CN103243557B - 氧化海藻酸钠改性的纺织纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了氧化海藻酸钠改性的纺织纤维及其制备方法和应用。本发明公开的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维由重量百分比为纺织纤维：氧化海藻酸钠=100：10-100：1反应，经水洗、干燥后制得。本发明通过氧化海藻酸钠与纤维素、蛋白质等高分子的反应在传统纺织产品的表面结合一层具有优良生物活性的海藻酸生物高分子，提高纺织纤维的亲水性及吸附金属离子的性能，优化其使用性能。本发明氧化海藻酸钠改性的纺织纤维在与含铜、锌离子的水溶液处理后可以得到负载抗菌金属离子的抗菌纤维，具有良好的市场应用前景。

Description

氧化海藻酸钠改性的纺织纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纺织技术领域，具体涉及氧化海藻酸钠改性的纺织纤维及制备方法和应用。

背景技术

海藻酸又称褐藻酸、海带胶、褐藻胶，是从褐藻类植物中提取的一种天然高分子材料。随着石化资源的日益枯竭以及消费品市场环保意识的加强，具有可持续发展特性的天然高分子材料变得越来越重要，很多化工原料正在由化学原料向天然提取原料转变。作为一种从海藻植物中提取的天然高分子材料，海藻酸及各种海藻酸盐正在得到越来越多的关注，它们具有良好的增稠性、成膜性和凝胶性，并且具有高度的安全性和配伍性，对人体及皮肤无毒、无刺激，可生物降价，是一种优良的绿色高分子材料。其独特的性能在制作医用敷料、牙模材料、面膜、化妆品增稠稳定剂、缓控释片、造纸添加剂、冰淇淋、饮料、仿形食品、健康食品、粘合剂、生物粘附剂、饲料粘结剂、宠物食品粘结剂、印花糊料、水处理剂、电焊条等各类产品中具有重要的应用价值。

作为一种高分子多糖，海藻酸钠分子的糖醛酸单元具有顺二醇结构，其顺二醇结构中的C-C键会被强氧化剂（如高碘酸钠）氧化而生成2个醛基。将海藻酸钠用高碘酸钠氧化改性，可以制备出一种具有双醛结构的氧化海藻酸钠。由于氧化海藻酸钠中的双醛基具有类似甲醛、戊二醛等的交联性能，它是一种对人体无毒、无害、生物相容性良好的、新型的生物高分子材料交联剂。氧化海藻酸钠对羟基、氨基等基团有极高的反应活性，可被用作蛋白质、多肽、特异氨基酸序列等生物活性物质的交联剂。

纺织纤维是制备纺织品的基础原料，通过机织、针织、无纺布工艺加工可以制备衣着用纺织品、装饰用纺织品、工业用纺织品等纺织材料。衣着用纺织品包括制作服装的各种纺织面料以及缝纫线、松紧带、领衬等产品；装饰用纺织品分为室内用品、床上用品和户外用品，包括家布和餐厅浴室用品，如：地毯、沙发套、椅子、壁毯、贴布、像罩、纺品、窗帘、毛巾、茶巾、台布、手帕等；床上用品包括床罩、床单、被面、被套、毛毯、毛巾被、枕芯、被芯、枕套等。

纺织纤维主要包括天然纤维、人造纤维及合成纤维三大类，其中纤维素和蛋白质是构成棉花、蔴、羊毛、蚕丝等纤维的主要成分。目前传统的纺织品在穿着、舒适性等方面有成熟的技术，已经成为传统产业。现代纺织品领域正在开发具有生物活性的功能纺织品。基于纺织品贴身使用的特点，其亲水性及抑制细菌、螨虫等微生物生长的性能显得尤为重要。

纺织品在生产和使用过程中都会粘附微生物。据统计每克原棉含菌量达1000万到5000万个，并含高达50万个菌的芽孢，在储存中，随着环境条件的变化，还会不断增多，特别在高湿、热的黄梅时节繁殖更快，产生菌丝或变色及污秽表层，形成了一块霉菌部落的霉斑。微生物在纤维素纤维中滋长时，并不直接以纤维素纤维为食料，而是分泌出酵素，将纤维素纤维降解或水解成可消化的物质，如葡萄糖，再以葡萄糖为培养基，进一步繁衍，结果使纤维产生霉迹，强力下降甚至造成破洞。折叠的纺织品当霉蚀时可能自上层贯串至下层，致使大量纺织品成为废品。

发明内容

本发明提供了氧化海藻酸钠改性的纺织纤维及制备方法和应用。本发明所要解决的技术问题在于改进现有纺织纤维及纺织品的性能，通过氧化海藻酸钠与纤维素、蛋白质等高分子的反应在传统纺织产品的表面结合一层具有优良生物活性的海藻酸生物高分子，以提高纺织纤维的亲水性及吸附金属离子的性能，优化纺织品的使用性能。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

氧化海藻酸钠改性的纺织纤维的制备方法，以纺织纤维为载体，以水溶性的氧化海藻酸钠为改性剂，以酸作为催化剂，按重量百分比为纺织纤维：氧化海藻酸钠=100：10-100：1在40℃-85℃下反应，后经碱中和反应、水洗、干燥后制得。

其中，所述改性的纺织纤维由优选的重量百分比配方纺织纤维：氧化海藻酸钠=100：5反应制得。

进一步的，所述氧化海藻酸钠的制备方法为：将海藻酸钠分散于无水乙醇中配成悬浊液I，称取高碘酸钠溶于水中配成溶液Ⅱ后，避光下将溶液Ⅱ加入悬浊液Ⅰ中，室温条件下磁力搅拌至生成氧化海藻酸钠，加入与高碘酸钠等摩尔量的乙二醇终止反应，将反应混合物倒入无水乙醇中析出沉淀，后用乙醇清洗、抽滤、真空干燥，得到氧化海藻酸钠粉末。

其中，所述水洗步骤为用去离子水洗后，再用乙醇与去离子水的混合溶液洗，再用纯乙醇进行清洗。

其中，所述催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种。

其中，所述纺织纤维为纯棉水刺无纺布或真丝织物。

本发明提供了利用所述的制备方法制得的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维。

本发明还提供了所述的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维在负载金属离子中的应用。

其中，所述金属离子为铜和/或锌。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明公开的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维是以传统纺织纤维为载体，以水溶性的氧化海藻酸钠为整理剂，按配方量将氧化海藻酸钠用水溶解后与传统纺织纤维反应后经水洗、干燥后制得。

由于棉花、蔴、羊毛、蚕丝的分子结构中含有羟基、氨基等活性基团，可以与氧化海藻酸钠分子中的醛基发生反应。在本发明的处理过程中，处于固体状态的传统纺织纤维与含有醛基的氧化海藻酸钠反应后，氧化海藻酸钠被结合到棉花、蔴、羊毛、蚕丝等纤维的结构中，使改性后的纤维含有具有很强亲水性的羧酸钠基团。改性后的纤维因此具有很强的亲水性能及吸附金属离子的性能。

对于能够杀灭或抑制微生物的材料，通常称为抗菌材料，材料自身具有抑制和杀灭微生物的功能，通常也叫抗菌性能。目前抗菌剂已经基本形成了无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂等四类。本发明的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维含有对金属离子有很强结合力的羧酸钠基团，对铜、锌等具有抗菌性能的金属离子有很强的吸附性能。利用其独特的性能，本发明氧化海藻酸钠改性的纺织纤维在与含铜、锌离子的水溶液处理后可以得到负载抗菌金属离子的抗菌纤维。

采用本发明氧化海藻酸钠改性纺织纤维制成的改性纺织纤维及纺织品具有很好的亲水性及抑制微生物增长的性能，在衣着用纺织品、装饰用纺织品、工业用纺织品等纺织材料中有很高的应用价值，可以有效抑制细菌、病毒、螨虫等增长，改进纺织品的综合性能。

结合阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1、氧化海藻酸钠的制备

将10g海藻酸钠分散于50mL无水乙醇中配成悬浊液I。称取10g高碘酸钠溶于50mL水中配成溶液Ⅱ后，避光下将溶液Ⅱ加入悬浊液Ⅰ中，室温条件下磁力搅拌2小时后，加入与高碘酸钠等摩尔量的乙二醇终止反应。将反应混合物倒入无水乙醇中析出沉淀，后用乙醇清洗二次后抽滤，然后在40℃下真空干燥，得到氧化海藻酸钠粉末。

实施例2、氧化海藻酸钠与纯棉水刺无纺布的反应

按照表1中的质量配比，把氧化海藻酸钠溶解在100mL去离子水中后，加入纯棉水刺无纺布（注：由于无纺布采用针刺成型，其组分为100%的棉花纤维），在65℃下反应2小时后加入2.5mLH₂SO₄溶液后继续反应2小时后加入2.5g NaOH，充分搅拌并反应30分钟后脱去反应溶液，用去离子水洗后再用50%乙醇与50%去离子水的混合溶液洗，再用纯乙醇清洗后干燥，得到氧化海藻酸钠改性的纯棉水刺无纺布样品。

表1氧化海藻酸钠与纯棉水刺无纺布的反应用量

实施例3、氧化海藻酸钠处理的纯棉水刺无纺布的的吸湿性测试

将实施例2中制备的氧化海藻酸钠改性的纯棉水刺无纺布切割成5cm×5cm尺寸的纺织品样品，测得的重量为干重W₁（g）。切割后的样品被放置在比它重40倍的去离子水中，在直经为90mm的培养皿中室温下放置30分钟后，用镊子挟住样品的一角在空中挂30秒钟后测取样品的湿重W₂（g）。单位重量的样品的吸湿率=（W₂-W₁）/W₁。表2显示了5个样品的吸湿率。

表2氧化海藻酸钠改性的纯棉水刺无纺布样品的吸湿率测试

表2的实验数据显示，由氧化海藻酸钠改性的纯棉水刺无纺布具有比未处理样品更好的亲水性，其吸湿率随着氧化海藻酸钠用量的增加而提高。处理过程中氧化海藻酸钠的用量越大，纤维表面负载的亲水性羧酸钠基团越多，其吸附水的量越大。

实施例4、氧化海藻酸钠处理的纯棉水刺无纺布吸附铜离子的性能

称取2.340g五水硫酸铜，溶解至1000mL，得到含0.6g.L^-1铜离子的溶液，取该溶液50mL加去离子水稀释成1000mL得到含30mg.L^-1铜离子的溶液。制备5份该溶液，分别加入实施例2中得到的样品1g，在室温下搅拌24小时后，取10mL溶液，用去离子水稀释到100mL后过滤，然后测试溶液中铜离子的浓度，根据起始时溶液中铜离子的浓度及24小时后铜离子浓度的差别计算5种样品吸附铜离子的量，实验结果见表3。

表3氧化海藻酸钠处理的纯棉水刺无纺布吸附铜离子的实验结果

表3中的实验数据显示，处理过程中氧化海藻酸钠的用量越大，纤维表面负载的亲水性羧酸钠基团越多，其吸附铜离子的量越大。

实施例5、氧化海藻酸钠与真丝织物的反应

按照表4中的质量配比，把氧化海藻酸钠溶解在100mL去离子水中后，加入真丝织物后在65℃下反应2小时后加入2.5mLH₂SO₄溶液后继续反应2小时后加入2.5g NaOH，充分搅拌并反应30分钟后脱去反应溶液，用去离子水洗后再用50%乙醇与50%去离子水的混合溶液洗，再用纯乙醇清洗后干燥，得到氧化海藻酸钠改性的真丝织物样品。

表4氧化海藻酸钠与纯棉水刺无纺布的反应用量

实施例6、氧化海藻酸钠处理的真丝织物在水中的溶胀率的测试

称取实施例5中得到的样品约1g，放置在100ml的去离子水中。一小时后，把溶胀后的材料取出，包裹在一片长丝织物中后，离心脱水2分钟，在塑料容器中称得湿重(W₁)后在105℃下干燥至恒重，得到干重(W₂)。样品在去离子水中的溶胀率=W₁/W₂。5种样品在去离子水中的溶胀率见表5。

表5氧化海藻酸钠处理的真丝织物的溶胀率的测试

表5的实验数据显示，当处理后的真丝织物被放置在水中后，由于纤维表面含有亲水性的羧酸钠基团而把水分吸附在纤维上，这部分水通过化学结合力结合在纤维上，不在离心脱水过程中脱离纤维。氧化海藻酸钠的用量越大，纤维中的亲水性羧酸钠基团越多，其吸附的水分越多，在水中的溶胀率越高。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1. 氧化海藻酸钠改性的纺织纤维的制备方法，其特征在于以纺织纤维为载体，以水溶性的氧化海藻酸钠为改性剂，以酸作为催化剂，按重量百分比为纺织纤维：氧化海藻酸钠=100：10-100：1在40℃-85℃下反应，后经碱中和反应、水洗、干燥后制得；所述催化剂为硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种；所述纺织纤维为纯棉水刺无纺布或真丝织物；所述氧化海藻酸钠的制备方法为：将海藻酸钠分散于无水乙醇中配成悬浊液I，称取高碘酸钠溶于水中配成溶液Ⅱ后，避光下将溶液Ⅱ加入悬浊液Ⅰ中，室温条件下磁力搅拌至生成氧化海藻酸钠，加入与高碘酸钠等摩尔量的乙二醇终止反应，将反应混合物倒入无水乙醇中析出沉淀，后用乙醇清洗、抽滤、真空干燥，得到氧化海藻酸钠粉末。

2. 根据权利要求1所述的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维的制备方法，其特征在于：所述改性的纺织纤维由优选的重量百分比配方纺织纤维：氧化海藻酸钠=100：5反应制得。

3. 根据权利要求1或2所述的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维的制备方法，其特征在于：所述水洗步骤为用去离子水洗后，再用乙醇与去离子水的混合溶液洗，再用纯乙醇进行清洗。

4. 根据权利要求1所述的制备方法制得的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维。

5. 根据权利要求4所述的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维在负载金属离子中的应用。

6. 根据权利要求5所述的氧化海藻酸钠改性的纺织纤维在负载金属离子中的应用，其特征在于所述金属离子为铜和/或锌。