CN112126996B - 一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于功能性纺织品领域，具体地说，涉及一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法，包括：(1)制备艾草精油包合物；(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，混合均匀；(3)制备粘胶纺丝原液，在粘胶纺丝原液中加入交联剂，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。纤维的干断裂强力为2.5‑15.4cN，抗菌级别达AAA级，水洗50次后H1N1抗病毒活性值≥2.0。本发明的制备方法工艺简单，能够充分利用艾草的抗菌物质，纤维的抗菌效果持久，具有良好的耐洗涤性，可广泛用于个人卫生防护等领域。

Description

一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能性纺织品领域，具体地说，涉及一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法。

背景技术

在现实生活中，人们不可避免地要接触到各种各样的细菌、真菌等微生物。这些微生物在合适的环境条件下会迅速生长繁殖，并通过接触传播疾病、影响着人们的身心健康。在人们的日常生活中，各种各样的纺织品是这些微生物的良好生存之地，也是疾病的重要传播源。

随着科技的进步和生活水平的日益提高，人们对纺织服装的要求越来越高，尤其对功能性、保健性要求，譬如，抗静电、防阻燃、抗菌性、抗病毒性等等。其中，抗菌纤维与抗菌纺织品受到了高度关注。

目前用于抗菌整理的抗菌剂主要有氯代酚、银、汞、铜、锌以及一些含硫化合物等强抗菌性化学物质，这些药物用量少，效果显著，但其安全性应引起人们的关注。研究发现部分有机金属化合物对人体的细胞和组织有毒害作用，会引起皮肤斑疹和炎症等。

有文献报到，采用具有抗菌作用的植物替代上述的抗菌性化学物质，例如，中国专利申请公开号第CN104963026号公开了一种艾草杆基粘胶丝纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)采用艾草杆作为原料，制备艾草杆浆粕；(2)利用艾草杆浆粕进一步制备艾草杆浆粕纺丝液；(3)将艾草杆基粘胶与以普通纤维素浆粕为原料所制备的普通粘胶混合均匀；(4)将共混粘胶过滤后引入凝固浴纺丝成型，然后再经丝条牵伸和后处理即制得艾草杆基粘胶丝纤维。该种方法是把艾草杆制成浆粕利用常规粘胶生工艺制成纤维，其主要利用的是艾草杆的甲种纤维素，由于艾草为草本植物，其甲种纤维素含量较低，纤维较短，用于生产粘胶纤维利用率低。浆粕制备过程中涉及高温蒸煮、碱化、黄化等工序，流程繁琐，过程中产生的黑液有机物含量高，处理废液的成本很大。

中国专利申请公开号第CN104775173A号公开了一种含艾草提取物的粘胶纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将艾草提取物粉末加入到水中充分搅拌至粉末完全溶解制成抗菌溶液；(2)抗菌溶液加入分散剂、羧甲基纤维素钠，和纺丝胶液共混，纺丝，后处理。由于纺丝胶液中存在大量的碱，抗菌溶液与纺丝胶共混时其中的艾草提取物会与碱发生反应，有效成分利用率低，需要添加艾草大量提取物来保证抗菌效果，成本较高，同时影响纤维的物理机械性能。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法。本发明的制备方法的工艺简单，能够充分利用艾草的抗菌物质，且抗菌效果持久，具有良好的耐洗涤性。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一目的是提供一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备艾草精油包合物；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，混合均匀；

(3)制备粘胶纺丝原液，在粘胶纺丝原液中加入交联剂，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

本发明中，先将艾草精油制备成包合物，再将其加入到纺丝酸浴中。艾草精油包合物与纺丝胶液中的交联剂形成化学键，与纤维牢固结合在一起，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。另外，艾草精油包合物可以避免艾草精油直接与碱接触，减少有效成分的损耗，最大程度保留艾草中的抗菌物质，纤维抗菌效果更加持久，耐水洗性良好。

本发明中的艾草精油，可以采用现有技术中的方案制备或者购买。本发明中，艾草精油包括挥发油、黄酮、多糖、鞣质等多种抗菌抗病毒成分。

艾草精油为市场常见的艾草精油提取物。艾草精油富含挥发油、黄酮、多糖、鞣质等抗菌抗病毒活性成分，如α-侧柏稀、蒎烯、木樨草素、槲皮素、儿茶素等，能有效对抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、枯草芽孢杆菌等，同时可以抑制流感病毒、乙肝病毒、艾滋病毒、单纯疱疹病毒等，具有良好的抗菌抗病毒效果。

进一步的方案，步骤(1)中，将艾草精油与包合剂溶解在水中，调节pH值呈酸性，制备艾草精油包合物；

优选的，所述的pH为1-4。

所述包合剂在酸性条件下的溶解性好，有利于提高艾草精油包合物的浓度。尤其当调节pH为1-4时，能够获得较高浓度的艾草精油包合物。如此，基于艾草精油包合物的浓度较高，则加入酸浴中时，同样浓度下的体积则较小，有利于在酸浴中快速分散，形成均一溶液。艾草精油包合物能够更均匀地与纤维大分子连接，从而提升纤维整体的抗菌效果。

进一步的方案，所述艾草精油与包合剂的质量混合比为1:1-10:1。

优选的，所述艾草精油与包合剂的质量混合比为1:1-5:1。

更优选的，所述艾草精油与包合剂的质量混合比为3:1-5:1。

本方案中，艾草精油与包合剂处于以上配比范围时，既能够达到稳定地与纤维连接的效果，又能够起到缓慢释放艾草中抗菌物质的效果，具有更持久的耐水洗性，抗菌效果更加持久。

具体的，本发明制备艾草精油包合物的方法包括：

称取一定量的艾草精油于容量瓶中，随后按照比例加入适当的包合剂溶液，25℃振荡15-20min，然后用硫酸溶液调节pH值，加入二次蒸馏水定容，制备艾草精油包合物。

进一步的方案，所述的包合剂选自环糊精、杯吡咯、杯咔唑、葫芦脲中的至少一种；

优选的，所述包合剂为葫芦脲；

优选的，所述包合剂为葫芦[7]脲。

本发明中，采用环糊精、杯吡咯、杯咔唑、葫芦脲均能够达到制备艾草精油包合物的效果，其中当采用葫芦[7]脲为包合剂时，效果最佳。

本发明选用的包合剂具有“外亲水，内疏水”的特性，可以将艾草精油包裹在其分子内部形成艾草精油包合物，同时包合剂耐酸碱性十分稳定，且在酸性条件下溶解性更好。

综合考虑包含效果、后续生产中在酸浴中的溶解效果、交联剂的安全性以及与交联剂的结合情况来看，当采用葫芦[7]脲为包合剂时，不但能够取得良好的包含艾草精油的效果，且在酸浴中的溶解性好，形成较高浓度的艾草精油包合物，与交联剂连接牢固，使艾草精油包合物牢牢固定在纤维上，使纤维抗菌效果更加持久，耐水洗性良好。

进一步的方案，艾草精油包合物加入到酸浴中的添加量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的1-20％。

同样的，由于包合剂，如葫芦[7]脲等，在酸性条件下溶解性较好，形成的艾草精油包合物加入到粘胶纤维纺丝过程中的酸浴中，溶解性便更好。而纺丝原液是强碱性，若将艾草精油包合物加入到纺丝原液中，艾草精油包合物的溶解性较低，则无法提高艾草精油包合物的加入量，则不利于获得抗菌性能更好的纤维。

进一步的方案，步骤(3)中，所述交联剂选自有机硅类、胺类、异氰酸酯类中的至少一种。

优选的，所述交联剂为胺类；

优选的，所述交联剂为尿素。

本发明中，交联剂可以连接纤维大分子与艾草精油包合物，使艾草精油包合物牢牢固定在纤维上，从而使纤维具有持久的抗菌性，耐水洗性能更好。

进一步的方案，步骤(3)中，所述交联剂加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.1％-10％。

优选的，所述交联剂加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.3％-6％。

本发明中，若添加的交联剂太少，则与艾草精油包合物的连接量较少，粘合在纤维上的艾草精油包合物少，纤维抗菌抗病毒效果差；若交联剂太多则会导致纺丝胶粘度下降，影响纤维成型。

进一步的方案，步骤(2)中，所述的酸浴包括硫酸、硫酸钠和硫酸锌。

进一步的方案，酸浴的组成为硫酸80-120g/L、硫酸钠280-330g/L、硫酸锌9-12g/L。

酸性条件下，包合剂例如葫芦[7]脲的溶解性更好，可以制备浓度较高的包合物，不影响纤维物理机械性能的前提下，保证纤维的抗菌抗病毒效果。另外，酸浴中的钠离子可以与包合剂中的羰基作用形成“盖”式结构，将艾草精油封锁在其空腔中，进一步降低艾草精油的流失，提高其利用率，同时延缓艾草精油的释放，延长纤维有效抗菌抗病毒的时间，增加产品耐久性。

步骤(3)中，制备艾草植物抗菌抗病毒纤维的具体步骤包括：

将交联剂以一定比例加入到纺丝胶液中，搅拌30min，然后将纺丝胶液送至纺丝槽。纺丝槽中的胶液受到压力挤出喷丝孔后形成细流进入酸浴，在酸浴中凝固而成为溶胀丝条，纤维素磺酸酯被分解而再生成纤维素大分子。而后经过一定比例的牵伸，提高纤维素大分子沿纤维轴向的取向度，赋予纤维较好的强度。

在此过程中交联剂一端的氨基与纤维素大分子结合，另一端的氨基与酸浴中的艾草精油包合物连接，将艾草精油包合物牢牢固定在纤维上，反映在宏观上则为纤维具有良好的抗菌抗病毒效果。

本发明中，制备纺丝胶液的过程和条件、牵伸的过程和条件、以及牵伸后的干燥等步骤均可以参考现有技术的常规方法进行。

本发明的第二目的在于提供一种如上任意一种方案或者组合方案所述的制备方法制备的艾草植物抗菌抗病毒纤维，由粘胶纺丝原液和艾草精油包合物进行纺丝而成。

进一步的方案，纤维的干断裂强力为2.5-15.4cN，抗菌级别达AAA级，水洗50次后H1N1抗病毒活性值≥2.0。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供一种艾草植物抗菌抗病毒纤维及其制备方法，本发明的制备方法的工艺简单，先将艾草精油制备成包合物，艾草精油包合物可以避免艾草精油直接与碱接触，减少有效成分的损耗，最大程度保留艾草中的抗菌物质，纤维抗菌效果更加持久，耐水洗性良好。

2、本发明中，将艾草精油包合物加入到纺丝酸浴中，在酸性条件下的溶解度高，能够获得较高浓度的艾草精油包合物，且艾草精油包合物与纺丝胶液中的交联剂能够形成化学键，与纤维分子牢固结合在一起，将艾草精油包合物牢牢固定在纤维上，反映在宏观上则为纤维具有良好的抗菌抗病毒效果，持久性好，耐水洗性好。

3、本发明的制备方法中，采用适宜的包合剂、溶解条件、交联剂、酸浴等，各条件协同配合，从而实现了大量的艾草精油包合物与纤维非常牢固地连接，降低艾草精油的流失，提高其利用率，同时延缓艾草精油的释放，延长纤维有效抗菌抗病毒的时间，增加产品耐久性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的具体实施方式，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

(1)将40g葫芦[7]脲溶解后，与120g艾草精油加入到250ml的容量瓶中，25℃振荡20min，然后用1mol/L的硫酸调节pH值至2，加入二次蒸馏水定容，制备艾草精油包合物；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，加入量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的12％，混合均匀；酸浴由硫酸100g/L、硫酸钠300g/L、硫酸锌10g/L组成；

(3)将尿素加入到粘胶纺丝原液中，加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的2％，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

实施例二

(1)将40g杯吡咯溶解后，与150g艾草精油加入到250ml的容量瓶中，25℃振荡20min，然后用1mol/L的硫酸调节pH值至1，加入二次蒸馏水定容，制备艾草精油包合物；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，加入量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的5％，混合均匀；酸浴由硫酸100g/L、硫酸钠280g/L、硫酸锌12g/L组成；

(3)将KH-550硅烷交联剂加入到粘胶纺丝原液中，加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的5％，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

实施例三

(1)将40g杯咔唑溶解后，与120g艾草精油加入到250ml的容量瓶中，25℃振荡20min，然后用1mol/L的硫酸调节pH值至4，加入二次蒸馏水定容，制备艾草精油包合物；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，加入量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的1％，混合均匀；酸浴由硫酸80g/L、硫酸钠330g/L、硫酸锌9g/L组成；

(3)将KH-792硅烷交联剂加入到粘胶纺丝原液中，加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的5％，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

实施例四

(1)将40g环糊精溶解后，与100g艾草精油加入到250ml的容量瓶中，25℃振荡20min，然后用1mol/L的硫酸调节pH值至3，加入二次蒸馏水定容，制备艾草精油包合物；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，加入量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的15％，混合均匀；硫酸120g/L、硫酸钠300g/L、硫酸锌12g/L组成；

(3)将异氰酸酯交联剂HD-36加入到粘胶纺丝原液中，加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的6％，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

试验例1

测定实施例一-实施例四制备的纤维的性能

纤维断裂强力测试方法参照GB/T 14337化学纤维-短纤维拉伸性能试验方法；

织物抗菌性测定方法参照FZ/T 73023-2006抗菌针织品；

纤维抗病毒效果测定方法参照ISO 18184-2019纺织品抗病毒活性的测定。

结果如下表1所示。

表1

对比例1

本对比例考察了采用不同包合剂制备艾草精油包合物对纤维的影响。

本对比例中，各试验组分别采用不同包合剂制备艾草精油包合物，包合剂与艾草精油的比值为1:3，其他用料和方法与实施例1相同。

其中，组1中没有添加包合剂，其他用料和方法与实施例1相同。

本对比例将对照组和各实施例获得的纤维经过多次水洗后，检测其长期抗病毒或抗菌效果的结果。

织物抗菌性测定方法参照FZ/T 73023-2006抗菌针织品；

纤维抗病毒效果测定方法参照ISO 18184-2019纺织品抗病毒活性的测定。

各纤维的性能具体如下表2所示：

表2

由上表可知，与未添加包合剂相比，采用葫芦[7]脲、杯吡咯、杯咔唑以及环糊精作为包合剂对艾草精油进行包合时，均能够达到使纤维抗菌抗病毒的目的。当采用葫芦[7]脲作为包合剂时，抗菌性能更佳，50次水洗抗病毒活性值更高，即耐水洗性更好，具有更持久的抗菌、抗病毒性能。

对比例2

本对比例考察了艾草精油包合物中包合剂与艾草精油的比值对纤维的影响。

各试验组分别采用不同配比的葫芦[7]脲与艾草精油制备艾草精油包合物，其他用料和方法与实施例1相同。

本对比例将对照组和各实施例获得的纤维经过多次水洗后，检测其长期抗病毒或抗菌效果的结果。

织物抗菌性测定方法参照FZ/T 73023-2006抗菌针织品；

纤维抗病毒效果测定方法参照ISO 18184-2019纺织品抗病毒活性的测定。

各纤维的性能具体如下表所示：

表3

由上表可知，当艾草精油：葫芦[7]脲的比值为10:1-1:1时，均能够达到使纤维抗菌抗病毒的目的。当艾草精油：葫芦[7]脲的比值为3:1-5:1时，50次水洗抗病毒活性值更高，即耐水洗性更好，具有更持久的抗菌、抗病毒性能；当比值更高时，50次水洗抗病毒活性值不再有提高。

对比例3

本对比例考察了采用不同交联剂对纤维的影响。

各试验组分别采用不同交联剂制备纤维，包合剂为葫芦[7]脲，包合剂与艾草精油的配比为1:3，其他用料和方法与实施例1相同。

本对比例将对照组和各实施例获得的纤维经过多次水洗后，检测其长期抗病毒或抗菌效果的结果。

织物抗菌性测定方法参照FZ/T 73023-2006抗菌针织品；

纤维抗病毒效果测定方法参照ISO 18184-2019纺织品抗病毒活性的测定。

各纤维的性能具体如下表所示：

表4

由上表可知，与未添加交联剂相比，采用尿素、KH-550硅烷交联剂、KH-792硅烷交联剂以及异氰酸酯交联剂HD-36作为交联剂时，均能够达到使纤维抗菌抗病毒的目的。当采用尿素作为交联剂时，抗菌性能更佳，50次水洗抗病毒活性值更高，即耐水洗性更好，具有更持久的抗菌、抗病毒性能。

对比例4

本对比例考察了交联剂的添加量对纤维的影响。

各试验组分别采用不同添加量的尿素，其他用料和方法与实施例1相同。

本对比例将对照组和各实施例获得的纤维经过多次水洗后，检测其长期抗病毒或抗菌效果的结果。

织物抗菌性测定方法参照FZ/T 73023-2006抗菌针织品；

纤维抗病毒效果测定方法参照ISO 18184-2019纺织品抗病毒活性的测定。

各纤维的性能具体如下表所示：

表5

说明：尿素的加入量按照其与粘胶纺丝原液中甲纤含量的质量比计算

由上表可知，当尿素的加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.1-10％时，均能够达到使纤维抗菌抗病毒的目的。当尿素的加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.3-6％时，50次水洗抗病毒活性值更高，即耐水洗性更好，具有更持久的抗菌、抗病毒性能；当比值更高时，纤维不能成型。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (13)

1.一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备艾草精油包合物，包括：将艾草精油与包合剂溶解在水中，调节pH值呈酸性，制备艾草精油包合物，所述艾草精油与包合剂的质量混合比为1:1-10:1，所述的包合剂选自环糊精、杯吡咯、杯咔唑、葫芦脲中的至少一种；

(2)将制备的艾草精油包合物加入到酸浴中，混合均匀；所述的酸浴包括硫酸、硫酸钠和硫酸锌；

(3)制备粘胶纺丝原液，在粘胶纺丝原液中加入交联剂，搅拌均匀后，喷入酸浴中进行纺丝，制得艾草植物抗菌抗病毒纤维。

2.根据权利要求1所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的pH为1-4。

3.根据权利要求1所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，所述艾草精油与包合剂的质量混合比为1:1-5:1。

4.根据权利要求1所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，所述包合剂为葫芦脲。

5.根据权利要求1所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，所述包合剂为葫芦[7]脲。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，艾草精油包合物加入到酸浴中的添加量为粘胶纺丝原液中甲基纤维素质量的1-20％。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述交联剂选自有机硅类、胺类、异氰酸酯类中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，所述交联剂为胺类。

9.根据权利要求7所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，所述交联剂为尿素。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述交联剂加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.1％-10％。

11.根据权利要求10所述的一种艾草植物抗菌抗病毒纤维的制备方法，其特征在于，所述交联剂加入量为粘胶纺丝原液中甲纤含量的0.3％-6％。

12.一种如权利要求1-11任意一项所述的制备方法制备的艾草植物抗菌抗病毒纤维，其特征在于，由粘胶纺丝原液和艾草精油包合物进行纺丝而成。

13.根据权利要求12所述的艾草植物抗菌抗病毒纤维，其特征在于，纤维的干断裂强力为2.5-15.4cN，抗菌级别达AAA级，水洗50次后H1N1抗病毒活性值≥2.0。