CN107779973B - 一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法，主要技术特点是在主要由聚丙烯腈、溶剂、抗静电剂、抗菌剂组成的纺丝溶液中加入致孔剂和协同剂。由于致孔剂的存在，使得纤维的吸湿性增强，对纤维的抗静电性能有益；而协同剂的存在，解决了抗静电剂和抗菌剂同聚丙烯腈原液相容性差的问题，使抗静电抗菌性能比单一添加抗静电剂和抗菌剂的性能有较大的提高，且纤维的物理机械性能未受到太大的影响。制备方法是基料聚丙烯腈干粉同抗静电剂、抗菌剂、致孔剂、协同剂及溶剂混合后，在一定溶解温度下加热形成纺丝溶液，再将纺丝溶液在空气中通过熔喷纺丝纺制成腈纶纤维，对得到的纤维进行水洗烘干后，最终得到具有抗静电抗菌双重功能的腈纶纤维。

Description

一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有抗静电及抗菌双重功能的干法腈纶纤维及其制备方法。
背景技术
干法腈纶由于具有特有的犬骨状结构，使得其特性接近于天然羊毛，制成织物弹性好、重量轻，制成品具有保暖、舒适、光泽优雅等优势，但干法腈纶也有很多缺点，由于它的疏水性和绝缘性，导致吸湿性差，易产生静电；抗菌性能差，易滋生细菌等。为改进其缺点，国内外相关专业人员对腈纶的抗静电性及抗菌性进行了大量研究，任亮在《改善腈纶抗静电性能的方法》中介绍了多种改善腈纶抗静电性能的方法，如：纤维表面处理、涂覆导电层、化学改性、共混改性、酶处理及复合纺丝等方法，赵彩霞在《抗菌腈纶性能研究》中对抗菌剂的种类、抗菌剂的抗菌机理、添加抗菌剂后的纤维物理机械性能及抗菌纤维的用途作了详细阐述。但稍有不足的是两作者都是对抗静电或者抗菌单一方面进行了研究，并未把二者有机的结合起来。本发明人在将抗静电剂和抗菌剂加入聚丙烯腈溶解的过程中，发现互相之间相容性较差，抗静电和抗菌性能比单一加抗静电剂或抗菌剂效果下降。因此为得到具有良好的抗静电和抗菌双重功能的腈纶纤维在市场中显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗静电抗菌腈纶纤维及其制备方法，抗静电抗菌性能比单一添加抗静电剂和抗菌剂的性能有较大的提高。
本发明所述的一种抗静电抗菌腈纶纤维，主要技术特点是在主要由聚丙烯腈、溶剂、抗静电剂、抗菌剂组成的纺丝溶液中加入致孔剂和协同剂。
本发明引入了致孔剂和协同剂，很好的解决了抗静电剂和抗菌剂同聚丙烯腈的互容性。其中，由于致孔剂的存在，使得纤维的吸湿性增强，对纤维的抗静电性能有益；而协同剂的存在，解决了抗静电剂和抗菌剂同聚丙烯腈原液相容性差的问题，使抗静电抗菌性能比单一添加抗静电剂和抗菌剂的性能有较大的提高。
本发明优选的技术方案如下：
所述致孔剂可以是分子量为2000-4000的聚乙二醇、N，N-二甲基十二烷基氧化胺或N，N-二乙基十二烷基氧化胺中的一种，优选聚乙二醇，优选的分子量为4000。
所述协同剂可以是甘油、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺中的一种，优选甘油。
所述抗静电剂为导电聚苯胺、石墨烯、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种，优选导电聚苯胺，其电导率0.01-0.03S/cm。
所述的抗菌剂为粒径25-40nm的纳米银、磷酸银、氯化十六烷吡啶的一种,优选纳米银。
所述的聚丙烯腈干粉的重均分子量为70000-100000。
所述的有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜，优选二甲基甲酰胺。
以质量百分数计，纺丝溶液浓度为25％-33％，抗静电剂占聚丙烯腈干基的0.5-5％，抗菌剂占聚丙烯腈干基的0.5-2％，致孔剂占聚丙烯腈干基的0.1-1％，协同剂占聚丙烯腈干基的0.5-3％。
制备本发明抗静电抗菌腈纶纤维的方法，是基料聚丙烯腈干粉同抗静电剂、抗菌剂、致孔剂、协同剂及溶剂混合后，在一定溶解温度下加热形成纺丝溶液，再将纺丝溶液在空气中通过熔喷纺丝纺制成腈纶纤维，对得到的纤维进行水洗烘干后，最终得到具有抗静电抗菌双重功能的腈纶纤维。
其中：所述的溶解温度为60-80℃。
所述熔喷纺丝热空气温度为150-170℃。
所述的纤维水洗温度为70-90℃，水洗时间为30-60min。
纤维烘干温度为90-110℃。
本发明更优选的技术方案是通过将导电聚苯胺、纳米银、聚乙二醇及甘油作为抗静电剂、抗菌剂、致孔剂和协同剂同聚丙烯腈基料一起配制成纺丝溶液，然后经熔喷纺丝制取抗静电抗菌功能腈纶纤维。
本发明的优点：
由本发明制备的腈纶纤维的测试结果表明，所制得的纤维抗静电抗菌效果显著，比单一添加抗静电剂和抗菌剂的效果有较大提高，且纤维的物理机械性能未受到太大的影响。
具体实施方式
实施例一：
分子量为70000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将0.5g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，0.5g纳米银(粒径40nm)，0.1g分子量为4000的聚乙二醇、0.5g甘油溶于300gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于60℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为150℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入70℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入90℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例2
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将0.9g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，0.7g纳米银(粒径40nm)，0.3g分子量为3000的聚乙二醇、0.8g甘油溶于300gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入80℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入100℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例3
分子量为90000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将1.5g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，1.1g纳米银(粒径40nm)，0.3g分子量为4000的聚乙二醇、0.8g甘油溶于250gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入100℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例4
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将1.9g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，1.5g纳米银(粒径40nm)，0.7g分子量为4000的聚乙二醇、1.9g甘油溶于230gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例5
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将4g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，1.8g纳米银(粒径40nm)，0.9g分子量为4000的聚乙二醇、2.8g甘油溶于210gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例6
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将5g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，2g纳米银(粒径40nm)，1g分子量为4000的聚乙二醇、3g甘油溶于240gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例7
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将10g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(分子量600万、阳离子度90％)，5g磷酸银(粒径40nm)，3gN，N-二甲基十二烷基氧化胺，5g聚乙烯醇(分子量3000、醇解度5％)溶于240g二甲基乙酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例8
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将8g聚二甲基二烯丙基氯化铵(分子量600万、阳离子度95％)，5g磷酸银(粒径40nm)，3gN，N-二甲基十二烷基氧化胺，5g聚丙烯酰胺微乳液(分子量4000、水解度5％)溶于240g二甲基乙酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
实施例9
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将5g导电聚苯胺(电导率0.03S/cm)，2g纳米银(粒径40nm)，1g分子量为4000的聚乙二醇、5g聚氧化乙烯(分子量600万)溶于240g二甲基亚砜中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
下面对比例1为未加致孔剂和协同剂的抗静电抗菌腈纶纤维的实例，对比例2、3为单一抗静电或抗菌的腈纶纤维的实例。
对比例1
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将5g导电聚苯胺(电导率0.28S/cm)，2g纳米银(粒径30nm)，溶于240gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电抗菌腈纶纤维。
对比例2
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将5g导电聚苯胺(电导率0.28S/cm)，溶于240gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗静电腈纶纤维。
对比例3
分子量为100000的聚丙烯腈树脂烘干备用，将2g纳米银(粒径35nm)溶于240gN、N-二甲基甲酰胺中，再加入100g聚丙烯腈干粉，于80℃下加热搅拌1h，制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液倒入专用纺丝设备中开始熔喷纺丝，纺丝时的热空气温度为180℃，制备出腈纶纤维后，将纤维放入90℃水浴中水洗30min，水洗完成后，再将纤维放入110℃的烘箱中烘干至恒重，最终得到抗菌腈纶纤维。
表1各实施例及对比例的抗静电抗菌性能结果
比电阻/Ω*cm 洗涤50次抗菌率/％ 断裂强度/cN.dtex<sup>-1</sup>
实施例1 1.92*10<sup>10</sup> 95.3 2.6
实施例2 7.5*10<sup>9</sup> 95.9 2.5
实施例3 5.7*10<sup>8</sup> 96.2 2.6
实施例4 6.3*10<sup>7</sup> 97.8 2.7
实施例5 8.8*10<sup>5</sup> 98.5 2.6
实施例6 2.1*10<sup>4</sup> 99.1 2.5
实施例7 9.3*10<sup>10</sup> 94.4 2.5
实施例8 8.5*10<sup>11</sup> 93.1 2.6
实施例9 7.6*10<sup>8</sup> 96.3 2.6
对比例1 9*10<sup>13</sup> 50.3 2.7
对比例2 5.3*10<sup>11</sup> / 2.7
对比例3 / 80.7 2.7
注：针对抗菌测试所用的菌种为：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及巨大芽孢杆菌。
由表1中数据可以看出，加入致孔剂和协同剂后纤维的比电阻呈多个数量级的降低，说明其导电性能有大幅度的增加，抗静电性能显著；纤维经过50次的洗涤后，抗菌率仍达到95.3％以上，说明抗菌性能好；同时纤维的机械性能未受太大的影响。而未加致孔剂和协同剂的纤维则由于抗静电剂抗菌剂同聚丙烯腈互容性差，导致比单一添加时抗静电抗菌性能有所下降。

Claims (4)

1.一种抗静电抗菌腈纶纤维，其特征在于在主要由聚丙烯腈、溶剂、抗静电剂、抗菌剂组成的纺丝溶液中加入致孔剂和协同剂；
所述致孔剂选自N，N-二甲基十二烷基氧化胺或N，N-二乙基十二烷基氧化胺；
所述协同剂选自聚乙烯醇或聚氧化乙烯；
所述抗静电剂为电导率0.01-0.03S/cm的导电聚苯胺、石墨烯、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种；
所述的抗菌剂为氯化十六烷吡啶；
以质量百分数计，纺丝溶液浓度为25％-33％，抗静电剂占聚丙烯腈干基的0.5-5％，抗菌剂占聚丙烯腈干基的0.5-2％，致孔剂占聚丙烯腈干基的0.1-1％，协同剂占聚丙烯腈干基的0.5-3％。
2.根据权利要求1所述的抗静电抗菌腈纶纤维，其特征在于所述的聚丙烯腈干粉的重均分子量为70000-100000，所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。
3.一种制备权利要求1-2之一所述的抗静电抗菌腈纶纤维的方法，其特征在于基料聚丙烯腈干粉同抗静电剂、抗菌剂、致孔剂、协同剂及溶剂混合后，在一定溶解温度下加热形成纺丝溶液，再将纺丝溶液在空气中通过熔喷纺丝纺制成腈纶纤维，对得到的纤维进行水洗烘干后，最终得到具有抗静电抗菌双重功能的腈纶纤维。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的溶解温度为60-80℃，所述熔喷纺丝热空气温度为150-170℃，所述的纤维水洗温度为70-90℃，水洗时间为30-60min，纤维烘干温度为90-110℃。
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