆粕板。

将纤维素浆粕经250g/l的NaOH溶液碱化3h，生成碱纤维素，老成6h，再加入50g CS₂反应4h，得到纤维素黄酸酯。

向纤维素黄酸酯中加入0.4g粒径为1-50nm的ZnO与TiO₂按照质量比为1∶1的比例组成的混合物，搅拌5h，在凝固浴中以湿法纺丝，制得功能性丝瓜络再生纤维，测得纤维的拉伸率为55％，波长280nm-320nm紫外线平均透过率为6.5％。

实施例4

取100g丝瓜络粉碎，加入22g浓度为230g/l的NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为1.5％的NaClO漂白，制成浆粕板。

将纤维素浆粕经220g/l的NaOH溶液碱化4h，生成碱纤维素，老成8h，再加入55g CS₂反应3h，得到纤维素黄酸酯。

向纤维素黄酸酯中加入0.8g粒径为1-50nm的ZnO，搅拌4h，在凝固浴中以湿法纺丝，制得功能性丝瓜络再生纤维，测得纤维的拉伸率为50％，波长280nm-320nm紫外线平均透过率为5.1％。

实施例5：

取100g丝瓜络粉碎，加入25g浓度为200g/l的NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为3％的NaClO漂白，制成浆粕板。

将纤维素浆粕经300g/l的NaOH溶液碱化1h，生成碱纤维素，老成10h，再加入60g CS₂反应2h，得到纤维素黄酸酯。

向纤维素黄酸酯中加入1.0g粒径为1-50nm的ZnO与TiO₂按照质量比为1∶5的比例组成的混合物，搅拌3h，在凝固浴中以湿法纺丝，制得功能性丝瓜络再生纤维，测得纤维的拉伸率为40％，波长280nm-320nm紫外线平均透过率为4.0％。

取上述实施例1-5所得功能性丝瓜络再生纤维，在25±1℃的条件下，测定其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念珠菌的灭菌率(％)，实验结果见表1。

表1

从表1所示结果可以看出，本发明功能性丝瓜络再生纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念珠菌均具有很高的灭菌效果。

Claims (8)

1.一种功能性丝瓜络再生纤维，其特征在于，所述再生纤维由纳米ZnO/纳米TiO₂和再生丝瓜络纤维组成，且以100重量份再生丝瓜络纤维计，纳米ZnO/纳米TiO₂的含量为0.01-1.0重量份。

2.根据权利要求1所述的功能性丝瓜络再生纤维，其特征在于，所述纳米ZnO/纳米TiO₂是指纳米ZnO或纳米TiO₂中的一种或两者以任意比例的混合物。

3.根据权利要求2所述的功能性丝瓜络再生纤维，其特征在于，所述纳米ZnO/纳米TiO₂的粒径为1-50nm。

4.一种制备如权利要求1所述的功能性丝瓜络再生纤维的方法，包括如下步骤：

(1)取适量的丝瓜络粉碎，加入NaOH溶液蒸煮，打浆，然后用质量百分比浓度为1％-3％的NaClO漂白，制成浆粕板；

(2)将丝瓜络纤维素浆粕用NaOH溶液碱化1～5h，生成碱纤维素，老成2～10h，再加入CS₂反应2～6h，得到纤维素黄酸酯；

(3)向纤维素黄酸酯中加入具有抗菌和防紫外线功能的纳米ZnO/纳米TiO₂，搅拌3-6h，得到纺丝原液；

(4)将步骤(3)所得纺丝原液纺丝制得功能性丝瓜络再生纤维。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述NaOH溶液的浓度为200-300g/l。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以100重量份的丝瓜络计，步骤(1)中所述NaOH溶液的用量为15-25重量份。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以100重量份丝瓜络纤维素浆粕计，步骤(2)中CS₂的用量为35-60重量份。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以100重量份再生丝瓜络纤维计，步骤(3)中纳米ZnO/纳米TiO₂的用量为0.01-1.0重量份。