CN110552083A - 一种具有抗菌性能的长丝的制备方法 - Google Patents

一种具有抗菌性能的长丝的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有抗菌性能的长丝的制备方法，包括以下步骤：将改性聚氨酯与聚乳酸分别在100‑120℃真空条件下干燥，将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，形成熔体细流；将熔体细流在100‑110℃的冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，冷却固化，拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，拉伸，得成品。本发明将改性聚氨酯与聚乳酸混合，制备的纺丝具有优良的力学性能。

Description

一种具有抗菌性能的长丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纺丝的制备方法，特别涉及一种具有抗菌性能的长丝的制备方法。
背景技术
传统的合成纤维面料，只是具备一些纤维材料本身所具有的普通性能，但是诸如环保性、吸湿性、抗菌、抗紫外、防辐射等其他性能均非常欠缺，传统的薄膜只具备普通薄膜本身所具有的普通性能，但是诸如抗菌、环保性、抗紫外、运红外等性能欠缺。
中国专利"CN201510117354"提供了一种抗菌氨纶纤维及其制备方法，该发明专利制备的抗菌氨纶纤维性能稳定、均一，具有抗菌性不具有别的特殊性能，此外通过额外添加的组分制备的抗菌性能在纺丝过程中易损失。
中国专利“CN 201410611814.9”提供了一种壳聚糖改性氨纶长丝制备方法，该方法将聚酰胺膜浸泡在1.1-1.3％戊二醛溶液中3h，反应完毕后去离子水洗，浸泡在15-20mg/mL壳聚糖溶液中，温度为4℃，时间为24h，得壳聚糖聚氨酯膜，用2％冰醋酸洗涤，NaOH中和至中性，去离子水洗涤，得壳聚糖接枝聚氨酯膜；利用得到的改性聚氨酯膜制备氨纶长丝。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种具有抗菌性能的合成材料及其制备方法，解决了现有技术中合成材料的抗菌性能较差，对纺丝工艺影响较大的问题。
技术方案：本发明中所述的一种具有抗菌性能的长丝的制备方法，包括以下步骤：(1-1)将改性聚氨酯与聚乳酸分别在100-120℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；(1-2)将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在190-200℃，形成熔体细流；(1-3)将熔体细流在100-110℃的冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；(1-4)将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压300-330Pa、风速0.2-0.4m/s，冷却固化，同时在1000-1200m/min的纺织速度下拉伸；(1-5)将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
进一步地，步骤(1-1)中，所述改性聚氨酯与聚乳酸的质量比为1-3:1。
进一步地，步骤(1-1)，所述改性聚氨酯的制备方法如下：(2-1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌降解，得到壳聚糖分子A；(2-2)将壳聚糖分子A溶解在溶液中，在10000-12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；(2-3)将壳聚糖微球与聚氨酯在戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
本发明中，步骤(2-1)中使用的醋酸水解壳聚糖，醋酸的浓度和水解时间影响壳聚糖的降解速度和降解程度，故可综合生产成本、生产周期等因素，确定醋酸的浓度。
本发明中，步骤(2-1)中进行酸解的壳聚糖分子的初始分子量无限定，可选用市场销售的壳聚糖分子，分子量通常在30万-100万左右。
本发明中，步骤(2-1)中除了用醋酸水解外，还可与使用盐酸或者其他方式水解，如酶解等，而盐酸也是常用的手段，是本发明步骤(2-1)中醋酸水解的等同方式，但醋酸根的引入对后续步骤的影响小于氯离子的引入的影响，故最优方式为选用醋酸溶液对壳聚糖分子进行酸解。
本发明中，步骤(2-1)中，壳聚糖分子经过水解后得到的壳聚糖分子A的分子量在46-68kDa，水解终点的控制为粘度的测定，根据高分子粘度与分子量的计算公式得到该范围的壳聚糖溶液的粘度，当水解溶液的粘度，落入该范围内，停止反应，具体计算方式可参考文献《壳聚糖粘均分子质量的测定》或其他现有文献。
随后利用醇沉或者离心方式，将降解后的壳聚糖分子A提纯。
本发明中，步骤(2-2)中，利用上述分子量的壳聚糖分子，在高速均质条件下，可获得壳聚糖微球，均质的温度在50-60℃之间，配置的壳聚糖分子A溶液的质量百分数在0.01mg/ml，壳聚糖分子A溶解的时候，可在溶解的蒸馏水溶液中滴加1-3滴冰醋酸。
本发明中，步骤(2-2)中，所得的壳聚糖微球除了用冷冻干燥的方法获得壳聚糖微球粉末，还可以用减压蒸馏的方式，获得壳聚糖微球粉末。
本发明中，步骤(2-3)中，所述壳聚糖微球与聚氨酯的质量比为1-2:100，壳聚糖微球和聚氨酯的质量比需严格控制在1-2:100之间，微球占比偏多，则后续纺丝过程中的粘度无法控制，会封堵纺丝组件；微球占比偏低，一则无法达到抑菌效果，二则降低材料Tg温度。
本发明中，选用聚氨酯CAS号为30322-28-2，所述聚氨酯的分子量为5000-8000Da。
优选地，步骤(2-1)中所述醋酸溶液的质量百分数为5-8％。
本发明中，戊二醛的浓度选择与聚氨酯的分子量和微球的粒径相关，优选地，步骤(2-3)中所述戊二醛溶液的质量百分数为1.5-2％。
本发明步骤(1-1)中，还包括氧化锌颗粒，使得材料进一步具有除臭的功能。
进一步地，步骤(1-1)中，所述改性聚氨酯、聚乳酸和氧化锌颗粒的质量比为1-3:1:0.01-0.05。
有益效果：(1)本发明中利用将壳聚糖高分子先用酸降解，将降解后的壳聚糖分子，制备成粒径在1-3μm范围内的微球，随后将壳聚糖微球与聚氨酯交联，使得改性的聚氨酯具有抑菌功能；(2)本发明改变了壳聚糖的分子量，降低了壳聚糖分子粘度对复合材料纺丝过程的影响；(3)本发明将改性聚氨酯与聚乳酸混合，制备的纺丝具有优良的力学性能；(4)本发明在纺丝中加入氧化锌，增加了纺丝的韧性，并增加了纺丝的除臭功能。
具体实施方式
一、原料来源
壳聚糖：平均分子量为30万-50万；
聚氨酯：平均分子量为8000Da；
聚乳酸：平均分子量为1-2万；
氧化锌购自石家庄锐拓化工科技有限公司；
其余材料均为市售所得。
二、样品制备
2.1改性聚氨酯的制备
将壳聚糖溶于质量百分浓度为6％的醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解4.5h，得到壳聚糖分子A；将壳聚糖分子A溶解在蒸馏水中，滴加少许冰醋酸，使得壳聚糖分子A在蒸馏水中溶解，配置成浓度为0.01mg/ml的壳聚糖分子A溶液，在11000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；将1.5g壳聚糖微球与聚氨酯按照质量比为1.5:100在1.5-2％戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
2.2纺丝的制备
实施例1：将质量比为1：1改性聚氨酯与聚乳酸分别在110±10℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在195±5℃，形成熔体细流；将熔体细流在105±5℃冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压320±10Pa、风速0.3±0.1m/s，冷却固化，同时在1100±100m/min的纺织速度下拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
实施例2：将质量比为3:1改性聚氨酯与聚乳酸分别在110±10℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在195±5℃，形成熔体细流；将熔体细流在105±5℃冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压320±10Pa、风速0.3±0.1m/s，冷却固化，同时在1100±100m/min的纺织速度下拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
实施例3：将质量比为2:1改性聚氨酯与聚乳酸分别在110±10℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在195±5℃，形成熔体细流；将熔体细流在105±5℃冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压320±10Pa、风速0.3±0.1m/s，冷却固化，同时在1100±100m/min的纺织速度下拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
实施例4：将质量比为1:1:0.01改性聚氨酯、聚乳酸和氧化锌分别在110±10℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在195±5℃，形成熔体细流；将熔体细流在105±5℃冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压320±10Pa、风速0.3±0.1m/s，冷却固化，同时在1100±100m/min的纺织速度下拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
实施例5：将质量比为3:1:0.05改性聚氨酯、聚乳酸和氧化锌分别在110±10℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在195±5℃，形成熔体细流；将熔体细流在105±5℃冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压320±10Pa、风速0.3±0.1m/s，冷却固化，同时在1100±100m/min的纺织速度下拉伸；将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
对比例1：仅含有改性聚氨酯进行纺丝，其余同实施例1。
对比例2：仅含有聚乳酸进行纺丝，其余同实施例1。
三、结果检测
3.1样品热收缩率的测定
将制备的样品测定沸水收缩率和干热收缩率的测试，结果见表1。
3.2样品机械性能的测定
分别测定样品的断裂强度和断裂伸长率，结果见表2。
3.3测定结果
表1不同样品的热收缩率的测定结果
样品 沸水收缩率(％) 干热收缩率(％)
实施例1 9.1 18.3
实施例2 9.4 16.4
实施例3 9.3 16.9
实施例4 8.3 15.6
实施例5 8.8 16.0
对比例1 11.3 22.1
对比例2 12.2 20.5
表2不同样品的机械性能测定结果
从表1的结果可以看出，本发明制备的纺丝性能稳定，具有优良的防热收缩性能。并且从本发明的整体工艺步骤可以看出，复合材料的添加并未对纺丝过程中熔融材料的粘度产生很大影响，不会造成纺丝仪器的封堵。从表2的结果可以看出，本发明制备的纺丝处理具有抗菌性能外，还具有优良的力学性能。

Claims (10)

1.一种具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1-1)将改性聚氨酯与聚乳酸分别在100-120℃真空条件下干燥，分别将干燥好的改性聚氨酯与聚乳酸混合，然后将混合物加入单螺杆挤出机；
(1-2)将混合物在单螺杆挤出机中混合、压缩、熔融，形成混合熔体，控制熔体的温度在190-200℃，形成熔体细流；
(1-3)将熔体细流在100-110℃的冷却装置中缓慢冷却，形成纤维；
(1-4)将所得的纤维进入丝室，在冷空气下控制送风温度为20-25℃，风压300-330Pa、风速0.2-0.4m/s，冷却固化，同时在1000-1200m/min的纺织速度下拉伸；
(1-5)将冷却后的纤维经过油辊上油，再经牵伸热盘预拉伸，然后卷装成型，得成品。
2.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于步骤(1-1)中，所述改性聚氨酯与聚乳酸的质量比为1-3:1。
3.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于步骤(1-1)，所述改性聚氨酯的制备方法如下：
(2-1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌降解，得到壳聚糖分子A；
(2-2)将壳聚糖分子A溶解在溶液中，在10000-12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；
(2-3)将壳聚糖微球与聚氨酯在戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
4.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，步骤(2-1)中所述壳聚糖分子A的分子量在46-68kDa。
5.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，步骤(2-3)中所述壳聚糖微球与聚氨酯的质量比为1-2:100。
6.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，步骤(2-3)中所述聚氨酯的分子量为5000-8000Da。
7.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，步骤(2-1)中所述醋酸溶液的质量百分数为5-8％。
8.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于，步骤(2-3)中所述戊二醛溶液的质量百分数为1.5-2％。
9.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于步骤(1-1)中，还包括氧化锌颗粒。
10.根据权利要求9所述的具有抗菌性能的长丝的制备方法，其特征在于步骤(1-1)中，所述改性聚氨酯、聚乳酸和氧化锌颗粒的质量比为1-3:1:0.01-0.05。
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