CN110592694B - 抗菌天丝用氧化锌粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌天丝用氧化锌粉体及其制备方法，其首先将纤维素纤维溶解在特定浓度的NMMO水溶液并调整溶液呈碱性形成第一混合溶液，再将活性氧化锌粉体置于另一特定浓度的NMMO水溶液中调整至碱性后再进行研磨形成第二混合溶液，将上述第一、二混合溶液按一定比例混合后继续研磨形成氧化锌粉体分散液后通过喷雾干燥形成氧化锌粉体。该氧化锌粉体可直接添加到天丝用纺丝溶液中，由于氧化锌在强碱环境中不与NMMO反应，也不产生游离的银离子，不变色，所以容易回收且不会带来杂质，不会使得天丝变色，能够为天丝提供持久高效的抗菌性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种氧化锌粉体及其制备方法，尤其涉及一种抗菌天丝用氧化锌粉体及其制备方法，属于无机粉体改性技术领域。
背景技术
天丝纤维是以天然植物纤维为原料如可再生竹、木等捣碎后形成的浆粕等生产而成的纤维，于20世纪90年代中期问世，其生产工艺先进，溶剂回收率高达99.7％，且不会如同传统的粘胶纤维等在生产过程中释放二氧化硫、硫化氢等有害气体，原料来源丰富、生产节能环保。且天丝纤维兼具天然纤维和合成纤维的多种优良性能，如天然纤维棉花所具有的舒适性、手感好、易染色等优点，如合成纤维所具有的强度高、不缩水等优点，且由其制备而成的衣物不仅光泽自然、手感滑润、强度高、不缩水等，同时具有优异的透湿性和透气性，尤其与羊毛混纺所形成的织物效果良好，因此被誉为近半个世纪以来人造纤维史上最具价值的产品。
随着社会发展和生活水平提高，人们对纺织品的需求已不仅仅局限于其具有耐用性，为使生活更加健康、舒适和环保，能够满足人们日常需求且具有功能性的纺织品已逐渐成为纺织品发展潮流，其中尤其以抗菌纺织品发展较快，特别是具有抗菌性能的天丝。
抗菌天丝是一种添加有抗菌物质的天丝纤维，现有技术中所使用的抗菌物质大多为银离子型抗菌剂，然而由于天丝的纺丝液使用碱性的N-甲基吗啉-N-氧化物作为溶剂，现有技术中所使用的大多数银离子型抗菌剂容易在该溶剂中溶出被氧化成褐色氧化银，使得天丝变色，也导致出现溶液杂质太多难以回收，抗菌物质失效天丝抗菌性能不佳等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗菌天丝用氧化锌粉体及其制备方法，制备所得的氧化锌粉体可直接添加到天丝用纺丝溶液中，由于氧化锌在强碱环境中不与NMMO反应，也不产生游离的银离子，不变色，所以容易回收且不会带来杂质，不会使得天丝变色，能够为天丝提供持久高效的抗菌性能。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，该制备方法包括下述制备步骤：
(1)将N-甲基吗啉-N-氧化物溶解于纯净水中，分别形成质量百分浓度为80-90wt.％和质量百分浓度为10-80wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
(2)取浓度为80-90wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将纤维素纤维加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，使用pH调节剂调整pH值至10-12后在100-110℃加热溶解成均匀透明液体，形成第一混合溶液待用；其中纤维素纤维用量占该第一混合溶液总质量的10-25wt.％；
(3)取浓度为10-80wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将活性氧化锌粉体加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中进行混合后，使用pH调节剂调整pH值至10-12后加入砂磨机中研磨至活性氧化锌粉体粒径小于1μm，形成第二混合溶液待用；其中活性氧化锌粉体的用量占该第二混合溶液总质量的10-50wt.％；
(4)在砂磨机中向处于持续研磨状态的第二混合溶液中倒入第一混合溶液，继续研磨5-10min后出料形成氧化锌粉体分散液；其中第一混合溶液与第二混合溶液的质量比为1:(9-99)；
(5)将上述氧化锌粉体分散液通过喷雾干燥形成抗菌天丝用氧化锌粉体，其中喷雾干燥出口温度低于120℃。
其进一步的技术方案是：
所述纤维素纤维为天然木浆和原木木浆中的一种。
所述氧化锌粉体为具有微纳结构的氧化锌粉体团聚体，该氧化锌粉体团聚体的粒径小于5μm，且该氧化锌粉体团聚体中的粉体表面任一单维尺寸小于100nm。
所述氧化锌粉体团聚体中氧化锌粉体的晶体形状为棒状、球状和花瓣状中的至少一种。
所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
本发明还公开了一种上述制备方法制备所得的抗菌天丝用氧化锌粉体。
本发明的有益技术效果是：本申请首先将纤维素纤维溶解在特定浓度的NMMO水溶液并调整溶液呈碱性形成第一混合溶液，再将活性氧化锌粉体置于另一特定浓度的NMMO水溶液中调整至碱性后再进行研磨形成第二混合溶液，将上述第一、二混合溶液按一定比例混合后继续研磨形成氧化锌粉体分散液后通过喷雾干燥形成氧化锌粉体。该氧化锌粉体应用在天丝纤维纺丝中作为抗菌成分使用时，由于氧化锌不会被碱性的NMMO氧化，因此天丝纤维能够始终保持白色不变色；同时该氧化锌粉末仅存在于天丝中，不会在水洗过程中从天丝上溶出出现在溶剂中，能够保证溶剂中杂质含量少，从而便于回收；由于经水洗后天丝纤维中氧化锌粉体的保留率较高，使得该纤维的抗菌性能较优，大肠杆菌的抑菌率能够达到99.9％，远高于使用常规银离子型抗菌剂时天丝的抑菌率。
附图说明
图1是本申请具体实施例1制备所得氧化锌粉体的粒径分布图；
图2是本申请具体实施例1制备所得氧化锌粉体分散在天丝中的电镜图片。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
具体实施例1
(1)将N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶解于纯净水中，分别形成质量百分浓度为88wt.％和质量百分浓度为60wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
(2)取浓度为88wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将其加热至105℃后，将纤维素纤维加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，使用pH调节剂调整pH值至10-12后，溶解成均匀透明液体，形成第一混合溶液待用；其中纤维素纤维用量占该第一混合溶液总质量的20wt.％；
(3)取浓度为60wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将活性氧化锌粉体加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中进行混合后，使用pH调节剂调整pH值至10-12后加入砂磨机中研磨至活性氧化锌粉体粒径小于1μm(D100)，形成第二混合溶液待用；其中活性氧化锌粉体的用量占该第二混合溶液总质量的20wt.％；
(4)在砂磨机中向处于持续研磨状态的第二混合溶液中倒入第一混合溶液，继续研磨5-10min后出料形成氧化锌粉体分散液；其中第一混合溶液与第二混合溶液的质量比为1:20；
(5)将上述氧化锌粉体分散液通过喷雾干燥形成抗菌天丝用氧化锌粉体，其中喷雾干燥出口温度控制为80℃。
其中纤维素纤维选用天然木浆；其中氧化锌粉体团聚体的粒径小于5μm，且该氧化锌粉体团聚体中的粉体表面任一单维尺寸小于100nm，且该氧化锌粉体团聚体中氧化锌粉体的晶体形状为棒状；其中pH调节剂为氢氧化钠。
上述制备所得的抗菌天丝用氧化锌粉体的粒径为252nm，具体粒径分布参见附图1中所述。
具体实施例2
(1)将N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶解于纯净水中，分别形成质量百分浓度为85wt.％和质量百分浓度为55wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
(2)取浓度为85wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将其加热至100℃后，将纤维素纤维加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，使用pH调节剂调整pH值至10-12后，溶解成均匀透明液体，形成第一混合溶液待用；其中纤维素纤维用量占该第一混合溶液总质量的25wt.％；
(3)取浓度为55wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将活性氧化锌粉体加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中进行混合后，使用pH调节剂调整pH值至10-12后加入砂磨机中研磨至活性氧化锌粉体粒径小于1μm(D100)，形成第二混合溶液待用；其中活性氧化锌粉体的用量占该第二混合溶液总质量的25wt.％；
(4)在砂磨机中向处于持续研磨状态的第二混合溶液中倒入第一混合溶液，继续研磨5-10min后出料形成氧化锌粉体分散液；其中第一混合溶液与第二混合溶液的质量比为1:25；
(5)将上述氧化锌粉体分散液通过喷雾干燥形成抗菌天丝用氧化锌粉体，其中喷雾干燥出口温度控制为90℃。
其中纤维素纤维选用原木木浆；其中氧化锌粉体团聚体的粒径小于5μm，且该氧化锌粉体团聚体中的粉体表面任一单维尺寸小于100nm，且该氧化锌粉体团聚体中氧化锌粉体的晶体形状为球状；其中pH调节剂为氢氧化钾。
上述制备所得的抗菌天丝用氧化锌粉体的粒径为247nm。
以上述具体实施例1制备所得的粉体为例和市售银离子磷酸锆粉体为对比例进行抗菌纤维制备，具体制备方法如下。
抗菌纤维1：使用本申请制备所得氧化锌粉体。
取本申请具体实施例1中制备所得的氧化锌粉体10g加入到850gNMMO水溶液和150g木浆纤维中，加热到105℃，熔融后经纺丝头纺成短纤维，水洗去NMMO溶剂再回收利用，纤维干燥成成品。
抗菌纤维2：使用市售银离子磷酸锆粉体。
取市售银离子磷酸锆粉体10g加入到850gNMMO水溶液和150g木浆纤维中，加热到105℃，熔融后经纺丝头纺成短纤维，水洗去NMMO溶剂再回收利用，纤维干燥成成品。
对上述制备所得的抗菌纤维1和抗菌纤维2进行颜色稳定性、粉体分散位置及抗菌效果的对比，对比结果参见表1中所述，其中抗菌纤维1中粉体分布电镜图参见附图2所示。
表1抗菌纤维1和抗菌纤维2性能对比
| 颜色稳定性 | 粉体分散位置 | 抗菌效果 | |
| 抗菌纤维1 | 纤维保持白色不变 | 仅存在于天丝中 | 大肠杆菌抑菌率99.9％ |
| 抗菌纤维2 | 纤维由白色转变为氧化银的褐色 | 天丝和溶剂中都有 | 大肠杆菌抑菌率35.2％ |
从上所述性能对比中可以看出，使用本申请所述制备方法制备所得的抗菌天丝使用氧化锌作为抗菌成分时，由于氧化锌不会被碱性的NMMO氧化，因此天丝纤维能够始终保持白色不变色；同时该氧化锌粉末仅存在于天丝中，不会在水洗过程中从天丝上溶出出现在溶剂中，能够保证溶剂中杂质含量少，从而便于回收；由于经水洗后天丝纤维中氧化锌粉体的保留率较高，使得该纤维的抗菌性能较优，大肠杆菌的抑菌率能够达到99.9％，远高于使用常规银离子型抗菌剂时天丝的抑菌率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，包括下述制备步骤：
(1)将N-甲基吗啉-N-氧化物溶解于纯净水中，分别形成质量百分浓度为80-90wt.％和质量百分浓度为10-80wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
(2)取浓度为80-90wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将纤维素纤维加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中，使用pH调节剂调整pH值至10-12后在100-110℃加热溶解成均匀透明液体，形成第一混合溶液待用；其中纤维素纤维用量占该第一混合溶液总质量的10-25wt.％；
(3)取浓度为10-80wt.％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液，将活性氧化锌粉体加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中进行混合后，使用pH调节剂调整pH值至10-12后加入砂磨机中研磨至活性氧化锌粉体粒径小于1μm，形成第二混合溶液待用；其中活性氧化锌粉体的用量占该第二混合溶液总质量的10-50wt.％；
(4)在砂磨机中向处于持续研磨状态的第二混合溶液中倒入第一混合溶液，继续研磨5-10min后出料形成氧化锌粉体分散液；其中第一混合溶液与第二混合溶液的质量比为1:(9-99)；
(5)将上述氧化锌粉体分散液通过喷雾干燥形成抗菌天丝用氧化锌粉体，其中喷雾干燥出口温度低于120℃。
2.根据权利要求1所述的抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，所述纤维素纤维为天然木浆。
3.根据权利要求1所述的抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中将活性氧化锌粉体加入该N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中进行混合中的氧化锌粉体为具有微纳结构的氧化锌粉体团聚体，该氧化锌粉体团聚体的粒径小于5μm，且该氧化锌粉体团聚体中的粉体表面任一单维尺寸小于100nm。
4.根据权利要求3所述的抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，所述氧化锌粉体团聚体中氧化锌粉体的晶体形状为棒状、球状和花瓣状中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗菌天丝用氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。
6.一种权利要求1-5中任一权利要求所述制备方法制备所得的抗菌天丝用氧化锌粉体。
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