CN108221179B - 一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，属于纱线制备技术领域。首先利用碱溶液和大豆蛋白对聚丙烯腈进行改性，其中碱溶液含有大量的羟基，使水蒸气分子被吸附在基体表面，从而提高纱线的吸湿发热性能，另外这些亲水基团能够使聚丙烯腈分子间极性作用力减弱，有利于纱线的吸湿发热性能得到提高；本发明利用蟹壳中的甲壳素通过发酵方法制得壳聚糖，从而提高壳聚糖的溶解性，另外在基体中添加壳聚糖，有利于纱线的防菌性得到提高，另外利用硝酸银溶液对自制壳聚糖进一步改性，产生的羟基自由基和活性氧离子来破坏细菌增殖实现抗菌，当菌体失去活性后，银离子又从菌体中游离出来，实现持久抗菌，从而提高纱线的防菌性，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，属于纱线制备技术领域。
背景技术
纱线，是指用各种纺织纤维加工成一定细度的产品，用于织布、制绳、制线、针织和刺绣等。纱分为：短纤维纱，由短纤维经纺纱加工而成，分环锭纱、自由端纺纱、自拈纱等。连续长丝，如天然蚕丝和化纤长丝，分加拈或不加拈、光滑长丝或变形长丝等。短纤维与连续长丝组合纱，例如涤棉长丝包芯纱等。线由两股或两股以上的单纱并合加拈而成。按纱线原料分类：纯纺纱，纯纺纱是由一种纤维材料纺成的纱，如棉纱、毛纱、麻纱和绢纺纱等。此类纱适宜制作纯纺织物。混纺纱：混纺纱是由两种或两种以上的纤维所纺成的纱，如涤纶与棉的混纺纱，羊毛与粘胶的混纺纱等。此类纱用于突出两种纤维优点的织物。按纱线粗细分类：粗特纱，粗特纱指32特及其以上的纱线。此类纱线适于粗厚织物，如粗花呢、粗平布等。中特纱：中特纱指21-32特的纱线。此类纱线适于中厚织物，如中平布、华达呢、卡其等。细特纱：细特纱指11-20特的纱线。此类纱线适于细薄织物，如细布、府绸等。特细特纱：特细特纱指10特及其以下的纱线。此类纱适于高档精细面料，如高支衬衫、精纺贴身羊毛衫等。按纺纱系统分类：精纺纱，精纺纱也称精梳纱，是指通过精梳工序纺成的纱，包括精梳棉纱和精梳毛纱。纱中纤维平行伸直度高，条干均匀、光洁，但成本较高，纱支较高。精梳纱主要用于高级织物及针织品的原料，如细纺、华达呢、花呢、羊毛衫等。粗纺纱：粗纺纱也称粗梳毛纱或普梳棉纱，是指按一般的纺纱系统进行梳理，不经过精梳工序纺成的纱。粗纺纱中短纤维含量较多，纤维平行伸直度差，结构松散，毛茸多，纱支较低，品质较差。此类纱多用于一般织物和针织品的原料，如粗纺毛织物、中特以上棉织物等。废纺纱：废纺纱是指用纺织下脚料或混入低级原料纺成的纱。纱线品质差、松软、条干不匀、含杂多、色泽差，一般只用来织粗棉毯、厚绒布和包装布等低级的织品。
聚丙烯腈纤维是三大合成纤维之一，具有优良的保暖性、染色性和仿毛性等特点，有人造羊毛之称，在针织内衣、毛毯、人造毛皮等服用领域应用广泛。但是，随着人们生活水平的不断提高和服装文化的日益发展，人们对其舒适度、功能性和安全性要求越来越高。目前普通纱线不具有吸湿发热的功能，其所制作的服装面料不具有良好的吸湿性，不能吸附人体散发出的水蒸气，无法产生热量，且容易滋生细菌，满足不了面料的保暖效果及抗菌效果。
因此，发明一种吸湿发热防菌型纱线对纱线制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前普通纱线不具有吸湿发热的功能，制作的服装面料不具有良好的吸湿性，不能吸附人体散发出的汗气，无法产生热量，且容易滋生细菌，满足不了面料的保暖效果及抗菌效果的缺陷，提供了一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将聚丙烯腈和氢氧化钠溶液混合置于烧杯中水解反应，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；
（2）称取20～30g蟹壳研磨粉碎，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续将含有壳聚糖的发酵产物和氢氧化钠溶液混合置于烧杯中冷冻，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇混合反应，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；
（3）称取18～24g改性自制壳聚糖加入带有60～80mL乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌，得到搅拌混合液，再将搅拌混合液和硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌，搅拌后置于太阳下照射，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；
（4）将硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌，得到自制凝固浴；
（5）按重量份数计，分别称取30～40份改性聚丙烯腈水解液、12～16份自制壳聚糖载银溶液、3～5份自制凝固浴、2～4份蜗牛粘液、1～3份过氧化二异丙苯和1～3份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌，得到混合料，将混合料放入热压机中热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
步骤（1）所述的聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液的质量比为1：2，水解反应温度为85～95℃，水解反应时间为12～16min，继续搅拌反应时间为35～45min。
步骤（2）所述的研磨粉碎时间为10～12min，发酵温度为35～45℃，发酵时间为6～9天，含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液的质量比为3：1，冷冻温度为-12～-8℃，冷冻35～45min，冷冻液和2-氯乙醇的质量比为2：1，混合反应时间为45～60min，洗涤次数为3～5次。
步骤（3）所述的乙酸溶液的质量分数为10％，混合搅拌时间为16～20min，搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液的质量比为3：1，搅拌时间为30～45min，照射时间为6～8h。
步骤（4）所述的质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水的质量比为2：1：3，搅拌时间为16～20min。
步骤（5）所述的挤出温度为85～95℃，挤出压力为3～5MPa，搅拌时间为10～12min，热压温度为105～115℃，热压压力为0.4～0.6MPa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以改性聚丙烯腈水解液为基体，自制壳聚糖载银溶液和自制凝固浴作为促进剂，并辅以蜗牛粘液和过氧化二异丙苯等制备得到吸湿发热防菌型纱线，首先利用碱溶液和大豆蛋白对聚丙烯腈进行改性，其中碱溶液含有大量的羟基，而大豆蛋白中含有大量的氨基，这些基团都是亲水性的基团，使得聚丙烯腈具有亲水性，能够与空气中具有较高动能的水蒸气分子发生氢键结合反应，使水蒸气分子被吸附在基体表面，并根据能量守恒定理，在两者势能不变的前提下，通过吸收空气中的水蒸气或人体散发出来的汗气，使气体发生液化反应，并放出大量的热量，从而提高纱线的吸湿发热性能，另外这些亲水基团能够使聚丙烯腈分子间极性作用力减弱，从而形成交联网络结构，也限制了聚丙烯腈大分子链的自由活动，降低了聚丙烯腈分子链的规整度和结晶度，有利于纱线的吸湿发热性能得到提高；
（2）本发明利用蟹壳中的甲壳素通过发酵方法制得壳聚糖，由于壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，这些亲水基团具有较强的化学反应能力，再利用碱溶液和2-氯乙醇对壳聚糖进行改性，改性后向壳聚糖中引入侧基，破坏壳聚糖的结晶结构，从而提高壳聚糖的溶解性，进一步提高纱线的吸湿发热性能，另外在基体中添加壳聚糖，其中壳聚糖分子中的-NH3+带正电性，吸附在细菌细胞表面，也可以通过渗透进入细菌内，吸附细菌体内带有阴离子的物质，扰乱细菌正常的生理活动，从而达到杀灭细菌的效果，有利于纱线的防菌性得到提高，另外利用硝酸银溶液对自制壳聚糖进一步改性，利用催化反应进行杀菌，以银离子作为催化活性中心，将其与壳聚糖颗粒共同激活水分子和空气中的氧，利用产生的羟基自由基和活性氧离子来破坏细菌增殖实现抗菌，当菌体失去活性后，银离子又从菌体中游离出来，实现持久抗菌，从而提高纱线的防菌性，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
按质量比为1：2将聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为85～95℃下水解反应12～16min，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应35～45min，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；称取20～30g蟹壳研磨粉碎10～12min，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，在温度为35～45℃的条件下密封发酵6～9天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续按质量比为3：1将含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为-12～-8℃的条件下冷冻35～45min，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇按质量比为2：1混合反应45～60min，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液3～5次，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；称取18～24g改性自制壳聚糖加入带有60～80mL质量分数为10％的乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌16～20min，得到搅拌混合液，再按质量比为3：1将搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌30～45min，搅拌后置于太阳下照射6～8h，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；按质量比为2：1：3将质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌16～20min，得到自制凝固浴；按重量份数计，分别称取30～40份改性聚丙烯腈水解液、12～16份自制壳聚糖载银溶液、3～5份自制凝固浴、2～4份蜗牛粘液、1～3份过氧化二异丙苯和1～3份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中，在温度为85～95℃、压力为3～5MPa的条件下挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌10～12min，得到混合料，将混合料放入热压机中，在温度为105～115℃、压力为0.4～0.6MPa的条件下热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
实例1
按质量比为1：2将聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为85℃下水解反应12min，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应35min，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；称取20g蟹壳研磨粉碎10min，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，在温度为35℃的条件下密封发酵6天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续按质量比为3：1将含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为-12℃的条件下冷冻35min，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇按质量比为2：1混合反应45min，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液3次，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；称取18g改性自制壳聚糖加入带有60mL质量分数为10％的乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌16min，得到搅拌混合液，再按质量比为3：1将搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌30min，搅拌后置于太阳下照射6h，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；按质量比为2：1：3将质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌16min，得到自制凝固浴；按重量份数计，分别称取30份改性聚丙烯腈水解液、12份自制壳聚糖载银溶液、3份自制凝固浴、2份蜗牛粘液、1份过氧化二异丙苯和1份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中，在温度为85℃、压力为3MPa的条件下挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌10min，得到混合料，将混合料放入热压机中，在温度为105℃、压力为0.4MPa的条件下热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
实例2
按质量比为1：2将聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为90℃下水解反应14min，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应40min，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；称取25g蟹壳研磨粉碎11min，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，在温度为40℃的条件下密封发酵7天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续按质量比为3：1将含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为-10℃的条件下冷冻40min，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇按质量比为2：1混合反应50min，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液4次，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；称取22g改性自制壳聚糖加入带有70mL质量分数为10％的乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌18min，得到搅拌混合液，再按质量比为3：1将搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌40min，搅拌后置于太阳下照射7h，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；按质量比为2：1：3将质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌18min，得到自制凝固浴；按重量份数计，分别称取35份改性聚丙烯腈水解液、14份自制壳聚糖载银溶液、4份自制凝固浴、3份蜗牛粘液、2份过氧化二异丙苯和2份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中，在温度为85～95℃、压力为4MPa的条件下挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌11min，得到混合料，将混合料放入热压机中，在温度为110℃、压力为0.5MPa的条件下热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
实例3
按质量比为1：2将聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为95℃下水解反应16min，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应45min，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；称取30g蟹壳研磨粉碎12min，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，在温度为45℃的条件下密封发酵9天，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续按质量比为3：1将含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，在温度为-8℃的条件下冷冻45min，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇按质量比为2：1混合反应60min，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液5次，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；称取24g改性自制壳聚糖加入带有80mL质量分数为10％的乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌20min，得到搅拌混合液，再按质量比为3：1将搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌45min，搅拌后置于太阳下照射8h，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；按质量比为2：1：3将质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌20min，得到自制凝固浴；按重量份数计，分别称取40份改性聚丙烯腈水解液、16份自制壳聚糖载银溶液、5份自制凝固浴、4份蜗牛粘液、3份过氧化二异丙苯和3份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中，在温度为95℃、压力为5MPa的条件下挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌12min，得到混合料，将混合料放入热压机中，在温度为115℃、压力为0.6MPa的条件下热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
对比例
以惠州某公司生产的吸湿发热防菌型纱线作为对比例 对本发明制得的吸湿发热防菌型纱线和对比例中的吸湿发热防菌型纱线进行性能检测，检测结果如表1所示：
1、测试方法：
回潮率测试方法：将实例1～3和对比例中的纱线（大约5g）在105℃的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重并称量其重量为W1（g），然后将实例1～3和对比例中的纱线放置在保持在20℃和65%RH条件的恒温恒湿箱中24小时，称量吸湿后的各纱线的重量为W2（g），通过下面公式进行计算得到试样回潮率：
回潮率(%）＝[(W2-W1)/W1]×100%
发热量测试方法：将实例1～3和对比例中的纱线（大约0.5g）在105℃的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重并称量其重量为W1（g），称量质量大约为实例1～3和对比例中的纱线的质量10倍的水加入到带有隔热夹套的试管中，并测量水的起始温度为T1，然后迅速将干燥后的各纱线加入到试管内并浸没在水中，同时测量水温上升的最大值记录温度为T2。通过下面公式进行计算得到试样发热量：
发热量Q（J/g）=C·W1·(T2-T1)
注：其中C为水的比热容，发热量Q为单位质量的纤维所产生的热量。
大肠杆菌平均菌数测试按JC/T897-2002的规定进行抑菌性能检测。
金黄色葡萄球菌平均菌数测试按JC/T897-2002的规定进行抑菌性能检测。
白色念球菌抑菌率的测试按GB/T20944.2-2007的规定进行性能检测。
表1 纱线性能测定结果
根据上述中数据可知本发明制得的吸湿发热防菌型纱线吸湿性能好，回潮率达到25%，发热量达到78J/g，抑菌效果好，都达到了99.99%，具有广阔的应用前景。
Claims (6)
1.一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将聚丙烯腈和氢氧化钠溶液混合置于烧杯中水解反应，冷却出料，得到反应液，再向反应液中加入反应液质量7％的大豆蛋白，继续搅拌反应，出料，得到改性聚丙烯腈水解液；
（2）称取20～30g蟹壳研磨粉碎，得到蟹壳粉末，再向蟹壳粉末中加入蟹壳粉末质量0.5%的酸奶，装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后，得到含有壳聚糖的发酵产物，继续将含有壳聚糖的发酵产物和氢氧化钠溶液混合置于烧杯中冷冻，得到冷冻液，最后将冷冻液和2-氯乙醇混合反应，得到反应液，用无水乙醇洗涤反应液，干燥出料，得到改性自制壳聚糖；
（3）称取18～24g改性自制壳聚糖加入带有60～80mL乙酸溶液的烧杯中，在室温下混合搅拌，得到搅拌混合液，再将搅拌混合液和硝酸银溶液混合置于烧杯中，在无光室温下搅拌，搅拌后置于太阳下照射，出料，得到自制壳聚糖载银溶液；
（4）将硫酸溶液、硫酸钠和去离子水混合搅拌，得到自制凝固浴；
（5）按重量份数计，分别称取30～40份改性聚丙烯腈水解液、12～16份自制壳聚糖载银溶液、3～5份自制凝固浴、2～4份蜗牛粘液、1～3份过氧化二异丙苯和1～3份无水乙醇，先将改性聚丙烯腈水解液倒入喷丝板中挤出成丝，成丝后放入自制凝固浴中凝固成型，得到初生纤维，再将初生纤维、自制壳聚糖载银溶液、自制凝固浴、蜗牛粘液、过氧化二异丙苯和无水乙醇混合搅拌，得到混合料，将混合料放入热压机中热压成型，纺纱出料，即可制得吸湿发热防菌型纱线。
2.根据权利要求1所述的一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的聚丙烯腈和质量分数为15％的氢氧化钠溶液的质量比为1：2，水解反应温度为85～95℃，水解反应时间为12～16min，继续搅拌反应时间为35～45min。
3.根据权利要求1所述的一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的研磨粉碎时间为10～12min，发酵温度为35～45℃，发酵时间为6～9天，含有壳聚糖的发酵产物和质量分数为30％的氢氧化钠溶液的质量比为3：1，冷冻温度为-12～-8℃，冷冻35～45min，冷冻液和2-氯乙醇的质量比为2：1，混合反应时间为45～60min，洗涤次数为3～5次。
4.根据权利要求1所述的一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的乙酸溶液的质量分数为10％，混合搅拌时间为16～20min，搅拌混合液和质量分数为24％的硝酸银溶液的质量比为3：1，搅拌时间为30～45min，照射时间为6～8h。
5.根据权利要求1所述的一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的质量分数为24％的硫酸溶液、硫酸钠和去离子水的质量比为2：1：3，搅拌时间为16～20min。
6.根据权利要求1所述的一种吸湿发热防菌型纱线的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的挤出温度为85～95℃，挤出压力为3～5MPa，搅拌时间为10～12min，热压温度为105～115℃，热压压力为0.4～0.6MPa。
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