CN113802203A

CN113802203A - 一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法

Info

Publication number: CN113802203A
Application number: CN202010529139.0A
Authority: CN
Inventors: 张锁江; 周乐; 聂毅; 高红帅; 王斌琦; 张赛
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS; Zhengzhou Institute of Emerging Industrial Technology
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS; Zhengzhou Institute of Emerging Industrial Technology
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本发明公开了一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法。针对抗菌再生纤维素纤维制备过程中基底纤维传统工艺的重污染、高能耗以及抗菌剂毒性大、生物相容性差等问题，提出采用离子液体分步溶解天然纤维素和天然植物系抗菌剂，通过湿法或者干喷湿法纺丝制备抗菌再生纤维，实现再生纤维素纤维的清洁绿色化生产和再生纤维素纤维抗菌和舒适度的双重功效。

Description

一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗菌再生纤维素纤维的制备方法，属于功能性再生纤维素纤维技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展与人们生活水平的提高，人们越来越关注微生物对健康的影响，卫生保健意识日益增强，抗菌除臭功能的纺织品受到了国内外消费者的欢迎，抗菌家用纺织品和医用纺织品的需求日益增长。抗菌纤维是采用物理或化学方法将抗菌剂添加至纤维表面或内部，使其具有抗菌功能的纤维，可以应用于家用纺织品和绷带、纱布等领域。常见的抗菌剂分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂三大类。无机抗菌剂主要以银溶液为主，专利CN 201711109406.3“一种具有三明治结构的纳米银抗菌纤维素纤维”报道了采用纳米银溶液对纤维素纤维进行浸渍处理，制备纳米银抗菌纤维素纤维；专利CN201811011918.0“一种抗菌纤维素纤维的制备方法”中采用纳米银或者医用氧化锌作为抗菌剂加入离子液体纤维素纺丝溶液，制备了掺杂金属系抗菌剂的再生纤维素纤维，但银系抗菌剂的纺织品在使用过程中容易脱落影响抗菌性能，而且纳米银容易通过皮肤接触渗入人体内部，对人体造成伤害。有机抗菌剂主要是有机化学合成物质，专利CN201611206940.1“一种抗菌纤维及其制备方法”发明了将季铵盐抗菌剂反应接枝到基底纤维上制备抗菌纤维，但制备工艺对环境污染大，而且洗涤过程中季铵盐抗菌剂容易与有机清洗剂发生反应失去抗菌性能；天然植物抗菌剂是从天然植物中提取的具有抗菌功能的有机高分子物质，来源广泛，生物相容性好，对人体安全性高，采用天然植物抗菌剂制备抗菌纤维是未来发展的重要方向。

目前已经产业化的抗菌纤维主要是合成纤维，其原料主要来源于煤和石油等不可再生资源，长远来看合成纤维可持续发展性差、生物相容性低，远远劣于以天然纤维素为原料制备的再生纤维。再生纤维素纤维是一类重要的生物基化学纤维，以可再生、易降解、储量大的天然植物纤维素为原料，因具有吸湿性好、染色性好、透气性强、优良的悬垂性和蚕丝般的光泽等性能，被誉为“会呼吸的面料”，应用于高端纺织领域。随着石油资源的日益枯竭，以及可持续发展战略的深入实施，以天然纤维素为原料生产再生纤维素纤维对资源的高效利用具有极其重要的意义。对于抗菌再生纤维素纤维的研究，基底纤维主要以黏胶纤维为主，黏胶工艺污染重、能耗高；抗菌剂的选择主要以银、铜等金属系抗菌剂为主，成本高、生物相容性与舒适度差。

基于以上研究现状，我们在前期离子液体溶解纤维素制备再生纤维素纤维的基础上，创新性地提出，采用基于离子液体的绿色化和清洁化的生产工艺制备基底纤维，在离子液体-纤维素纺丝液中加入生物相容性更好的天然植物系抗菌剂，譬如牛至、肉桂、芦荟精油、青蒿蜡油等各种植物精油，充分利用自然界中的纤维素和植物抗菌剂原料，实现再生纤维素纤维的清洁绿色化生产和再生纤维素纤维抗菌和舒适度的双重功效。

发明内容

本发明针对抗菌再生纤维素纤维制备过程中基底纤维传统工艺的重污染、高能耗以及抗菌剂毒性大、生物相容性差等问题，提出采用离子液体溶解天然纤维素和天然植物系抗菌剂，通过湿法或者干喷湿法纺丝制备得到抗菌再生纤维，实现再生纤维素纤维的清洁绿色化生产和再生纤维素纤维抗菌和舒适度的双重功效。

本发明内容如下：

高温下将纤维素加入到离子液体中，溶解完全后降至低温下加入植物系抗菌剂，溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法或者干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维。

所述纤维素为棉桨、木浆、玉米芯、秸秆、麻纤维、竹纤维、短棉绒中的天然纤维素和微晶纤维素中的至少一种，聚合度200～1000；纤维素占离子液体的比重为0.1～20w％。

所述离子液体选自1-R₂-3-R₁-咪唑氯盐，1-R₂-3-R₁-咪唑醋酸盐，1-R₂-3-R₁-咪唑磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-3-R₁-咪唑碳酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-吡啶氯盐，1-R₂-3-甲基吡啶氯盐，1-R₂-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烯醋酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯，1-乙(或丁)基-3-甲基咪唑乙酰丙酸盐、胆碱醋酸、胆碱氨基酸中的任意1种或至少2种的组合；其中R₁＝C_nH_2n+1，n取值1～20；R₂＝C_mH_2m+1,m取值1～20(n,m均取正整数)。

所述植物系抗菌剂为具有抗菌效果的植物精油，牛至、肉桂、百里香、茶树、洋甘菊、甜马郁兰、薰衣草、尤加利、柠檬草、芦荟、薄荷、百里香、甜菊、柠檬马鞭草、罗勒、鼠尾草、薰衣草、迷迭香、藏红花、欧芹、蓍草精油以及黄花蒿、艾蒿、白蒿、牡蒿中提取的青蒿蜡油；植物系抗菌剂占纤维素的比重为1％～1000％。

所述高温为70～150，℃低温为25～70；℃所述的溶解脱泡为反应釜机械搅拌真空溶解脱泡或双螺杆挤压溶解脱泡。

所述方法制备的抗菌再生纤维素纤维，其水洗牢度高，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过85％。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点和有益效果：

(1)抗菌剂采用植物系天然抗菌剂，生物相容性好，安全性高，不仅实现了抗菌的安全性也充分利用了天然资源；

(2)提出采用离子液体分步高温溶解纤维素，低温溶解植物系天然抗菌精油，不仅实现了纤维素的高效溶解，同时减少了高温对植物系抗菌剂稳定性的影响，充分利用了天然资源自身的特性；

(3)以水为凝固浴再生纤维素-天然植物系抗菌剂，提高了植物系抗菌剂与再生纤维的附着力，提高了抗菌纤维的水洗牢度和抗菌效果的持久性；

(4)制备的抗菌纤维水洗牢度高，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均超过85％，可以用于防护服、绷带等医用纺织品和抗菌除臭家用纺织品领域。

具体实施方式

实施例1

90℃下将1g微晶纤维素加入10g1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体中，溶解完全后降至50℃下加入0.2g芦荟精油，反应釜机械搅拌真空溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为87.2％和89.5％。

实施例2

80℃下将10g木桨纤维素加入1000g胆碱醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至40℃下加入10g牛至精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为97.2％和99.5％。

实施例3

100℃下将10g秸秆纤维素加入500g1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至60℃下加入30g青蒿蜡油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为93.2％和95.6％。

实施例4

100℃下将1g短绒纤维素加入10g 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至70℃下加入5g青蒿蜡油，反应釜机械搅拌真空溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为97.2％和99.5％。

实施例5

90℃下将10g麻纤维中的纤维素加入1000g胆碱赖氨酸盐离子液体中，溶解完全后降至60℃下加入30g肉桂精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为95.2％和94.7％。

实施例6

120℃下将10g木桨纤维素加入1000g胆碱醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至70℃下加入60g百里香精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.4％和99.8％。

实施例7

110℃下将1g短绒棉纤维素加入10g 1-乙基-3-甲基咪唑乙酰丙酸盐离子液体中，溶解完全后降至60℃下加入0.6g迷迭香精油，反应釜机械搅拌真空溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为86.4％和87.9％。

实施例8

80℃下将10g玉米芯纤维素加入1000g胆碱脯氨酸盐离子液体中，溶解完全后降至40℃下加入15g百里香精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为98.5％和99.7％。

实施例9

120℃下将10g木桨纤维素加入500g 1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯磷酸二乙酯盐离子液体中，溶解完全后降至70℃下加入40g青蒿蜡油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为98.3％和99.1％。

实施例10

110℃下将1g棉桨纤维素加入10g 1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至50℃下加入0.4g薰衣草精油，反应釜机械搅拌真空溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为88.7.2％和89.5％。

实施例11

90℃下将10g竹纤维中的纤维素加入1000g 1-乙基-3-甲基咪唑碳酸盐离子液体中，溶解完全后降至40℃下加入25g茶树精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为91.2％和92.7％。

实施例12

80℃下将10g微晶纤维素加入1000g胆碱醋酸盐离子液体中，溶解完全后降至30℃下加入50g薄荷精油，双螺杆挤压溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为98.9％和99.5％。

以上实施例的各种技术特征可进行任意组合，本说明书中所述的上述内容仅是对本发明所做的举例说明，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。凡依据本发明专利构思所述的技术特征、原理、构造等所做的简单变化或组合，均应包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做若干修改、变形、改进、补充或类似方法的替代，只要不偏离本发明或超越本发明权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述制备过程为：高温下将纤维素加入到离子液体中，溶解完全后降至低温下加入植物系抗菌剂，溶解脱泡完全后得到纺丝原液，以水为凝固浴进行湿法或者干喷湿法纺丝得到抗菌再生纤维素纤维。

2.根据权利要求1所述的一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维素为棉桨、木浆、玉米芯、秸秆、麻纤维、竹纤维、短棉绒中的天然纤维素或微晶纤维素中的至少一种，聚合度200～1000；纤维素占离子液体的比重为0.1～20w％。

3.根据权利要求1所述的一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述离子液体选自1-R₂-3-R₁-咪唑氯盐，1-R₂-3-R₁-咪唑醋酸盐，1-R₂-3-R₁-咪唑磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-3-R₁-咪唑碳酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-吡啶氯盐，1-R₂-3-甲基吡啶氯盐，1-R₂-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5壬烯磷酸二甲(或乙，丁)酯，1-R₂-1，5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烯醋酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯，1-乙(或丁)基-3-甲基咪唑乙酰丙酸盐、胆碱醋酸、胆碱氨基酸中的任意1种或至少2种的组合；其中R₁＝C_nH_2n+1，n取值1～20；R₂＝C_mH_2m+1,m取值1～20(n,m均取正整数)。

4.根据权利要求1所述的一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述植物系抗菌剂为具有抗菌效果的植物精油，牛至、肉桂、百里香、茶树、洋甘菊、甜马郁兰、薰衣草、尤加利、柠檬草、芦荟、薄荷、百里香、甜菊、柠檬马鞭草、罗勒、鼠尾草、薰衣草、迷迭香、藏红花、欧芹、蓍草精油以及黄花蒿、艾蒿、白蒿、牡蒿中提取的青蒿蜡油；植物系抗菌剂占纤维素的比重为1％～1000％。

5.根据权利要求1所述的一种植物系抗菌再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述高温为70～150，℃低温为25～70；℃所述溶解脱泡为反应釜机械搅拌真空溶解脱泡或双螺杆挤压溶解脱泡。

6.一种抗菌再生纤维素纤维，其特征在于，采用权利要求1-5中任一方法制备的抗菌再生纤维素纤维，其水洗牢度高，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过85％。