CN103643332A

CN103643332A - 一种功能性复合纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN103643332A
Application number: CN201310648961.9A
Authority: CN
Inventors: 叶荣明; 迟健; 刘海洋; 邬广松; 李荣超
Original assignee: FUNING AUYANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Saideli (Yancheng) Fiber Co.,Ltd.
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN103643332B

Abstract

本发明公开了一种功能性复合纤维及其制备方法，所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅15～45wt%，壳聚糖季铵盐0.5～10wt%。制备方法包括：（1）将壳聚糖季铵盐用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液。（2）采用纤维素浆粕为原料制得碱纤维素，碱纤维素黄化后溶解到二氧化硅的氢氧化钠溶液中，含二氧化硅的纺丝粘胶中的固体物含量为9.5～11.5wt%。（3）将抗菌溶液添加到黄化至纺丝前任一步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按壳聚糖季铵盐占粘胶溶液中固体物重量的0.5～10%，制得共混粘胶溶液。（4）将共混粘胶溶液经纺丝成型、后处理制备得到功能性复合纤维。本发明制备的功能性复合纤维兼具阻燃和抗菌性能。

Description

一种功能性复合纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能性纤维素纤维，具体涉及一种同时具有抗菌和阻燃的功能性复合纤维及其制备技术。

背景技术

阻燃纤维素纤维具有不熔滴、吸湿透气等合成纤维所不可比拟的优良性能，而受到市场的欢迎，具有良好的发展前景，因此近年来发展迅速，市场规模不断扩大。市场需求催生了阻燃纤维的生产开发，但目前市场上的阻燃纤维素纤维多数仅具备阻燃功能，兼具其它对人体健康有利的复合功能性产品则很少出现。而随着人们生活水平的不断提高，对产品的功能化要求也在提高，单一的阻燃功能是产品所必须具备的基本功能，在满足阻燃功能的前提下赋予产品其它功能，如抑菌杀菌、远红外、负离子等，必然会受到市场的青睐。

壳聚糖是自然界中唯一存在的碱性多糖，具有生物可降解性、生物相容性、安全性和抗菌性等优良性能。由于壳聚糖所具有的抗菌性能，其在伤口缝合、处理植物种子、消毒剂、洗手液等方面获得了广泛的应用。对壳聚糖通过改性得到季铵盐型壳聚糖衍生物材料，是提高壳聚糖抗菌性的重要研究方向之一，也是抗茵材料研究的热点领域。

其中，壳聚糖季铵盐是一种重要的壳聚糖衍生物，具有无毒、抗菌及抑菌活性好等特点，因而被广泛应用于环境保护、食品加工、药物负载、控释以及抗菌抑菌材料的制备等技术领域。壳聚糖及其季铵盐具有的特殊的分子结构可用于改善织物的吸湿保湿性、抗静电性、抗菌性、抗皱性、柔软性,以及染色性。

虽然壳聚糖季铵盐可以赋予纺织品许多优良性能,但是在纺织领域的应用主要是用它作为纺织品后整理剂，使用时大都采用传统的后整理技术,使赋予织物的功能得不到持久保持。如已经公开的专利文献CN201310119583.5纯棉牛仔布的壳聚糖季铵盐抗菌整理方法,CN200910200566.8水溶性的壳聚糖季铵盐抗菌整理剂及其制备和应用，CN201310119582.0纯棉牛仔布抗菌整理工艺用壳聚糖季铵盐整理液，这些文献中均是采用壳聚糖季铵盐对织物进行后整理的技术。因此，根据壳聚糖及其衍生物所具有的各种优良性能，改进壳聚糖季铵盐对不同种类和材质的纺织品的加工技术，将极大地推动其在纺织领域的应用发展。

粘胶纤维作为再生纤维素纤维，其制品具有吸湿透气性好，穿着舒适的特点，现有技术中，基于粘胶纤维生产工艺长、工艺复杂的特点，近年来，随着各种功能性粘胶纤维的问世，各种抗菌粘胶纤维也应运而生，但是既有抗菌功能又兼具阻燃性能的纤维素纤维，尤其是以壳聚糖作为抗菌剂的抗菌阻燃纤维素纤维，却仍然没有相关研究和报道。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种兼具阻燃和抗菌功能的功能性复合纤维，该功能性复合纤维同时具有阻燃效果好和抗菌性能好的特点，且具有更好的吸湿保湿、抗皱性、柔软性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种同时具有阻燃性能和抗菌性能、且具有更好的吸湿保湿、抗皱性、柔软性能的功能性复合纤维的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种功能性复合纤维，所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅15～45wt%，壳聚糖季铵盐0.5～10wt%。

优选的，所述壳聚糖季铵盐为羟丙基烷基氯化铵壳聚糖，所述壳聚糖季铵盐的取代度≥80%。

作为进一步的优选，所述壳聚糖季铵盐包括羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖中的至少一种。

作为再进一步的优选，所述壳聚糖季铵盐为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将壳聚糖季铵盐用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为1～10%，氢氧化钠的质量浓度为5～15%。

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素黄化后溶解到二氧化硅的氢氧化钠溶液中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的固体物含量为9.5～11.5wt%。

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化步骤至纺丝前任一步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按壳聚糖季铵盐占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的0.5～10%，制得含纤维素、二氧化硅、壳聚糖季铵盐、氢氧化钠的共混粘胶溶液。

（4）将所述共混粘胶溶液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、水洗、漂白、水洗、酸洗、水洗、上油的后处理步骤制备得到所述功能性复合纤维。

作为一种优选，所述二氧化硅的氢氧化钠溶液包括硅酸钠溶液、偏硅酸钠溶液和二氧化硅的氢氧化钠溶胶中的至少一种。

其中，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的固体物为二氧化硅与纤维素的混合物，所述混合物中二氧化硅占所述固体物的比例为15～45wt%。

作为一种优选，步骤（2）中，所述经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素的铜粘为45～65mpa.s，碱纤维素中含甲纤24～30wt%，氢氧化钠13～15wt%；所述含二氧化硅的纺丝粘胶溶液中氢氧化钠6～9wt%，落球粘度40～70s。

作为一种优选，所述凝固浴中含硫酸100～130g/l，硫酸锌和/或硫酸铝15～50g/l，硫酸钠270～350g/l，凝固浴温度40～60℃。

作为一种优选，所述脱硫使用亚硫酸钠脱硫剂，所述亚硫酸钠的浓度为5～15g/l，温度为65～85℃；所述漂白使用次氯酸钠漂白剂，所述次氯酸钠的浓度为0.5～2g/l，温度为25～55℃；所述酸洗使用盐酸洗，所述盐酸的浓度为2～6g/l。

所述壳聚糖季铵盐优选使用羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖中的至少一种。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

本发明的功能性复合纤维中含有：二氧化硅15～45wt%，壳聚糖季铵盐0.5～10wt%，其中二氧化硅做为纤维素内的阻燃成分，属无机成分，无公害，无毒，环境友好，赋予了纤维素纤维良好的阻燃性能，而壳聚糖季铵盐作为壳聚糖抗菌剂，其抗菌性机理为，壳聚糖和壳寡糖C2上的伯胺基使其成为自然界中唯一的碱性糖,而细菌表面几乎都是酸性使得壳聚糖和壳寡糖具有抑菌性，而季铵基团阳离子通过静电力、氢键与蛋白质分子间的疏水结合等作用,吸附带负电的细菌体,聚集在细胞壁上，可形成高分子电解质聚合物,在细胞周围形成不具有渗透性的表层,阻止营养物质透过细胞壁而使细菌不能进行新陈代谢，产生室阻效应,可导致细菌生长受抑而死亡。由于壳聚糖季铵盐自身具有的良好的抑菌性能，和与纺丝粘胶良好的共混性能，本发明制得的功能性复合纤维同时具有阻燃性能、生物可降解性、生物相容性、安全性和抗菌性等优良性能，抗菌功能持久、对人体无毒副作用，同时赋予粘胶纤维更好的吸湿保湿、抗皱性、柔软性。本发明制备得到的抗菌再生纤维素纤维对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有良好的抑菌作用，总抑菌率达到95%以上。

本发明将二氧化硅、壳聚糖季铵盐与纤维素纤维结合，三者成分均是安全、无毒、无公害、环境友好的原料组分，本发明制得的纤维具有其它合成纤维和人造纤维所不可比拟的环保、生物可降解性、生物相容性等优势，而且纤维具有良好的阻燃、抗菌抑菌、防臭、防止微生物繁殖等功能，同时赋予粘胶纤维更好的吸湿保湿、抗皱性和柔软性。

本发明根据壳聚糖季铵盐和纤维素分子结构相似的特点，在经过大量试验验证之后，将壳聚糖季铵盐溶解在氢氧化钠溶液中，然后直接与含二氧化硅的纺丝粘胶共混后纺丝，制备得到兼具阻燃和抗菌性能的纤维素纤维，工艺步骤简单，设备投资少，工作环境友好。

在粘胶纤维制备中的纺丝可纺性，尤其是功能性粘胶纤维的纺丝可纺性，由于粘胶溶液中混入了功能性物质，因此在纺丝时，粘胶溶液的性能指标，粘胶溶液与凝固浴的匹配性都是决定纺丝可纺性和功能性纤维质量的决定性因素，本申请人通过大量实验验证确定，控制老成的步骤制得碱纤维素的铜粘为45～65mpa.s，碱纤维素中含甲纤24～30wt%，氢氧化钠13～15wt%；溶解二氧化硅的氢氧化钠溶液后得到的含二氧化硅的纺丝粘胶溶液中氢氧化钠6～9wt%，落球粘度40～70s，采用适合于纺丝成型的粘胶溶液，是保证好的纺丝可纺性和成品抗菌纤维素纤维的性能指标的进一步的保证措施。

具体实施方式

下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。

实施例1

一种功能性复合纤维，所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅20wt%，羟丙基烷基氯化铵壳聚糖8.5wt%，壳聚糖季铵盐的取代度86%。

实施例2

一种功能性复合纤维，所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅25wt%，羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖5.5wt%，所述羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的取代度88.5%。

实施例3

一种功能性复合纤维，所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅32wt%，羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖1.0wt%，所述羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖的取代度82%。

实施例4

一种功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将取代度为85%的壳聚糖季铵盐用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中壳聚糖季铵盐的质量浓度为2.5%，氢氧化钠的质量浓度为12%。

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素黄化后溶解到二氧化硅的氢氧化钠溶液中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的二氧化硅与纤维素的混合物含量为10.5wt%，其中二氧化硅占所述固体物的比例为22.5wt%。

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按壳聚糖季铵盐占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的1.5%，制得含纤维素、二氧化硅、壳聚糖季铵盐、氢氧化钠的共混粘胶溶液。

实施例5

一种功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将取代度为87%的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的质量浓度为3.5%，氢氧化钠的质量浓度为10%。

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素黄化后溶解到硅酸钠溶液中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的二氧化硅与纤维素的混合物含量为11.2wt%，其中二氧化硅占所述固体物的比例为16.5wt%。

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化后的溶解步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的8.5%，制得含纤维素、二氧化硅、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、氢氧化钠的共混粘胶溶液。

实施例6

一种功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将取代度84%的羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的质量浓度为5.3%，氢氧化钠的质量浓度为13.5%。

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素的铜粘为48mpa.s，碱纤维素中含甲纤26wt%，氢氧化钠13.5wt%；碱纤维素黄化后溶解到偏硅酸钠溶液中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的二氧化硅与纤维素的混合物含量为10.0wt%，氢氧化钠7.1wt%，落球粘度45s其中二氧化硅占所述固体物的比例为28wt%。

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的4.5%，制得含纤维素、二氧化硅、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、氢氧化钠的共混粘胶溶液。

（4）将所述共混粘胶溶液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、水洗、漂白、水洗、酸洗、水洗、上油的后处理步骤制备得到所述功能性复合纤维，所述凝固浴中含硫酸110g/l，硫酸锌和/或硫酸铝18g/l，硫酸钠285g/l，凝固浴温度48℃；所述脱硫使用亚硫酸钠脱硫剂，所述亚硫酸钠的浓度为8g/l，温度为85℃；所述漂白使用次氯酸钠漂白剂，所述次氯酸钠的浓度为0.8g/l，温度为30℃；所述酸洗使用盐酸洗，所述盐酸的浓度为3g/l。

实施例7

一种功能性复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将取代度92%的羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中氢氧化钠的质量浓度为8.5%。

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素的铜粘为56mpa.s，碱纤维素中含甲纤28wt%，氢氧化钠14wt%；碱纤维素黄化后溶解到二氧化硅的氢氧化钠溶胶中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的二氧化硅与纤维素的混合物含量为10.8wt%，氢氧化钠8.5wt%，落球粘度60s其中二氧化硅占所述固体物的比例为35wt%。

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的6.5%，制得含纤维素、二氧化硅、羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、氢氧化钠的共混粘胶溶液。

（4）将所述共混粘胶溶液经凝固浴纺丝成型，然后经包括脱硫、水洗、漂白、水洗、酸洗、水洗、上油的后处理步骤制备得到所述功能性复合纤维；所述凝固浴中含硫酸120g/l，硫酸锌和/或硫酸铝25g/l，硫酸钠325g/l，凝固浴温度50℃；所述脱硫使用亚硫酸钠脱硫剂，所述亚硫酸钠的浓度为12g/l，温度为75℃；所述漂白使用次氯酸钠漂白剂，所述次氯酸钠的浓度为1.2g/l，温度为35℃；所述酸洗使用盐酸洗，所述盐酸的浓度为5g/l。

对比例1

对比例1与实施例6的不同之处在于：使用的抗菌剂为羟乙基壳聚糖，其余均相同。

实施例4-7以及对比例1制备得到的功能性复合纤维的阻燃性能、抗菌性能以及机械性能指标情况见下表。检测抗菌性能时测试菌种为：金黄色葡萄球菌ATCC6538，按JISL1902-2008纺织制品抗菌活性测试，接种菌液浓度(CFU/ml)1.6×10⁵，培养时间18h,菌浓度测定-平板计数法。

Claims

1.一种功能性复合纤维，其特征在于所述功能性复合纤维中含有：二氧化硅15～45wt%，壳聚糖季铵盐0.5～10wt%。

2.如权利要求1所述的功能性复合纤维，其特征在于：所述壳聚糖季铵盐为羟丙基烷基氯化铵壳聚糖，所述壳聚糖季铵盐的取代度≥80%。

3.如权利要求2所述的功能性复合纤维，其特征在于：所述壳聚糖季铵盐包括羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、羟丙基烷基二甲基氯化铵壳聚糖中的至少一种。

4.如权利要求3所述的功能性复合纤维，其特征在于：所述壳聚糖季铵盐为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖。

5.一种功能性复合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将壳聚糖季铵盐用去离子水、氢氧化钠配成抗菌溶液，所述抗菌溶液中氢氧化钠的质量浓度为5～15%；

（2）采用纤维素浆粕为原料，经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素，碱纤维素黄化后溶解到二氧化硅的氢氧化钠溶液中，然后再经溶解、脱泡和过滤步骤制得含二氧化硅的纺丝粘胶，所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的固体物含量为9.5～11.5wt%；

（3）将步骤（1）制备得到的抗菌溶液添加到步骤（2）中黄化步骤至纺丝前任一步骤中的含二氧化硅的粘胶溶液中，加入量按壳聚糖季铵盐占含二氧化硅的粘胶溶液中固体物重量的0.5～10%，制得含纤维素、二氧化硅、壳聚糖季铵盐、氢氧化钠的共混粘胶溶液；

6.如权利要求5所述的功能性复合纤维的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅的氢氧化钠溶液包括硅酸钠溶液、偏硅酸钠溶液和二氧化硅的氢氧化钠溶胶中的至少一种。

7.如权利要求5所述的功能性复合纤维的制备方法，其特征在于：所述含二氧化硅的纺丝粘胶中的固体物为二氧化硅与纤维素的混合物，所述混合物中二氧化硅占所述固体物的比例为15～45wt%。

8.如权利要求5所述的功能性复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述经包括浸渍、压榨、粉碎、老成的步骤制得碱纤维素的铜粘为45～65mpa.s，碱纤维素中含甲纤24～30wt%，氢氧化钠13～15wt%；所述含二氧化硅的纺丝粘胶溶液中氢氧化钠6～9wt%，落球粘度40～70s。

9.如权利要求5至8任一项权利要求所述的功能性复合纤维的制备方法，其特征在于：所述凝固浴中含硫酸100～130g/l，硫酸锌和/或硫酸铝15～50g/l，硫酸钠270～350g/l，凝固浴温度40～60℃。

10.如权利要求9所述的功能性复合纤维的制备方法，其特征在于：所述脱硫使用亚硫酸钠脱硫剂，所述亚硫酸钠的浓度为5～15g/l，温度为65～85℃；所述漂白使用次氯酸钠漂白剂，所述次氯酸钠的浓度为0.5～2g/l，温度为25～55℃；所述酸洗使用盐酸洗，所述盐酸的浓度为2～6g/l。