CN105177747A - 一种抗菌粘胶纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用纳米银胶体溶液为添加剂制备抗菌粘胶纤维的方法，所述方法包括混粕、制胶、纺丝、集束、切断、精炼、烘干、打包步骤，添加剂纳米银胶体溶液是将磨盘草提取物溶液与硝酸银按比例混合后经孵化而成的，应用该方法所生产的粘胶纤维具有较强的抑菌、杀菌、防紫外线功效，并且抗菌效果持久，对人体无任何毒副作用。

Description

一种抗菌粘胶纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于抗菌纤维领域，特别是涉及一种利用生物活性物质制备的纳米银胶溶液及纤维素浆粕复合生产抗菌纤维的方法。

背景技术

目前，合成纤维以其低廉的生产成本、广泛的原料来源等优势占据了服装、卫生材料、家居用品等市场的很大份额。通过对其进行改性以附加新的功能，不断具有新型功能合成纤维被设计和合成出来。例如市面上常见的抗菌纤维多为合成纤维，以有机抗菌剂为功能添加组分，一般经过熔融纺丝得到复合纤维。虽然这些纤维成本低廉，并具有一定的抗菌效果，与此同时其也存在一些尚未克服的缺陷，如吸湿性和抗静电性较差、耐高温腐蚀和耐化学腐蚀性较弱、多次洗涤后抗菌效果显著降低、容易对过敏群体造成伤害。同时，无机抗菌剂与纤维织物的相容性较差，并且大部分无机抗菌剂所含有的重金属离子对人体的毒副作用较大。

粘胶纤维作为一种主要的人造纤维，在12种主要的纺织用纤维中，其含湿率最符合人体皮肤的生理要求，而且质感光滑凉爽、透气性好、抗静电性强、染色丰富绚丽。粘胶纤维以天然纤维素为原料，经碱化而成碱性纤维素，再与二硫化碳作用生成纤维素黄原酸酯，溶解于稀碱液内得到的粘稠溶液称粘胶，粘胶经湿法纺丝和一系列处理工序后即成粘胶纤维。对于这种人造纤维的功能改性也非常常见，如中国专利CN102011205B中提到的一种锗粘胶纤维，其将麻浆粕和纳米锗矿石浆料进行共混后得到混合浆料，再进行湿法纺丝得到含锗的功能保健纤维。此外，中国专利CN1936124B中提到的一种含银抗菌粘胶纤维，其利用纳米银为添加剂，在制胶过程或者纺丝过程中进行添加，以得到一种不仅具有粘胶纤维特性，还具有较强的抑菌、杀菌、防紫外线功效的复合纤维料。上述已有的发明都得到了具有抗菌效果的无毒害粘胶纤维，但在其生产制备过程中，不可避免地使用了大量有机胺作为表面活性剂和稳定剂，这不仅使得生产过程并不环保，而且产生的废水容易导致水体的富营养化，此外，用到的有机胺稳定剂会对人体产生一定的伤害。因此，如何在制备抗菌纤维过程中避免使用有毒的抗菌剂或者有毒副作用的有机分散剂或表面活性剂对提高抗菌纤维的安全性具有重要意义。

发明内容

为了克服现有抗菌纤维存在的不足，本发明公开了一种磨盘草提取物辅助制备并分散稳定的纳米银胶体溶液，以及直接将其应用于一种纳米抗菌粘胶纤维的制备方法，使所生产的粘胶纤维具有较强的抑菌、杀菌、防紫外线功效，并且抗菌效果持久，对人体无任何毒副作用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种抗菌粘胶纤维的制备方法，包括混粕、制胶、纺丝、集束、切断、精炼、烘干、打包步骤，关键步骤为在制胶过程中，向其中添加纳米银胶体溶液，其中纳米银的颗粒大小为40nm～100nm，所述纳米银胶体溶液是由磨盘草提取物、硝酸银和水经混合、孵化得到的。

其中，制备粘胶纤维主体的原料为：天然纤维素，如棉、木棉、剑麻、蕉麻、苎麻、亚麻、大麻、黄麻等植物纤维，或者绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛以及蚕丝等动物纤维，简称为混粕。

一种较好地制备所述纳米银胶体溶液的方法是：将质量百分比浓度为1％的磨盘草提取物溶液与质量百分比浓度为1％的硝酸银溶液按(1～2)∶(10～18)的体积比混合，在室温条件下孵化6h～12h后可得到天然活性物质-磨盘草提取物即磨盘草粉末辅助制备并分散稳定的纳米银胶体溶液。

银具有较高的催化能力，高氧化态银的还原电势极高，足以使周围空间产生原子氧，原子氧具有强氧化性可以灭菌，银离子可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基，迅速与其结合在一起，使蛋白酶丧失活性，致使细菌死亡，当细菌被银离子杀灭后，银离子又由细菌尸体中游离出来，再与其它菌落接触，周而复始的进行上述过程，这也是为什么银系抗菌剂被认为是最为低毒有效的抗菌剂的原因。但目前制备银纳米粒子的常见方法为化学还原法，一般化学还原法采用硼氢化钠，甚至更强的氢化钠等还原剂还原银离子，并使用长烷基链的有机胺或者硫醇作为稳定剂和分散剂将所制备的银纳米粒子分散在水溶液中，这种方法对银纳米粒子的粒径控制较差，并且生产过程中对环境的污染比较大，危险性也比较高。磨盘草提取液中所含有的植物成分，如多元酚、生物碱、黄酮、脂肪酸、蛋白质等也可以作为制备银纳米粒子的还原剂、稳定剂、分散剂。

在本发明制胶制备中，其工艺条件对于本领域普通技术人员来说可以通过常规的技术手段获得，黄化前浸渍、压榨、粉碎、老成是不可缺少的工艺步骤，这些对于本领域普通技术人员来说也是公知的；黄化后对粘胶进行溶解、混合、过滤、脱泡，这对于本领域普通技术人员是公知的，当然这些工序的顺序根据需要也是可以调整，也可以适当增加或减少某些工序，这些改变也应包括在本发明的范围内。

如：所述制胶可以是将混粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、加入纳米银胶体溶液混合、过滤、脱泡后得到粘胶；也可以在脱泡后混合，即：将混粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、过滤、脱泡、加入纳米银胶体溶液混合后制成粘胶。

简单列举一些制胶工艺步骤中优选的工艺参数，如下所述：

浸渍工艺条件为：碱浓度200g/L～220g/L，温度40℃～60℃，时间30min～60min；

压榨后碱纤指标为：甲纤含量24％～30％，总碱含量12％～16％；

老成工艺条件为：温度20℃～60℃，时间40min～100min；

黄化采用湿法黄化，其工艺条件为：时间70min～110min，二硫化碳加入量以甲纤量计为25％～42％，温度20℃～40℃；

在加入纳米银胶体溶液混合工序中，纳米银胶体溶液的加入量以甲纤量计为3‰～8‰。

为了提高粘胶纤维的性能，需要对工艺条件进行优化，如：加入纳米银胶体溶液抗菌剂后纺丝粘胶指标在：甲纤8.5％～10.5％、总碱4.5％～6.5％、粘度25Pa·s～50Pa·s、秒熟成度以10％氯化铵值计为7mL～13mL；纺丝时采用的酸浴条件为硫酸90g/L～120g/L，硫酸纳280g/L～350g/L，硫酸锌8.5g/L～22g/L，温度40℃～65℃，喷丝孔径根据纤维纤度调整，浸长控制在400mm～500mm；集束时，塑化浴温度95℃～98℃，含酸量10g/L～25g/L，牵伸1.9～2.1倍；精炼时，①水洗，一次水洗温度为常温、二次水洗温度为40℃～60℃、三次水洗温度为40℃～60℃；②脱硫，温度60℃～80℃、浓度2g/L～20g/L；③漂白，温度15℃～40℃、浓度0.03g/L～0.45g/L；④酸洗，温度20℃～50℃、浓度0.8g/L～6g/L；⑤油浴温度为常温、油剂浓度3g/L～10g/L；⑥精炼时间为10min～15min；烘干时，采用三段烘干工艺，前区温度为70℃～100℃，中区温度为100℃～120℃，后区温度为60℃～70℃，时间10min～20min。

利用上述任一实施方式的抗菌粘胶纤维的制备方法制备的抗菌粘纤维不仅具有粘胶纤维特性，还具有较强的抑菌、杀菌、防紫外线功效，最重要的是环保、对人体完全无害、效果持久。

使用生物活性物质进行纳米粒子的制备是绿色生产的一个有效手段，生物活性物质是绝对的纯天然，对有机胺过敏的人群可以放心使用。因此直接在生产过程中应用生物活性物质不仅在环保上有重要意义，在产品安全上也有着重要的影响。

本发明所述的抗菌粘胶纤维，采用纯天然的生物活性物质，尤其是磨盘草中所含大量的多元酚缩合单宁酸等辅助制备并分散稳定银纳米粒子，不采用化学还原过程，也无需有机胺作为稳定剂以及分散剂，生产过程更加环保友好，而且对人体不容易造成伤害，对其过敏的人群容易识别，可以有效地防范；生产工艺简单，只需在粘胶纤维的制胶过程中添加本发明制备的纳米银胶体溶液混合均匀后进行纺丝即可。

附图说明

图1为磨盘草提取物合成的银纳米粒子的扫描电镜照片。

图2为由扫描电镜照片统计的银纳米粒子尺寸分布。

图3为磨盘草提取物合成的银纳米粒子放置六个月后的扫描电镜照片。

图4为六个月后的扫描电镜照片统计的银纳米粒子的尺寸分布。

由图1和图2中可以看出：本法制备的银纳米粒子尺寸较为均一，大致分布在40～100nm之间。这样尺寸均一，并且分布大致在100nm以下的银纳米粒子，保证了其在粘胶纤维上良好的附着性，以及其较高的自由基捕捉活性、抗菌活性甚至抗癌活性；并且将通过本法制备的银纳米粒子分散液长期放置，六个月后，其尺寸分布仍然在40nm～100nm区间，只是中间值在50nm左右的银纳米粒子数目减少，而中间值在70nm左右的银纳米粒子数目增多。说明本法制备的银纳米粒子具有较高的稳定性，在Ostwald熟化效应下，仍可以保证具有较小的尺寸和较高的活性。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的及优点更加清晰易懂，现结合实施例对本发明做进一步解释说明，应当指出的是，在此列出的所有实施例仅仅是说明性的，并不意味着对本发明范围进行限定。

本发明实施例中的磨盘草粉末，购自河北安国市天草药业有限公司；硝酸银、硫酸、硫酸、硫酸锌等化学原料均购自天津市化学试剂供销公司。

为了验证本发明的杀菌抑菌功效，随机选取每批次生产的纳米抗菌粘胶纤维一束，将其分别浸入花生油中放置一天后，放置于30℃，空气湿度80％，空气自然流通的环境下，自然放置七天，然后随机在每束纳米抗菌粘胶纤维上截取十段长0.5cm直径为1mm的纤维束，以牛肉膏琼脂培养基为培养基进行菌落培养，在37℃环境下放置24h然后检测菌落总数，并进行统计。

实施例1

纳米银胶体溶液是将质量百分比浓度为1％的磨盘草提取物溶液与质量百分比浓度为1％的硝酸银溶液按1∶10的体积比混合后，在室温条件下孵化9h得到的。

制胶过程中

(1)浸渍：浸渍温度45℃，碱液浓度200g/L，浸渍时间45min。

(2)压榨：甲纤含量26％，氢氧化钠含量13％。

(3)老成：温度55℃，老成时间60min。

(4)黄化：二硫化碳用量32％，温度32℃，时间100min。

(5)纳米银颗粒添加量：6‰。(以甲纤量为基准)。

抗菌粘胶纤维的制备过程中

(1)纺丝：酸浴组成：硫酸100g/L硫酸钠330g/L硫酸锌10.5g/L温度51℃。

(2)集束：塑化浴温度96℃，含酸量15g/L，牵伸2.0倍。

(3)精炼：

①水洗：一次水洗温度为常温、二次水洗温度为50℃、三次水洗温度为50℃；

②脱硫：温度70℃、浓度10g/L；

③漂白：温度30℃、浓度0.25g/L；

④酸洗：温度35℃、浓度3.2g/L；

⑤油浴温度为常温、油剂浓度7g/L；

⑥精炼时间：12min。

(4)烘干：采用三段烘干工艺，前区温度为85℃，中区温度为110℃，后区温度为65℃，时间15min。

干断裂强度：2.32CN/dtex；湿断裂强度：1.42CN/dtex。

干断裂伸长率：23.1％；干强变异系数：12.12％。

回潮率：12.88％。

菌落数：10.7cfu/cm²。

实施例2

纳米银胶体溶液是将质量百分比浓度为1％的磨盘草提取物溶液与质量百分比浓度为1％的硝酸银溶液按1∶18的体积比混合后，在室温条件下孵化12h得到的。

制胶过程中

(1)浸渍：浸渍温度60℃，碱液浓度220g/L，浸渍时间60min。

(2)压榨：甲纤含量30％，氢氧化钠含量16％。

(3)老成：温度60℃，老成时间100min。

(4)黄化：二硫化碳用量42％，，温度40℃，时间110min。

(5)纳米银颗粒添加量：8‰。(以甲纤量为基准)。

抗菌粘胶纤维的制备过程中

(1)纺丝：酸浴组成：硫酸120g/L硫酸钠350g/L硫酸锌22g/L温度65℃。

(2)集束：塑化浴温度98℃，含酸量25g/L，牵伸2.1倍。

(3)精炼：

①水洗：一次水洗温度为常温、二次水洗温度为60℃、三次水洗温度为40℃；

②脱硫：温度80℃、浓度20g/L；

③漂白：温度40℃、浓度0.45g/L；

④酸洗：温度50℃、浓度6g/L；

⑤油浴温度为常温、油剂浓度10g/L；

⑥精炼时间：15min。

(4)烘干：采用三段烘干工艺，前区温度为100℃，中区温度为120℃，后区温度为70℃，时间20min。

干断裂强度：2.12CN/dtex；湿断裂强度：1.35CN/dtex。

干断裂伸长率：22.8％；干强变异系数：11.95％。

回潮率：12.21％。

菌落数：15.2cfu/cm²。

实施例3

纳米银胶体溶液是将质量百分比浓度为1％的磨盘草提取物溶液与质量百分比浓度为1％的硝酸银溶液按1∶5的体积比混合后，在室温条件下孵化6h得到的。

制胶过程中

(1)浸渍：浸渍温度40℃，碱液浓度200g/L，浸渍时间30min。

(2)压榨：甲纤含量24％，氢氧化钠含量12％。

(3)老成：温度20℃，老成时间40min。

(4)黄化：二硫化碳用量25％，，温度20℃，时间70min

(5)纳米银颗粒添加量：3‰。(以甲纤量为基准)。

抗菌粘胶纤维的制备过程中

(1)纺丝：酸浴组成：硫酸90g/L硫酸钠280g/L硫酸锌8.5g/L温度40℃。

(2)集束：塑化浴温度95℃，含酸量10g/L，牵伸1.9倍。

(3)精炼：

①水洗：一次水洗温度为常温、二次水洗温度为40℃、三次水洗温度为60℃；

②脱硫：温度60℃、浓度2g/L；

③漂白：温度15℃、浓度0.03g/L；

④酸洗：温度20℃、浓度0.8g/L；

⑤油浴温度为常温、油剂浓度3g/L；

⑥精炼时间：10min。

(4)烘干：采用三段烘干工艺，前区温度为70℃，中区温度为100℃，后区温度为60℃，时间10min。

干断裂强度：2.20CN/dtex；湿断裂强度：1.41CN/dtex。

干断裂伸长率：23.1％；干强变异系数：12.02％。

回潮率：12.43％。

菌落数：20.1cfu/cm²。

Claims (10)

1.一种抗菌粘胶纤维的制备方法，包括混粕、制胶、纺丝、集束、切断、精炼、烘干、打包步骤，其特征在于：在制胶过程中，向其中添加纳米银胶体溶液，其中纳米银的颗粒大小为40～100纳米；

所述纳米银胶体溶液是由磨盘草提取物、硝酸银和水混合、孵化得到的。

2.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述纳米银胶体溶液是将质量百分比浓度为1％的磨盘草提取物溶液与质量百分比浓度为1％的硝酸银溶液按(1～2)∶(10～18)的体积比混合后，在室温条件下孵化6h～12h得到的。

3.如权利要求2所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：所述制胶是将混粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、加入纳米银胶体溶液混合、过滤、脱泡后得到粘胶；

或者，所述制胶是将混粕经浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、过滤、脱泡、加入纳米银胶体溶液混合后制成粘胶。

4.如权利要求3所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：

浸渍工艺条件为：碱浓度200g/L～220g/L，温度40℃～60℃，时间30min～60min；

压榨后碱纤指标为：甲纤含量24％～30％，总碱含量12％～16％；

老成工艺条件为：温度20℃～60℃，时间40min～100min；

黄化采用湿法黄化，其工艺条件为：时间70min～110min，二硫化碳加入量以甲纤量计为25％～42％，温度20℃～40℃；

在加入纳米银胶体溶液混合工序中，纳米银胶体溶液的加入量以甲纤量计为3‰～8‰。

5.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：加入纳米银胶体溶液抗菌剂后纺丝粘胶指标如下：甲纤8.5％～10.5％、总碱4.5％～6.5％、粘度25Pa·s～50Pa·s、秒熟成度以10％氯化铵值计为7mL～13mL。

6.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：纺丝时采用如下酸浴条件：硫酸90g/L～120g/L，硫酸纳280g/L～350g/L，硫酸锌8.5g/L～22g/L，温度40℃～65℃。

7.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：集束时，塑化浴温度95℃～98℃，含酸量10g/L～25g/L，牵伸1.9～2.1倍。

8.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：采用如下精炼条件：①水洗，一次水洗温度为常温、二次水洗温度为40℃～60℃、三次水洗温度为40℃～60℃；②脱硫，温度60℃～80℃、浓度2g/L～20g/L；③漂白，温度15℃～40℃、浓度0.03～0.45g/L；④酸洗，温度20℃～50℃、浓度0.8g/L～6g/L；⑤油浴温度为常温、油剂浓度3g/L～10g/L；⑥精炼时间为10min～15min。

9.如权利要求1所述的抗菌粘胶纤维的制备方法，其特征在于：烘干时，采用三段烘干工艺，前区温度为70℃～100℃，中区温度为100℃～120℃，后区温度为60℃～70℃，时间10min～20min。

10.一种由权利要求1～9中任一所述的抗菌粘胶纤维的制备方法制备的抗菌粘纤维。