CN112663164A

CN112663164A - 一种鞋材用高活性茶炭纤维及其制备方法

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Publication number: CN112663164A
Application number: CN202011580054.1A
Authority: CN
Inventors: 赵学涛; 王银凤; 曾宪耀; 苏加明; 王朝生; 杨帅奇; 何秋梅; 宋俊华
Original assignee: Guangping Xiduo Feizhi Technology Co ltd
Current assignee: Guangping Xiduo Feizhi Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明公开了一种鞋材用高活性茶炭纤维及其制备方法，采用农林废弃物茶叶、茶渣以及茶梗为原料，采用低温煅烧活化改性技术，制备具有高茶多酚含量的茶炭，经活性粉碎工艺，制备得到高活性的功能茶炭；再经熔融挤出的方法，制备鞋材用高活性茶炭纤维；所得产品中多酚含量为10‑500ppm，对金黄色葡萄糖球菌的抑菌率＞95%，大肠杆菌的抑菌率＞90%，白链球菌的抑菌率＞85%；其消臭性能对醋酸消除率＞99%，草酸消除率＞97%以及乙二胺消除率＞97；远红外发射率＞0.9，远红外辐射温升＞1.5，用于鞋材面料纤维，具有优异的抗菌除臭性能，保证鞋材无异味，且微量茶多酚能够具有优异的抗氧化性能，对于提升鞋材尤其是鞋内微环境的微生物平衡具有非常重要的作用。

Description

一种鞋材用高活性茶炭纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纺织生产技术领域，尤其涉及一种鞋材用高活性茶炭纤维及其制备方法。

背景技术

茶炭是以农林废弃物为原料经过碳化后得到的高活性炭材料，茶纤维是将茶叶中含有的茶多酚、茶色素等抗菌剂以微细粒或溶液的形式加入黏胶纺丝溶液，采用常规湿法纺丝喷丝工艺制得的一种具有抗菌防臭功能的黏胶纤维，广泛用于家用纺织品和贴身服装等领域，茶叶中含有的茶多酚具有广谱的抗菌性能。但常规的的茶炭制备工艺中温度较高常采用400℃以上的煅烧工艺，其茶多酚含量基本无残留，导致茶炭材料的抗菌等性能有限。

中国专利一种茶炭净水材料及其制备方法和应用（CN201810172207.5）和一种茶炭及其制备方法（CN201710897310.1）公开了茶炭材料的制备工艺，其主要采用的高温煅烧过程，制备具有高孔隙率的茶炭材料，但因高温煅烧后，其茶多酚等活性成分流失，导致其抗菌抑菌等活性差，因此主要应用其多孔隙结构，用于水处理或者材料的吸附等领域。

中国专利报道了释放负离子的茶纤维及其制备方法（CN200910131844.9），以天然茶原纤维为原料，1、茶原纤维是采用物理、化学相结合的方法将天然茶树加工制得的天然茶纤维。2、化学溶解法茶浆纤维：采用水解-碱法及多段漂白精制而制成茶浆粕，再经催化处理，提高纤维素含量，在满足纤维生产要求的基础上，由化纤厂加工制成茶纤维。3、茶炭纤维：①是选用微纳米级茶炭粉，经过特殊工艺加入纺丝溶液中，再经近似常规湿法、干法或干湿法纺丝工艺纺织出纤维产品；②是将茶炭进行表面处理制备母料，融熔纺丝。4、整理涂覆茶纤维织物。茶纤维具有自然和环保特性，适用于生产贴身和防护型纺织品，茶纤维的功能具有永久性，不受洗涤次数影响，广泛应用于纺织、服装、养生、保健领域。中国专利公开了一种茶炭涤纶单丝（ZL201210088215.4），其原料质量百分比：茶炭涤纶母粒为1-10%；聚酯为余量；制备方法的具体步骤：以所述茶炭聚酯母粒与聚酯切片作为纺丝原料，通过高速熔融纺丝工艺制得含茶炭成分的U型涤纶单丝，其中所述茶炭聚酯母粒占聚酯切片的质量百分比为1-10％；所述纺丝过程采用UDY-DT工艺；其中冷却方式采用吹风冷却或自然冷却，获得含茶炭成分的涤纶未取向丝，再经拉伸获得茶炭涤纶单丝。本发明的优点：具有吸附、消除异味功能；含有大量对身体有益的微量元素；具有远红外、负离子发射、抗菌保健功能；织物的手感柔软，舒适功能佳；安全性高，与皮肤接触安全、舒适；内置微纳米茶炭，表现出优秀的耐洗性，面料功能能长期保持；应用广泛。中国专利公开了一种茶炭涤纶单丝的生产工艺（ZL201310622327.8），包括如下步骤：1）取35-40质量份茶炭粉末、4-6质量份氧化锆超细粉末、7-9质量份纳米银、45-55质量份聚对苯二甲酸丁二醇酯制备茶炭涤纶母粒；2）以15-20质量份茶炭涤纶母粒与70-90质量份聚酯切片作为纺丝原料，通过高速熔融纺丝工艺制得含茶炭成分的U型涤纶单丝；所述纺丝过程采用UDY-DT工艺；纺丝温度为325-330℃；冷却风温度为10-15℃，风速6-8m/s；纺丝速度为1300-1500m/min；拉伸倍率1-2倍。本发明利用茶炭本身就具有黑颜色，在生产过程中省去了染色这一道工序，避免了工业染料对人体的损害。中国专利连续高强芯皮复合型茶炭涤纶纤维（ZL201210193128.5）报道了一种连续高强芯皮复合型茶炭涤纶纤维，利用纳米级天然茶原纤维、纳米级活性炭微粒和吸湿易染ECDP聚酯通过芯皮复合型结构和一系列独特的过滤、熔融、挤压等工艺的设计，克服现有技术中合成纤维存在强度、吸湿、透气、易染、吸附和抗菌等性能无法共同存在的纤维的技术难题；实现了纤维的强度、吸湿、透气、易染、吸附、抗菌以及舒适等性能是同等纤维的数倍以上，对服用纤维的舒适性能以及对环境和人体无害，也省略了纤维后续的染色，强化强度、吸湿、透气、较强吸附的后处理的有益优势。但对于茶炭制备工艺主要还是采用常规的高温碳化工艺，其研磨工艺较容易，而对于茶炭中的茶多酚分成未有说明，且对于高含量高活性的茶炭并未报道。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种鞋材用高活性茶炭纤维及其制备方法。

为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：

一种鞋材用高活性茶炭纤维，以茶加工废弃物为原料，通过低温碳化得到茶炭，经类超临界活化，并以超临界二氧化碳为介质湿法研磨，得到纳米茶炭与聚酯切片经熔融挤出和纺丝得到鞋材用高活性茶炭纤维；

其中，所述低温碳化温度为180-250℃；

其中，所述鞋材用高活性茶炭纤维中多酚含量为10-500ppm，对金黄色葡萄糖球菌的抑菌率＞95%，大肠杆菌的抑菌率＞90%，白链球菌的抑菌率＞85%（FZ/T 73023-2006）；其消臭性能对醋酸消除率＞99%，草酸消除率＞97%以及乙二胺消除率＞97%（JIS L 0217 103方法）；远红外发射率＞0.9，远红外辐射温升＞1.5（GB/T 30127-2013）。

一种如上所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）茶炭的预处理：以农林废弃物中的茶叶、茶渣和茶梗为原料，首先对原料进行60-80℃的热水清洗浸泡6-12h处理，然后再在常温下晒干处理，得到茶叶干，再进行厌氧发酵，使茶叶干中水分含量为1000-5000ppm，得到预处理好的茶炭；

（2）茶炭的制备：以步骤1制备得到的预处理好的茶炭为原料，然后在氮气保护气体中180-250℃进行低温碳化6-8h，然后再转移到高压活化反应器中高压活化反应，以水为介质，采用类超临界反应条件，控制高压活化反应器中的压力为15.0-22.0MPa，高压活化反应器温度为280-350℃，进行高压活化反应6-12h，制备得到茶炭；

（3）纳米茶炭的制备：以步骤2制备得到的茶炭为原料，采用超临界二氧化碳为介质进行高速研磨分散，通过分级处理后制备得到纳米茶炭；

（4）茶炭母粒的制备：以步骤3制备得到的纳米茶炭和高粘度聚酯切片为原料，采用熔融共混双螺杆挤出的方法，把纳米茶炭、耐高温分散剂和高粘度聚酯切片进行熔融共混，再经冷却切粒得到茶炭母粒；

（5）鞋材用高活性茶炭纤维的制备：以步骤4制备得到的茶炭母粒和常规聚酯切片为原料，采用熔融纺丝的方法，经双螺杆挤出后再经纺前过滤，进入到纺丝组件，进行熔融纺丝，经环吹风冷却、上油、牵伸、卷绕得到鞋材用高活性茶炭纤维。

进一步的，所述步骤4中高粘度聚酯切片的指标为特性粘度为0.80-0.85dL/g。

进一步的，所述步骤4中耐高温分散剂选自季戊四醇硬脂酸酯和双季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种。

进一步的，所述步骤4中纳米茶炭在茶炭母粒中的质量分数为5-25%，所述耐高温分散剂在茶炭母粒中的质量分数为1-3%。

进一步的，所述步骤5中茶炭母粒在鞋材用高活性茶炭纤维的质量分数为2-10%。

进一步的，所述步骤5中常规聚酯切片的指标为特性粘度为0.66-0.70dL/g。

进一步的，所述步骤5中环吹风风速为0.2-0.6米/分钟，环吹风风筒长度为90-150厘米，拉伸倍数为3.5-4.0倍，纺丝卷绕速度为3500-4500米/分钟。

本发明的优点是：

本发明利用农林废弃物茶叶、茶渣以及茶梗为原料，通过煅烧后得到具有高茶多酚含量的茶炭材料，用于鞋材纤维的制备变废为宝具有非常重要的意义；常规的材料碳化工艺过程中，高温碳化，温度较高，通过有机质的高温分解，但存在着得率低，且碳材料中有机质分解严重，残留的其他功能组分流失；本发明通过利用茶叶材料中的纤维素结构的分解在180℃即可进行分解，利用在分解过程中低温缓慢分解过程使有机质得到缓慢碳化，保留不分解的有机质的残留，尤其是茶多酚结构，避免了高温碳化过程中导致的有机质茶多酚等结构的分解流失问题。

常规的高温碳化材料脆性大，研磨工艺较简单，而低温碳化结构中，碳材料偏软，研磨难度大，因此采用超临界二氧化碳为研磨介质，利用超临界二氧化碳的低温特性和液体流动性，对茶炭材料进行湿法研磨，避免了材质偏软的茶炭难以进行研磨的问题。

为了提升茶多酚的含量以及茶炭材料的活性，采用类超临界的方法，以水为活性介质，通过水在类超临界过程中的蒸发、凝结过程产生的活性氧自由基，利用活性氧自由基对茶炭的炭结构的腐蚀和侵蚀，在表面形成优异的活化空洞，提高茶炭材料中活性结构，赋予了茶炭优异的活性成分，起到抗菌抑菌以及除臭的性能，解决了常规的茶炭材料难以具有抑菌抗菌和除臭的功能，并且类超临界活化过程，提高了茶炭材料的空隙结构，提升其吸光发热以及抑菌除臭功能。

本发明所制备的茶炭用于鞋材等纤维材料具有优异抗菌抑菌，远红外发射，除臭以及催化等功能，活性高，抑菌除臭性能优异。

附图说明

图1所示为本发明鞋材用高活性茶炭纤维的制备工艺流程图。

图2所示为本发明鞋材用高活性茶炭的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1

一种鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其具体步骤为：

第一步：茶炭的预处理

以农林废弃物中的茶叶、茶渣和茶梗为原料，首先对原料在进行60-80℃的热水清洗浸泡6h处理，然后再在常温下晒干处理，得到茶叶干，再进行厌氧发酵，使茶叶干中水分含量为1000ppm得到预处理好的茶炭；

第二步：茶炭的制备

以步骤一制备得到的预处理好的茶炭为原料，然后在氮气保护气体中180-250℃进行低温碳化6h；然后再转移到高压活化反应器中高压活化反应，以水为介质，采用类超临界反应条件，控制高压活化反应器中的压力为15.0-22.0MPa，高压活化反应器温度为280-350℃，进行高压活化反应6h，制备得到茶炭；

第三步：纳米茶炭的制备

以步骤二制备得到的茶炭为原料，采用湿法研磨的方法，以超临界二氧化碳为介质进行高速研磨分散，通过分级处理后制备得到纳米茶炭；

第四步：茶炭母粒的制备

以第三步制备得到的纳米茶炭和特性粘度为0.80dL/g的高粘度聚酯切片为原料，采用熔融共混双螺杆挤出的方法，把纳米茶炭、耐高温分散剂和高粘度聚酯切片进行熔融共混，再经冷却切粒得到茶炭母粒。

所述的耐高温分散剂为季戊四醇硬脂酸酯或双季戊四醇硬脂酸酯中的一种；

所述的纳米茶炭在茶炭母粒中的质量分数为5%；

所述的耐高温分散剂在茶炭母粒中的质量分散为1%。

第五步：鞋采用高活性茶炭纤维的制备

以第四步制备得到的茶炭母粒和特性粘度为0.66dL/g的常规聚酯切片为原料，采用熔融纺丝的方法，经双螺杆挤出后再经纺前过滤，进入到纺丝组件，进行熔融纺丝，经环吹风冷却、上油，牵伸，卷绕得到鞋材用高活性茶炭纤维；

所述的茶炭母粒在鞋材用高活性茶炭纤维的质量分数为2%；

所述的鞋材用高活性茶炭纤维环吹风风速为0.2米/分钟，环吹风风筒长度为90厘米，拉伸倍数为3.5倍，纺丝卷绕速度为4500米/分钟。

实施例2

一种鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其具体步骤为：

第一步：茶炭的预处理

以农林废弃物中的茶叶、茶渣和茶梗为原料，首先对原料在进行60-80℃的热水清洗浸泡12h处理，然后再在常温下晒干处理，得到茶叶干，再进行厌氧发酵，使茶叶干中水分含量为5000ppm得到预处理好的茶炭；

第二步：茶炭的制备

以步骤一制备得到的预处理好的茶炭为原料，然后在氮气保护气体中180-250℃进行低温碳化8h；然后再转移到高压活化反应器中高压活化反应，以水为介质，采用类超临界反应条件，控制高压活化反应器中的压力为15.0-22.0MPa，高压活化反应器温度为280-350℃，进行高压活化反应12h，制备得到茶炭；

第三步：纳米茶炭的制备

第四步：茶炭母粒的制备

以第三步制备得到的纳米茶炭和特性粘度为0.85dL/g的高粘度聚酯切片为原料，采用熔融共混双螺杆挤出的方法，把纳米茶炭、耐高温分散剂和高粘度聚酯切片进行熔融共混，再经冷却切粒得到茶炭母粒。

所述的纳米茶炭在茶炭母粒中的质量分数为25%；

所述的耐高温分散剂在茶炭母粒中的质量分散为3%。

第五步：鞋采用高活性茶炭纤维的制备

以第四步制备得到的茶炭母粒和特性粘度为0.7dL/g的常规聚酯切片为原料，采用熔融纺丝的方法，经双螺杆挤出后再经纺前过滤，进入到纺丝组件，进行熔融纺丝，经环吹风冷却、上油，牵伸，卷绕得到鞋材用高活性茶炭纤维；

所述的茶炭母粒在鞋材用高活性茶炭纤维的质量分数为10%；

所述的鞋材用高活性茶炭纤维环吹风风速为0.6米/分钟，环吹风风筒长度为150厘米，拉伸倍数为4.0倍，纺丝卷绕速度为3500米/分钟。

实施例3

一种鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其具体步骤为：

第一步：茶炭的预处理

以农林废弃物中的茶叶、茶渣和茶梗为原料，首先对原料在进行60-80℃的热水清洗浸泡8h处理，然后再在常温下晒干处理，得到茶叶干，再进行厌氧发酵，使茶叶干中水分含量为2500ppm得到预处理好的茶炭；

第二步：茶炭的制备

第三步：纳米茶炭的制备

第四步：茶炭母粒的制备

所述的纳米茶炭在茶炭母粒中的质量分数为25%；

所述的耐高温分散剂在茶炭母粒中的质量分散为2.0%。

第五步：鞋采用高活性茶炭纤维的制备

以第四步制备得到的茶炭母粒和特性粘度为0.67dL/g的常规聚酯切片为原料，采用熔融纺丝的方法，经双螺杆挤出后再经纺前过滤，进入到纺丝组件，进行熔融纺丝，经环吹风冷却、上油，牵伸，卷绕得到鞋材用高活性茶炭纤维；

所述的茶炭母粒在鞋材用高活性茶炭纤维的质量分数为5%；

所述的鞋材用高活性茶炭纤维环吹风风速为0.3米/分钟，环吹风风筒长度为120厘米，拉伸倍数为3.8倍，纺丝卷绕速度为4200米/分钟。

根据FZ/T 73023-2006、JIS L 0217 103、GB/T 30127-2013对实施例1-3所得产品进行性能检测，结果如表1所示：

表1

	实施例1	实施例2	实施例3
				纤维茶多酚含量（ppm）	10	500	100
金黄色葡萄糖球菌的抑菌率（%）	＞95	＞95	＞95
				大肠杆菌的抑菌率（%）	＞90	＞90	＞90
白链球菌的抑菌率（%）	＞85	＞85	＞85
				醋酸消除率（%）	＞99	＞99	＞99
草酸消除率（%）	＞97	＞97	＞97
				乙二胺消除率（%）	＞97	＞97	＞97
远红外发射率	0.90	0.90	0.92
				远红外辐射温升	1.5	1.5	1.8

由表1可以看出，本发明茶炭纤维各项指标均能达到理想标准，具有较好的使用价值。

图2为制备的茶炭的扫描电镜图谱，由图谱中分析得到，采用高温活化后，茶炭表面分布较多的空洞结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种鞋材用高活性茶炭纤维，其特征在于，以茶加工废弃物为原料，通过低温碳化得到茶炭，经类超临界活化，并以超临界二氧化碳为介质湿法研磨，得到纳米茶炭与聚酯切片经熔融挤出和纺丝得到鞋材用高活性茶炭纤维；

其中，所述低温碳化温度为180-250℃；

其中，所述鞋材用高活性茶炭纤维中多酚含量为10-500ppm，对金黄色葡萄糖球菌的抑菌率＞95%，大肠杆菌的抑菌率＞90%，白链球菌的抑菌率＞85%；其消臭性能对醋酸消除率＞99%，草酸消除率＞97%以及乙二胺消除率＞97%；远红外发射率＞0.9，远红外辐射温升＞1.5。

2.一种如权利要求1所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤4中高粘度聚酯切片的指标为特性粘度为0.80-0.85dL/g。

4.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤4中耐高温分散剂选自季戊四醇硬脂酸酯和双季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤4中纳米茶炭在茶炭母粒中的质量分数为5-25%，所述耐高温分散剂在茶炭母粒中的质量分数为1-3%。

6.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤5中茶炭母粒在鞋材用高活性茶炭纤维的质量分数为2-10%。

7.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤5中常规聚酯切片的指标为特性粘度为0.66-0.70dL/g。

8.根据权利要求2所述的鞋材用高活性茶炭纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤5中环吹风风速为0.2-0.6米/分钟，环吹风风筒长度为90-150厘米，拉伸倍数为3.5-4.0倍，纺丝卷绕速度为3500-4500米/分钟。