CN105926081A - 一种金属改性纤维新材料及其制备方法 - Google Patents

一种金属改性纤维新材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属改性纤维新材料及其制备方法，金属铜改性纤维的制备包括铜粒子改性、制备母粒、制备纺丝原料和熔融喷丝步骤。本发明提供的金属铜改性纤维抑菌效果好，克服了现有技术中将纳米金属与有机高分子掺杂共混导致纳米颗粒具有的表面效应不能得到有效发挥的缺陷，这可能与制备方法中分散剂滑石粉与海藻酸钠的添加量有关，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。

Description

一种金属改性纤维新材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料领域，具体涉及一种金属改性纤维新材料及其制备方法。
背景技术
对于自然界中的微生物而言，人类的皮肤是一种很好的营养基。一般情况下，人们皮肤上的一些常驻菌起着保护皮肤免受病菌危害的作用，然而一旦微生物中的菌群失调，它们中少量病菌就会大量繁殖，并通过皮肤、呼吸道、消化道以及生殖道粘膜对人体造成危害。纺织品在人体穿着的过程中，会产生很多汗液、皮脂、以及其他各种人体分泌物，同时也会被环境中的污物所玷污，在病菌的繁殖和传递过程中成为一个重要的媒体，所以人们需要能抵抗细菌的纺织品来满足健康的要求。各种各样的纺织品是微生物的良好生存之地，也是疾病的重要传播源。抗菌纤维可以大大地提高纺织品的附加价值，开发具有抗菌功能的纺织品也是重要发展方向之一。
纳米金属/有机复合材料由于具有特异的光、电、磁、热、力学、催化等性能而被广泛应用于化工、生物、医药、航空航天等领域。而以纤维为载体的纳米金属/纤维复合材料更是人们研究的焦点，它们的制备方法有很多，主要通过两种途径：第一种，将纤维浸没于制备好的纳米金属溶胶中，通过物理吸附作用，制备出纳米金属/纤维复合材料，这种方法制成的纳米金属复合纤维，金属颗粒黏附于纤维表面，金属与纤维之间以物理作用力为主，作用力小，极大地影响着材料的使用寿命；第二种，将纳米金属与有机高分子掺杂共混，然后喷丝，形成纳米金属纤维复合材料，这种方式制成的纳米金属复合纤维，大部分纳米金属被包埋于纤维内部，纳米颗粒具有的表面效应不能得到有效地发挥，活性颗粒利用率小。
在现代大量的科学实验和知识积累过程中，科学家们发现了铜代谢与人体皮肤的红润、弹性和细腻程度均息息相关。铜和铁都是造血的重要原料。铜还是组成人体中一些金属酶的成分骨髓组织胶原合成以及皮肤、毛发色素代谢等生理过程都离不开铜。铜和锌都与蛋白质、核酸的代谢有关，能使皮肤细腻、头发黑亮，使人焕发青春，保持健美。人体缺铜可引起皮肤干燥、粗糙、头发干枯，面色苍白，生殖功能衰弱，抵抗力降低等。更为重要的是，铜具有优异的抗菌杀菌效果。
发明内容
为了克服现有技术中将纳米金属与有机高分子掺杂共混制备方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种性能优异、抑菌效果出色的金属铜改性纤维，用于提高纺织品的抑菌杀菌效果。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
一种金属铜改性纤维，通过如下步骤制备而成：
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.2～0.5μm的铜粒子，添加到浓度为0.6～1.2g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡30～60min；然后将浸泡后的铜粒子在80～120℃下干燥，得到改性铜粒子；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的20～30wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与20～100倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥12～24h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.4～0.6％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为3～5:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.2～0.4％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度280～300℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
进一步地，步骤S3中滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为4:1。
进一步地，苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.25～1:1。
进一步地，步骤S2中所述高粘度聚酯切片的粘度不低于0.8mPa.s。
本发明的优点：
本发明提供的金属铜改性纤维具有优异的抑菌效果，克服了现有技术中将纳米金属与有机高分子掺杂共混导致纳米颗粒具有的表面效应不能得到有效发挥的缺陷，这可能与金属铜改性纤维制备方法中分散剂滑石粉与海藻酸钠的添加量有关；
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
实施例1：金属铜改性纤维的制备
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.4μm的铜粒子，添加到浓度为0.9g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡45min；然后将浸泡后的铜粒子在100℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.6:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的25wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与60倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥18h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.5％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为4:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.3％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度290℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例2：改性铜纤维的制备
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.2μm的铜粒子，添加到浓度为0.6g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡30min；然后将浸泡后的铜粒子在80℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为1:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的20wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与20倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥12h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.4％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为3:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.2％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度280℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例3：改性铜纤维的制备
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.5μm的铜粒子，添加到浓度为1.2g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡60min；然后将浸泡后的铜粒子在120℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.25:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的30wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与100倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥24h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.6％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为5:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.4％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度300℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例4：金属铜改性纤维的制备
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.4μm的铜粒子，添加到浓度为0.9g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡45min；然后将浸泡后的铜粒子在100℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.6:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的25wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与60倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥18h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.5％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为3:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.3％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度290℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例5：金属铜改性纤维的制备
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.4μm的铜粒子，添加到浓度为0.9g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡45min；然后将浸泡后的铜粒子在100℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.6:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的25wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与60倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥18h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.5％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为5:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.3％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度290℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例6：实施例1对比，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为2:1
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.4μm的铜粒子，添加到浓度为0.9g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡45min；然后将浸泡后的铜粒子在100℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.6:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的25wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与60倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥18h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.5％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为2:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.3％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度290℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例7：实施例1对比，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为6:1
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.4μm的铜粒子，添加到浓度为0.9g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡45min；然后将浸泡后的铜粒子在100℃下干燥，得到改性铜粒子；苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.6:1；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片(粘度为1.0mPa.s)中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的25wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与60倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥18h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.5％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为6:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.3％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度290℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
实施例8：效果实施例，抑菌效果试验
测定实施例1～7制备的金属铜改性纤维的抑菌效果，测定结果如下：
实施例2、3制备的金属铜改性纤维具备与实施例4、5接近的抑菌效果。
上述结果表明，本发明提供的金属铜改性纤维具有优异的抑菌效果，克服了现有技术中将纳米金属与有机高分子掺杂共混导致纳米颗粒具有的表面效应不能得到有效发挥的缺陷，这可能与金属铜改性纤维制备方法中分散剂滑石粉与海藻酸钠的添加量有关，二者重量份之比在3～5:1范围内所制得的金属铜改性纤维的抑菌效果最好。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (4)

1.一种金属铜改性纤维，其特征在于，通过如下步骤制备而成：
步骤S1，铜粒子改性：将金属铜粉碎成中值粒径为0.2～0.5μm的铜粒子，添加到浓度为0.6～1.2g/L的苯并三氮唑溶液中，混合均匀，浸泡30～60min；然后将浸泡后的铜粒子在80～120℃下干燥，得到改性铜粒子；
步骤S2，制备母粒：在高粘度聚酯切片中，加入步骤S1得到的改性铜粒子，所述改性铜粒子的加入量为高粘度聚酯切片的20～30wt％，熔融造粒得到铜改性聚酯母粒；
步骤S3，制备纺丝原料：将步骤S2得到的铜改性聚酯母粒与20～100倍重量份的聚酯切片混合，再加入分散剂和润滑剂搅拌混合均匀，真空状态下干燥12～24h，得到纺丝原料；所述分散剂为滑石粉与海藻酸钠的混合物，分散剂的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.4～0.6％，滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为3～5:1；所述润滑剂为硬脂酸钠，硬脂酸钠的加入量为铜改性聚酯母粒与聚酯切片混合重量的0.2～0.4％；
步骤S4，熔融喷丝：步骤S3制备的纺丝原料进入双螺杆挤出机，熔融温度280～300℃条件下熔融纺丝，制得金属铜改性纤维。
2.根据权利要求1所述的金属铜改性纤维，其特征在于：步骤S3中滑石粉与海藻酸钠的重量份之比为4:1。
3.根据权利要求1所述的金属铜改性纤维，其特征在于：苯并三氮唑溶液中苯并三氮唑的重量与铜粒子的重量之比为0.25～1:1。
4.根据权利要求1所述的金属铜改性纤维，其特征在于：步骤S2中所述高粘度聚酯切片的粘度不低于0.8mPa.s。
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