CN109267168B - 一种复合抗菌聚酯短纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合抗菌聚酯短纤维及其制备方法，以具有金属离子熬合作用的丙二胺四乙酸二钠为熬合剂，利用具有抗菌作用的铜、锌、钙离子的不同沉淀系数，达到逐步熬合包覆的目的，形成具有抗菌作用的复合抗菌剂，避免了高活性金属离子在聚酯高温熔融纺丝过程中催化降解，影响品质，严重导致聚酯分子链的断链；再通过熔融共混的方法制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物，复合抗菌聚酯母粒初产物经液相增黏后制备得到复合抗菌聚酯母粒；复合抗菌聚酯母粒与再生聚酯切片进行熔融共混纺丝，制备得到复合抗菌聚酯短纤维，所述的复合抗菌聚酯短纤维中复合抗菌剂含量大，对后续加工影响少，尤其是高温纺丝影响少，用于聚酯纤维的加工具有广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能聚酯技术领域，具体涉及一种复合抗菌聚酯短纤维及其制备方法。
背景技术
聚酯短纤维具有优异的柔软、耐磨、可加工性能，被广泛应用于服饰，家纺等领域，是高端服装、家居装饰的重要原料。而随着人们对生态环保理念的认可，以及国家出台的一系列宏观政策支持循环经济相关产业的发展，再生聚酯纤维领域将会得到进一步的发展。再生聚酯短纤是指利用涤纶布料、废旧聚酯瓶片、纺丝废丝、泡泡料、浆块为原料，原料经粉碎、清洗、干燥后，再进行熔融纺丝工艺，再经卷绕、集束、牵伸、卷曲、松弛热定型、切断后形成不同长度的涤纶短纤维。但由于再生纤维生产过程中，采用的是聚酯或涤纶废料为原料，存在着原料来源复杂、杂质含量高、粘度低、熔点低等特点。如果直接纺丝仅适用于再生普通涤纶短纤维的生产，而最终的产品品质相对较差，用途受到了极大的限制。同时在差别化功能再生聚酯短纤维生产方面，由于功能母粒的添加，本身在再生聚酯熔体中分散性差，从而导致阻燃、抗菌以及亲水等功能的再生聚酯短纤维的生产困难。因此利用废聚酯纺织品，开发高品质的抗菌等功能的再生短聚酯纤维，需要对以废聚酯纺织品加工的物理指标进行控制，粘度差异性尽可能小且杂质含量尽量少，确保聚酯泡料在熔体均质化制备过程中能够稳定和连续。同时由于抗菌类无机粉体如：纳米氧化锌、氧化银以及氧化亚铜等材料，具有高的表面活性，在熔融共混过程中，作为催化剂组份，引起聚酯尤其是品质较差的再生聚酯的降解，因此需要引入具有高温屏蔽性能的组份，降低无机抗菌剂材料在高温条件下的氧化催化聚酯降解，保证聚酯具有优异的高品质、稳定的粘度，利于后期的纺丝过程。
目前聚酯的抗菌改性，根据抗菌剂的引入方式，聚酯的抗菌改性方法主要分为共缩聚、共混、复合纺丝、接枝共聚、后整理涂覆等方法。尤其是原位聚合改性，其利用抗菌剂在聚合过程中引入到聚合体系中，具有分散性好、抗菌效果优异，且相对抗菌性能稳定性好等特点，在塑料、纤维等领域应用广泛。目前的研究主要集中在抗菌剂的制备，以及抗菌剂在聚酯中的高效分散达到高效抗菌的目的。高微等人通过原位聚合法制备PET/ZnO 纳米复合材料，通过对无机粉体进行表面修饰后加入到聚合体系中，改善了基体与无机粉体之间的相容性，并探讨了加入无机纳米粒子对PET性能的影响。研究结果显示无机纳米粒子可以改善 PET的结晶性能和热稳定性，表面处理的无机纳米粒子是PET结晶的异相成核剂。刘伟时等人通过在PET切片中加入纳米银系抗菌剂制备抗菌母粒，通过熔融纺丝制备了纳米抗菌防臭PET纤维，并对纤维的力学性能和抗菌性能进行研究，结果发现，当加入抗菌母粒的添加量为5wt%时，PET 纤维的抗菌性较好，且有良好的力学性能。雷晓云等研究了采用无机银系抗菌母粒与PET切片混合纺丝生产抗菌PET短纤维的纺丝工艺。朱平等利用纳米抗菌PET母粒和自制的载银复合磷酸盐抗菌剂分别与普通PET切片混合后进行熔融纺丝，制备看纳米抗菌PET纤维，同时研究了改性纤维的抑菌性能、红外谱图、物理机械性能和热性能。刘美娜等在PET中加入无机抗菌剂磷酸钛盐型载银，通过混合法得到抗菌聚酯纤维，并研究了纳米银改性抗菌PET纤维的理化结构以及抗菌性能。
中国专利申请一种铜锌复合抗菌聚酯纤维的制备方法（CN 201711192688.8），包括如下步骤：（1）铜-氧化锌复合抗菌剂的制备；（2）抗菌改性聚对苯二甲酸乙二醇酯切片的制备；（3）抗菌改性聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的制备。该发明制成的铜锌复合抗菌聚酯纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为91.2％和93.2％，具有良好的抗菌效果。通过在聚合过程中引入复合抗菌剂，但不可避免的会导致后续聚合控制难度大，纤维成型困难的问题。
中国专利申请一种抗菌抗辐射铜改性聚酯复合纤维的制备方法（CN201610183872.5），其包括聚酯复合母粒的制备、熔融纺丝、聚酯复合纤维的改性、铜改性聚酯复合纤维的制备等步骤。该发明在聚酯母粒中添加了十一烯酸锌、纳米钛白粉、黄土石等原料，上述原料相互复合，不仅提高了母粒的力学性能，还增强了母粒的抗菌性能，同时聚酯纤维经科学合理的铜改性处理后，聚酯纤维的抗菌性能大大提高，使制得的聚酯复合纤维抗菌，杀菌，抑菌效果持久，对人体安全无害，安全环保；该发明聚酯复合纤维中还添加了纳米氮化硼、重晶石等原料，大大提高了聚酯复合纤维的防辐射性能好，对各种射线具有较好的屏蔽效果，屏蔽率可达到80％以上。
中国专利申请一种抗菌聚酯材料的制备方法（ZL 201310478246.5），具体步骤包括：1）制备纳米氧化亚铜颗粒与多元醇组成的分散体系；2）往步骤1）中制备好的分散体系中加入多元酸，制得含纳米氧化亚铜颗粒的聚酯复合熔体；3）将步骤2）中制得的含氧化亚铜颗粒的聚酯复合熔体经挤出、拉条、水冷却、切粒，制得抗菌聚酯材料；该发明制得的抗菌聚酯材料具有抗菌效果良好、持久、稳定的优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合抗菌聚酯短纤维及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种复合抗菌聚酯短纤维，是以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片经熔融纺丝制备得到，复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为2.5～3.7cN/dtex，复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性能＞92%，大肠杆菌的抗菌性能＞90%，氨气的降解率＞70mg/g.h。
进一步，所述的复合抗菌聚酯母粒是以丙二胺四乙酸二钠为螯合剂，通过对包括铜离子、锌离子在内的不同金属离子的逐次熬合沉淀得到复合抗菌剂，再以聚酯低聚物为原料、复合抗菌剂为改性剂，制备得到复合抗菌聚酯母粒；所述的复合抗菌聚酯母粒中铜离子和锌离子的质量分数之和为10～15%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；所述的复合抗菌聚酯母粒中复合抗菌剂的质量分数为10～20%，所述的复合抗菌聚酯短纤维中复合抗菌剂的质量分数为0.1～2%。
本发明还提供了所述复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带高速搅拌的条件下，向丙二胺四乙酸二钠溶液中加入硝酸钙溶液，然后调节体系pH为9～10，保持络合温度为5～10℃，络合时间为10～25min进行第一次络合；然后再调节体系pH为4～6，络合温度为10～25℃，加入硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为15～25min；再调节体系pH为7.5～8.0，络合温度35～45℃，加入硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为20～30min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥48h后制备得到复合抗菌剂；
其中，所述的硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:2～1:3；所述的硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1:0.3～1：0.5；所述的硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1；
进一步，所述丙二胺四乙酸二钠溶液的质量浓度为5～10g/L，所述硝酸钙溶液的摩尔浓度为0.5mol/L，所述硝酸锌溶液的摩尔浓度为0.5mol/L，所述硝酸铜溶液的摩尔浓度为0.5mol/L；
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
其中，所述的聚酯低聚物的重均分子量为5000～8000；复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为10～20%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为200～260℃，螺杆剪切速率为103～104s-1；
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空液相增黏，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
其中，二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:25～1:30；
第一步液相增黏工艺的增黏温度为180～195℃，增黏时间为5～10min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8～10%，且端羧基含量为35～55mol/t；
第二步低真空液相增黏的增黏温度为240～250℃，增黏时间为30～45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.35～0.45dL/g；
第三步高温高真空液相增黏的增黏温度为260～270℃，增黏时间为45～60min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.65～0.75dL/g；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，再经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维，短纤维制备工艺按照现有成熟的制备工艺，所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明提供的复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，主要是以具有金属离子熬合作用的丙二胺四乙酸二钠为熬合剂，利用具有抗菌作用的铜、锌、钙离子的不同沉淀系数，达到逐步熬合包覆的目的，形成具有抗菌作用的复合抗菌剂，避免了高活性金属离子对聚酯等高分子的催化降解作用，尤其是高温条件下含锌、铜等离子的体系，高温导致聚酯分子链的降解；然后再通过多次的液相增黏工艺，利用乙二醇的提取作用，把丙二胺四乙酸二钠反应提取，利于聚酯分子链段的增长，从而避免了由于无机的含铜、锌等活性抗菌剂在高温缩合增黏过程中分子量较低，增黏作用少，导致聚酯分子链断链而降解，难以用于纤维纺丝；同时也可以使含抗菌组份析出，而均匀分布在聚酯中，而形成具有优异抗菌性能的复合抗菌剂。本发明通过具有离子熬合作用的材料进行分步的熬合，达到符合抗菌剂活性降低，利于高温缩合反应，同时利用乙二醇以及螯合剂在不同的酸性条件下的逐步释放作用，达到抗菌活性组分的进一步释放，从而实现高活性的复合抗菌剂原位共聚在高温聚酯反应体系中，避免了聚酯缩聚增黏过程中分子链的降解。因此，本发明制备的复合抗菌聚酯母粒中复合抗菌剂含量大，且分子量大粘度高，对后续加工影响少，尤其是高温纺丝影响少，可用于制备具有高附加值的再生细旦、超细旦聚酯短纤维，再鞋袜、服饰以及家纺等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明复合抗菌剂的扫描电镜图谱；
图2为本发明复合抗菌聚酯短纤维截面的扫描电镜图谱；
图3a为作为对照样的常规聚酯短纤维的大肠杆菌的抗菌效果；
图3b为本发明复合抗菌聚酯短纤维的大肠杆菌的抗菌效果；
图4a为作为对照样的常规聚酯短纤维的金黄色葡萄糖球菌的抗菌效果；
图4b为本发明复合抗菌聚酯短纤维的金黄色葡萄糖球菌的抗菌效果。
具体实施方式
一种复合抗菌聚酯短纤维，是以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片经熔融纺丝制备得到，所述复合抗菌聚酯母粒是以丙二胺四乙酸二钠为螯合剂，通过对包括铜离子、锌离子在内的不同金属离子的逐次熬合沉淀得到复合抗菌剂，再以聚酯低聚物为原料、复合抗菌剂为改性剂，制备得到复合抗菌聚酯母粒；所述的复合抗菌聚酯母粒中铜离子和锌离子的质量分数之和为10～15%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；所述的复合抗菌聚酯母粒中复合抗菌剂的质量分数为10～20%，所述的复合抗菌聚酯短纤维中复合抗菌剂的质量分数为0.1～2%。
所述复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为2.5～3.7cN/dtex，复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性能＞92%，大肠杆菌的抗菌性能＞90%，氨气的降解率＞70 mg/g.h。
所述复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带高速搅拌的条件下，向质量浓度为5～10g/L的丙二胺四乙酸二钠溶液中加入0.5mol/L的硝酸钙溶液，然后调节体系pH为9～10，保持络合温度为5～10℃，络合时间为10～25min进行第一次络合；然后再调节体系pH为4～6，络合温度为10～25℃，加入0.5mol/L的硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为15～25min；再调节体系pH为7.5～8.0，络合温度35～45℃，加入0.5mol/L的硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为20～30min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥48h后制备得到复合抗菌剂；
其中，硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:2～1:3；硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1:0.3～1：0.5；硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1。
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
其中，聚酯低聚物的重均分子量为5000～8000；所述的复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为10～20%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为200～260℃，螺杆剪切速率为103～104s-1；
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空液相增黏，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
其中，二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:25～1:30。
第一步液相增黏工艺：增黏温度为180～195℃，增黏时间为5～10min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8～10%，且端羧基含量为35～55mol/t；
第二步低真空液相增黏工艺：增黏温度为240～250℃，增黏时间为30～45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.35～0.45dL/g；
第三步高温高真空液相增黏工艺：增黏温度为260～270℃，增黏时间为45～60min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.65～0.75dL/g；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，再经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维，短纤维制备工艺按照现有成熟的制备工艺，所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细的阐述。
实施例1
一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其具体步骤为：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带高速搅拌的条件下，向质量浓度为5g/L的丙二胺四乙酸二钠溶液中加入0.5mol/L的硝酸钙溶液，然后调节体系pH为9，保持络合温度为5℃，络合时间为10min进行第一次络合；然后再调节体系合pH为4，络合温度为10℃，加入0.5mol/L的硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为15min；再调节体系pH为7.5，络合温度35℃，加入0.5mol/L的硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为20min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥48h后制备得到复合抗菌剂；
其中，硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:2，硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1:0.3，硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1；
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
其中，聚酯低聚物的重均分子量为5000；复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为10%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为200～260℃，螺杆剪切速率为103s-1；
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空增黏工艺，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
其中，二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:25；
第一步液相增黏工艺：增黏温度为180℃，增黏时间为10min；复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8%，且端羧基含量为35mol/t；
第二步低真空液相增黏工艺：增黏温度为2400℃，增黏时间为45min；复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.35dL/g；
第三步高温高真空增黏工艺：增黏温度为260℃，增黏时间为60min；复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.65dL/g；
制备得到的复合抗菌聚酯母粒中具有抗菌作用的铜和锌离子含量的质量分数之和为10%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，再经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维，短纤维制备工艺按照现有成熟的制备工艺，所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%。
本实施例制备得到的复合抗菌聚酯短纤维中，复合抗菌剂的质量分数为0.1%，复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为3.7cN/dtex，复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性为92%，大肠杆菌的抗菌性能为90%，氨气的降解率为70 mg/g.h。
实施例2
一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其具体步骤为：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带高速搅拌的条件下，向质量浓度为10g/L的丙二胺四乙酸二钠溶液中加入0.5mol/L的硝酸钙溶液，然后调节体系pH为10，保持络合温度为10℃，络合时间为25min进行第一次络合；然后再调节体系pH为6，络合温度为25℃，加入0.5mol/L的硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为25min；再调节体系pH为8.0，络合温度45℃，加入0.5mol/L的硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为30min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥48h后制备得到复合抗菌剂；
其中，硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:3，硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1：0.5，硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1；
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
其中，聚酯低聚物的重均分子量为8000；复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为20%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为260℃，螺杆剪切速率为104s-1。
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空增黏工艺，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
其中，二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:30；
第一步液相增黏工艺：增黏温度为195℃，增黏时间为5min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8%，且端羧基含量为55mol/t；
第二步低真空液相增黏工艺：增黏温度为250℃，增黏时间为30min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.45dL/g；
第三步高温高真空增黏工艺：增黏温度为270℃，增黏时间为45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.75dL/g；
制备得到的复合抗菌聚酯母粒中具有抗菌作用的铜和锌离子含量的质量分数之和为15%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，在经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维。短纤维制备工艺按照现有成熟的制备工艺。所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%。
本实施例的复合抗菌聚酯短纤维中，复合抗菌剂的质量分数为2%，复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为2.5cN/dtex；复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性能为95.9%，大肠杆菌的抗菌性能为为94.9%，氨气的降解率为83 mg/g.h。
实施例3
一种复合抗菌聚酯短纤维及其制备方法，其具体步骤为：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带高速搅拌的条件下，向质量浓度为7.5g/L的丙二胺四乙酸二钠溶液中加入0.5mol/L的硝酸钙溶液，然后调节体系pH为9.5，保持络合温度为5℃，络合时间为25min进行第一次络合；然后再调节体系pH为6，络合温度为10℃，加入0.5mol/L的硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为25min；再调节体系pH为7.5，络合温度35℃，加入0.5mol/L的硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为30min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥48h后制备得到复合抗菌剂；
其中，硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:3，硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1：0.5，硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1；
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
其中，聚酯低聚物的重均分子量为6000；复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为15.5%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为260℃，螺杆剪切速率为104s-1。
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空增黏工艺，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
其中，二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:30；
第一步液相增黏工艺：增黏温度为195℃，增黏时间为8min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8%，且端羧基含量为39mol/t；
第二步低真空液相增黏工艺：增黏温度为250℃，增黏时间为45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.375dL/g；
第三步高温高真空增黏工艺：增黏温度为270℃，增黏时间为45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.75dL/g；
所制备的复合抗菌聚酯母粒中具有抗菌作用的铜和锌离子含量的质量分数之和为12.5%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，在经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维。短纤维制备工艺按照现有成熟的制备工艺。所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%。
本实施例制备的复合抗菌聚酯短纤维中复合抗菌剂的质量分数为2%，复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为3.2cN/dtex；复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性能为96.9%，大肠杆菌的抗菌性能为95.2%，氨气的降解率为85 mg/g.h。
图1为复合抗菌剂的扫描电镜图谱，由于丙二胺四乙酸二钠的熬合作用，在复合抗菌剂中结构中形成较多的熬合体，并且在粉体中其粒径分散利用熬合结构形成树枝状，并且在树枝尖端结构上形成的熬合离子颗粒细小。
图2为复合抗菌聚酯短纤维的扫描电镜图谱，在图谱中经过螯合剂的熬合以及聚合增黏过程的酸性调控，结构中抗菌活性释放，而丙二胺四乙酸二钠的熬合结构被去除，因此树枝状结构破坏，同时尖端的活性离子释放，形成具有抗菌作用的复合抗菌剂，因此复合抗菌剂在复合抗菌聚酯短纤维中分散均匀。
图3a和图3b分别为作为对照样的常规聚酯纤维的大肠杆菌的抗菌效果和复合抗菌聚酯短纤维的大肠杆菌的抗菌效果；对照样中，经7天的细菌培养后，在培养琼脂中，分布有均匀的细小微生物菌落，而在复合抗菌聚酯短纤维中，并无微生物菌落，可见，复合抗菌聚酯短纤维对大肠杆菌的抗菌效果较好，抗菌性能＞90%。
图4a和图4b分别对应的是作为对照样的常规聚酯薄膜的金黄色葡萄糖球菌的抗菌效果和复合抗菌聚酯短纤维的金黄色葡萄糖球菌的抗菌效果，在图谱中，图4a中由于无复合抗菌剂，因此金黄色葡萄糖球菌生长良好，且分布由中间向外扩散，而图4b中由于加入了复合抗菌剂的复合抗菌聚酯短纤维，因此其在接近复合抗菌剂的培养基中细菌较少，且整体的培养基中细菌大幅度减少，可见，复合抗菌剂对金黄色葡萄糖球菌的抗菌效果良较好，抗菌性能＞92%，
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片经熔融纺丝制备得到，所述的复合抗菌聚酯母粒中铜离子和锌离子的质量分数之和为10～15%，且铜离子与锌离子的摩尔比为1:1；所述的复合抗菌聚酯母粒中复合抗菌剂的质量分数为10～20%，所述的复合抗菌聚酯短纤维中复合抗菌剂的质量分数为0.1～2%；
具体包括以下步骤：
（1）复合抗菌剂的制备
在超声带搅拌的条件下，向丙二胺四乙酸二钠溶液中加入硝酸钙溶液，然后调节体系pH为9～10，保持络合温度为5～10℃，络合时间为10～25min进行第一次络合；然后再调节体系pH为4～6，络合温度为10～25℃，加入硝酸锌溶液，进行第二次络合，络合时间为15～25min；再调节体系pH为7.5～8.0，络合温度35～45℃，加入硝酸铜溶液，进行第三次络合，络合时间为20～30min；最后向体系中加入乙二醇，使络合物沉淀析出，沉淀析出物采用真空干燥后得到复合抗菌剂；
（2）复合抗菌聚酯母粒初产物的制备
采用熔融共混的方法，以聚酯低聚物为原料，复合抗菌剂为改性剂，经双螺杆挤出机进行挤出造粒，制备得到复合抗菌聚酯母粒初产物；
（3）复合抗菌聚酯母粒的制备
采用多级液相增黏的工艺，以复合抗菌聚酯母粒初产物为原料，首先以二乙二醇钙为催化剂和置换剂，先经低温水解催化，并在常压条件下进行第一步液相增黏，然后再经第二步低真空液相增黏和第三步高温高真空液相增黏，制备得到复合抗菌聚酯母粒；
（4）复合抗菌聚酯短纤维的制备
以复合抗菌聚酯母粒和再生聚酯切片为原料，经螺杆熔融纺丝，再经后道拉伸定型，制备得到复合抗菌聚酯短纤维，所述的抗菌聚酯母粒在复合抗菌聚酯短纤维中的质量分数为1～6%；
所述复合抗菌聚酯短纤维的断裂强度为2.5～3.7cN/dtex，复合抗菌聚酯短纤维的抗菌性能为金黄色葡萄糖球菌的抗菌性能＞92%，大肠杆菌的抗菌性能＞90%，氨气的降解率＞70 mg/g· h。
2.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌剂的制备过程中，所述的硝酸钙与丙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:2～1:3；所述的硝酸锌与硝酸钙的摩尔比为1:0.3～1：0.5；所述的硝酸铜与硝酸锌的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌剂的制备过程中，所述丙二胺四乙酸二钠溶液的质量浓度为5～10g/L，所述硝酸钙溶液的摩尔浓度为0.5mol/L，所述硝酸锌溶液的摩尔浓度为0.5mol/L，所述硝酸铜溶液的摩尔浓度为0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌聚酯母粒初产物的制备过程中，所述的聚酯低聚物的重均分子量为5000～8000；所述的复合抗菌剂在复合抗菌聚酯母粒初产物中的质量分数为10～20%；所述的熔融共混工艺条件为熔融温度为200～260℃，螺杆剪切速率为103～104s-1。
5.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌聚酯母粒的制备过程中，所述的二乙二醇钙与复合抗菌聚酯母粒初产物的质量比为1:25～1:30。
6.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌聚酯母粒的制备过程中，所述的第一步液相增黏工艺的增黏温度为180～195℃，增黏时间为5～10min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第一次液相增黏后的特性粘度下降8～10%，且端羧基含量为35～55mol/t。
7.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌聚酯母粒的制备过程中，所述的第二步低真空液相增黏的增黏温度为240～250℃，增黏时间为30～45min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第二次液相增黏后的特性粘度为0.35～0.45dL/g。
8.根据权利要求1所述的一种复合抗菌聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：所述的复合抗菌聚酯母粒的制备过程中，所述的第三步高温高真空液相增黏的增黏温度为260～270℃，增黏时间为45～60min；所述的复合抗菌聚酯母粒初产物经第三次液相增黏后的特性粘度为0.65～0.75dL/g。
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Denomination of invention: The invention relates to a composite antibacterial polyester staple fiber and a preparation method thereof Effective date of registration: 20220310 Granted publication date: 20201103 Pledgee: China Postal Savings Bank Co.,Ltd. Changting County Branch Pledgor: FUJIAN JINYIFENG INDUSTRY AND TRADE Co.,Ltd. Registration number: Y2022350000029 |
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