CN105177750B - 一种多功能的聚酯纤维被垫 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能聚酯纤维被垫，是将纳米锗矿石、纳米银、偶联剂、改性润滑剂、分散剂、聚酯切片载体经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，然后将得到的原料母粒与聚酯切片载体混合熔融纺丝得到多功能聚酯纤维，再将多功能聚酯纤维制成聚酯纤维被垫。本发明采用特殊的润滑剂将纳米锗矿石、纳米银均匀掺杂在聚酯切片内，得到的功能复合纤维，并以其为材料制造具有抗菌、抑菌、保健、促进新陈代谢、提高人体免疫力、防老化的多功能被垫。
Description
技术领域
本发明属于聚酯纤维领域，特别是涉及一种将纳米锗矿石、纳米银及聚酯纤维复合得到的多功能聚酯纤维的制备方法，及其由所得的聚酯纤维制备多功能聚酯纤维被垫的生产工艺。
背景技术
聚酯纤维(polyester fiber)由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维，是目前合成纤维的第一大品种。聚酯纤维常用于化纤服装面料、制瓶塑料以及道路沥青的补强增韧等方面，其具有较高的强度与弹性恢复能力、耐各种化学品性能良好、在40～250℃的温度内不发生脆化和变形等优点，但是其仍然存在含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易沾污等缺点。为了改善这些缺陷，目前已经有多种成熟的方法对聚酯纤维进行改性，例如为了提高纤维的吸湿率，向其中添加有亲水基团的单体或低聚体聚乙二醇等进行共聚；为了提高纤维的抗静电和抗沾污性能，向其中添加具有抗静电性能的单体进行共聚；为了提高抗起球性能，采用较低聚合度的聚酯纺丝等。中国专利CN102162151 B中公开了一种共聚改性的聚酯纤维，其以带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇为第三单体共聚而成，可以得到具有良好收缩性、良好染色性能的聚酯纤维。中国专利CN 101984154 A中公开了一种拒水聚酯纤维的制备方法，其将拨水剂、架桥剂等直接加入纺丝油剂中，直接纺丝制备拒水聚酯纤维，可以实现聚酯纤维连续、高效、无污染的拒水整理。
此外，以聚酯纤维为材料所得到的被垫，与其它材料生产的被垫相比具有不易受潮、不易变质、基本无异昧、不易霉变、软硬适中、弹性好、耐用使用寿命长等特点。但是为了进一步给聚酯纤维被垫赋予更多的功能，例如保健、抗菌等性能，需要对现有的聚酯纤维进行进一步地改性以实现这些功能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明公开了一种由纳米锗矿石、纳米银与聚酯纤维复合得到的功能复合纤维，并以其为材料制造具有抗菌、保健、防老化作用的多功能聚酯纤维被垫。
本发明的技术方案包括聚酯纤维原料母粒和聚酯纤维的制备方法，以及利用聚酯纤维制得的多功能聚酯被垫。
聚酯纤维原料母粒的制备方法是：将初级原料经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，所述原料母粒是由下述重量配比的初级原料制成：纳米锗矿石5～10、纳米银5～10、偶联剂1～3、润滑剂1～3、分散剂1～3、聚酯切片载体71～87；
其中：所述纳米锗矿石的粒径为75～150nm；所述纳米银为粒径为50～100nm的纳米银胶粒；所述润滑剂为八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油的混合物，当八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油的重量比为(0.1～1)∶100时效果更好；所述聚酯切片载体为有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯材料；所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯中的一种或多种；所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵。
本发明技术方案的第二个目的是介绍聚酯纤维制备方法，该方法包括：
(1)将制得的原料母粒与聚酯切片载体按1∶(5～35)的重量份配比，进行清洗、混合、剪碎、干燥；
(2)将步骤(1)中干燥后的原料放入螺杆挤压机里进行挤压、熔融，形成可纺丝的熔体，其中：螺杆挤压机中一区至六区的温度分别为：一区298±1℃、二区294±1℃、三区290±1℃、四区286±1℃、五区284±1℃、六区282±1℃。将制备好的熔体先经过法兰区，法兰区的温度控制在270±1℃，再经过滤器进行过滤，过滤过程中的温度控制在276±1℃，过滤采用两层过滤网过滤，两层过滤网的网孔分别为80目和50目，过滤后的熔体经过弯管进入保温箱体中，弯管的温度控制在278±1℃，保温箱体的温度控制在262±1℃；
(3)保温箱内的熔体经计量泵计量后从喷丝板中喷出，计量泵的转速为20～40r/min；
(4)采用环吹风急骤冷却的方式对熔体进行冷却，风压控制在620～720Pa，风温控制在18～22℃；
(5)将冷却后的熔体进行牵引，牵引的速度为900～1000m/min，同时进行纺丝、落筒、集束、牵伸、卷曲、于100～120℃之间进行热定型、干燥、切断即得成品多功能聚酯纤维。
本发明最终目的是将得到的多功能聚酯纤维制成一种聚酯纤维被垫，所述被垫是由垫芯层、行缝线、表面定型胶层和面料层组成的，将所得含有纳米锗、纳米银的聚酯纤维做成垫芯层和行缝线，垫芯层作为里层，行缝线从横向和纵向两个方向行缝在垫芯层的外表面；所述表面定型胶层黏在聚酯纤维层和聚酯纤维行缝线的外表面；所述面料层为无纺布面料层，包裹在最外面，为外层。
其中，八异丁基笼状倍半硅氧烷的分子式为C32H72O12Si8，CAS号为221326-46-1，密度0.63g/mL，溶解温度263℃，易溶于低极性有机溶剂如四氢呋喃、二氯甲烷、己烷中，在乙腈、丙酮、甲醇等强极性溶剂中溶解度较差，是一种形状类似于球形的有机无机杂化分子，不仅与聚酯纤维、聚酯切片载体、纳米锗矿石及纳米银无机填料具有较好的相容性，而且其分子具有非常好的润滑性。因此，通过添加微量的八异丁基笼状倍半硅氧烷，可以辅助增强分散剂对无机纳米填料的分散作用，从而使硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯等偶联剂更有效、更充分地在聚酯纤维本体与纳米锗矿石、纳米银的有机-无机界面形成键合，促进界面融合，从而增强无机填料在聚酯纤维本体中的分散性和稳定性。另外，在经过聚酯纤维原料母粒、聚酯纤维以及多功能聚酯纤维被垫的多道生产工序后，八异丁基笼状倍半硅氧烷仍可留存于聚酯纤维体中继续发挥作用，从而使本法生产得到的被垫表面更加柔软光滑，能够带来更好的使用体验。
由于纳米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；银离子与细菌体中的蛋白酶具有很高的亲和性，能够迅速与其结合在一起，使蛋白酶丧失洁性，致使细菌死亡。当细菌死亡后，银离子又由细菌尸体中游离出来，基本无消耗并且可以再与其它菌体接触，周而复始的进行上述过程，从而保证了持久的抗菌、抑菌能力。纳米锗矿石中含有人体所需的硒、锌、镍、钴、锰、镁、钙等30多种对人体有益的微量元素，这些元素散发的启动波和人体细胞的启动波是同一种波动状态，人体细胞会随着从锗矿石中散发出的波动产生共鸣和共振，从而使人体细胞变得更具活力。此外，纳米锗矿石还能促进血液循环、增强新陈代谢，促进体内的废物排出。此外，其可入药，具有凉血止血、降逆止口区、降火平肝的功效，还可治疗高血压引起的头晕、目眩、耳鸣等。但直接服用纳米锗矿石并不可行，因而普遍选择将其作为功能添加剂，添加于纤维面料中，通过皮肤的微弱作用而促进人体新陈代谢。因此，本发明添加了这两种无机纳米功能粒子，从而使本发明所述聚酯纤维被垫具有抗菌、抑菌、促进新陈代谢、提高人体免疫力等功能。
附图说明
图1为本发明实施例1制得聚酯纤维的SEM图。
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。
纳米银，购自北京德科岛金科技有限公司；
纳米锗矿石，购自石家庄金健石纳米科技有限公司；
八异丁基笼状倍半硅氧烷，购自美国Hybrid Plastics公司，产品号MS0825。
为了验证本发明的杀菌抑菌功效，在实验过程中随机选取每批次生产的多功能聚酯纤维中的一束，将其分别浸入花生油中放置一天后接着在空气自然流通的环境下自然放置七天，其中空气的温度和湿度分别为30℃和80％。然后，随机在每束多功能聚酯纤维上截取十段长为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24小时然后检测菌落总数，并进行统计。
实施例1
(1)将粒径为150nm的纳米锗矿石、粒径为100nm纳米银胶粒、铝酸酯、润滑剂、十六烷基三甲基溴化铵、有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯切片载体按5∶5∶1∶1∶1∶87的重量份混合后，进行经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，其中，润滑剂是由八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油按1∶100的重量比混合而成；
(2)将母粒与聚酯切片载体按1∶10重量份进行进行配比，然后进行清洗、混合、剪碎、干燥；
(3)将干燥后的原料放入螺杆挤压机里熔融形成熔体并采用螺杆进行挤压，螺杆挤压机中一区至六区的温度分别为：一区299℃、二区295℃、三区291℃、四区287℃、五区285℃、六区283℃，将制备好的熔体经过法兰区，法兰区的温度控制在271℃，再经过滤器进行过滤，过滤过程中控制温度为277℃，过滤采用两层过滤网过滤，两层过滤网的网孔分别为80目和50目，过滤后的熔体经过弯管进入保温箱体中，弯管的温度控制在279℃，保温箱体的温度控制在263℃；
(4)保温箱内的熔体通过计量泵计量，计量泵的转速为40r/min，经计量后的熔体从喷丝板中喷出；
(5)采用环吹风急骤冷却的方式对熔体进行冷却，风压控制在720Pa，风温控制在22℃；
(6)将冷却后的熔体进行牵引，牵引的速度为1000m/min，同时进行纺丝、落筒、集束、牵伸、卷曲、于120℃进行热定型、干燥、切断即得成品多功能聚酯纤维；
(7)将得到的聚酯纤维制成多功能聚酯纤维被垫，其断裂强度为6.48cN/dtex、断裂伸长率为18.1％、菌落数为20.5cfu/cm2。
实施例2
(1)将粒径为75nm的纳米锗矿石、粒径为50nm纳米银胶粒、钛酸酯、润滑剂、十六烷基三甲基溴化铵、有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯切片载体按8∶8∶2∶2∶2∶78的重量份混合后，进行经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，其中，润滑剂是由八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油按0.1∶100的重量比混合而成；
(2)将母粒与聚酯切片载体按1∶35重量份进行进行配比，然后进行清洗、混合、剪碎、干燥；
(3)将干燥后的原料放入螺杆挤压机里熔融形成熔体并采用螺杆进行挤压，螺杆挤压机中一区至六区的温度分别为：一区298℃、二区294℃、三区290℃、四区286℃、五区284℃、六区282℃，将制备好的熔体经过法兰区，法兰区的温度控制在270℃，再经过滤器进行过滤，过滤过程中控制温度为276℃，过滤采用两层过滤网过滤，两层过滤网的网孔分别为80目和50目，过滤后的熔体经过弯管进入保温箱体中，弯管的温度控制在278℃，保温箱体的温度控制在262℃；
(4)保温箱内的熔体通过计量泵计量，计量泵的转速为30r/min，经计量后的熔体从喷丝板中喷出；
(5)采用环吹风急骤冷却的方式对熔体进行冷却，风压控制在670Pa，风温控制在20℃；
(6)将冷却后的熔体进行牵引，牵引的速度为900m/min，同时进行纺丝、落筒、集束、牵伸、卷曲、于110℃进行热定型、干燥、切断即得成品多功能聚酯纤维；
(7)将得到的聚酯纤维制成多功能聚酯纤维被垫，其断裂强度为6.72cN/dtex、断裂伸长率为17.6％、菌落数为15.2cfu/cm2。
实施例3
(1)将粒径为105nm的纳米锗矿石、粒径为80nm纳米银胶粒、硅烷偶联剂、润滑剂、十六烷基三甲基溴化铵、有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯切片载体按10∶10∶3∶3∶3∶71的重量份混合后，进行经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，其中，润滑剂是由八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油按0.6∶100的重量比混合得到的；
(2)将母粒与聚酯切片按1∶5重量份进行配比，然后进行清洗、混合、剪碎、干燥；
(3)将干燥后的原料放入螺杆挤压机里熔融形成熔体并采用螺杆进行挤压，螺杆挤压机中一区至六区的温度分别为：一区297℃、二区293℃、三区289℃、四区285℃、五区283℃、六区281℃，将制备好的熔体经过法兰区，法兰区的温度控制在269℃，再经过滤器进行过滤，过滤过程中控制温度为275℃，过滤采用两层过滤网过滤，两层过滤网的网孔分别为80目和50目，过滤后的熔体经过弯管进入保温箱体中，弯管的温度控制在277℃，保温箱体的温度控制在261℃；
(4)保温箱内的熔体通过计量泵计量，计量泵的转速为20r/min，经计量后的熔体从喷丝板中喷出；
(5)采用环吹风急骤冷却的方式对熔体进行冷却，风压控制在620Pa，风温控制在18℃；
(6)将冷却后的熔体进行牵引，牵引的速度为950m/min，同时进行纺丝、落筒、集束、牵伸、卷曲、于100℃进行热定型、干燥、切断即得成品多功能聚酯纤维；
(7)将得到的聚酯纤维制成多功能聚酯纤维被垫，其断裂强度为6.91cN/dtex、断裂伸长率为17.1％、菌落数为10.9cfu/cm2。
Claims (4)
1.一种利用聚酯纤维原料母粒制备聚酯纤维的方法，是通过如下步骤实现的：
(1)聚酯纤维原料母粒的制备，是将初级原料经熔融挤出、切粒、干燥得到原料母粒，其特征在于：所述原料母粒是由下述重量配比的初级原料制成的：纳米锗矿石5～10、纳米银5～10、偶联剂1～3、润滑剂1～3、十六烷基三甲基溴化铵1～3、聚酯切片载体71～87；
其中：所述纳米锗矿石的粒径为75～150nm，所述纳米银为粒径为50～100nm的纳米银胶粒，所述润滑剂是由八异丁基笼状倍半硅氧烷和白油混合而成的，所述聚酯切片载体为有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯材料；
(2)将上述原料母粒与聚酯切片载体按1∶(5～35)的重量份配比，进行清洗、混合、剪碎、干燥；
(3)将步骤(2)中干燥后的原料放入螺杆挤压机里进行挤压、熔融，形成可纺丝的熔体，其中：螺杆挤压机中一区至六区的温度分别为：一区298±1℃、二区294±1℃、三区290±1℃、四区286±1℃、五区284±1℃、六区282±1℃，将制备好的熔体先经过法兰区，法兰区的温度控制在270±1℃，再经过滤器进行过滤，过滤过程中的温度控制在276±1℃，过滤后的熔体经过弯管进入保温箱体中，弯管的温度控制在278±1℃，保温箱体的温度控制在262±1℃；
(4)保温箱内的熔体经计量泵计量后从喷丝板中喷出，计量泵的转速为20～40r/min；
(5)采用环吹风急骤冷却的方式对熔体进行冷却，风压控制在620～720Pa，风温控制在18～22℃；
(6)将冷却后的熔体进行牵引，牵引的速度为900～1000m/min，同时进行纺丝、落筒、集束、牵伸、卷曲、于100～120℃之间进行热定型、干燥、切断得成品聚酯纤维。
2.如权利要求1所述的利用聚酯纤维原料母粒制备聚酯纤维的方法，其特征在于：所述润滑剂中八异丁基笼状倍半硅氧烷与白油的重量比为(0.1～1)∶100。
3.如权利要求2所述的利用聚酯纤维原料母粒制备聚酯纤维的方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯、钛酸酯中的一种或多种。
4.一种聚酯纤维被垫，其特征在于：所述被垫是由垫芯层、行缝线、表面定型胶层和面料层组成的，所述垫芯层和行缝线是由权利要求1-3中任一所得的聚酯纤维加工而成的，垫芯层作为里层，行缝线从横向和纵向两个方向行缝在垫芯层的外表面；所述表面定型胶层黏在聚酯纤维层和聚酯纤维行缝线的外表面；所述面料层为无纺布面料层，包裹在最外面，为外层。
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