CN113969433A - 一种超疏水抗菌面料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种超疏水抗菌面料及其制备方法，属于面料技术领域，由改性聚酯纤维、石墨烯气凝胶制备而成；所述改性聚酯纤维由疏水抗菌纳米多空中空微球和聚酯纤维经过熔融共混制得。本发明将疏水抗菌纳米多空中空微球稳定的固定在聚酯纤维分子链上，从而制得的面料表面形成规律的“微纳结构”，加之该“微纳结构”含有丰富的含氟基团和含硅物质，进一步起到了疏水的作用，另外，改性聚酯纤维与石墨烯气凝胶粉在加热熔融的状态下粘合，进一步丰富了面料的“微纳结构”，提高了面料的超疏水性能。

Description

一种超疏水抗菌面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及面料技术领域，具体涉及一种超疏水抗菌面料及其制备方法。

背景技术

润湿是纺织面料重要的表面特性之一，通常情况下，将表面与水滴形成静态接触角大于150°、滚动角小于10°的纺织面料称为超疏水面料。近年来，超疏水纺织面料因其优异的防水、防污、自清洁和减少流体粘滞等特性，在防水服、防护服、工业防水布、医疗用布、室内装饰物、自清洁材料、微流体系统、无损液体传输和生物相容性等方面有着潜在的应用，引起了人们的普遍关注，成为功能纺织面料研究的热点方向。

近年来，通过观察、分析荷叶、芋叶、水黾的腿、蝉和蜻蜓的翅膀等自然界中具有超疏水功能生物体发现，生物体疏水部位除了需要覆盖低表面能物质外，还要有“微纳”的凹凸结构。以荷叶为例，在SEM下观察发现荷叶表面布满了“微纳”结构，空气填充在“微纳”结构的空隙中，造成水滴无法完全润湿铺展到荷叶表面，致使水滴与荷叶间只能形成“点接触”，呈现低粘附超疏水的特性。同样，观察水黾的腿部发现，水黾的腿上存在很多微米尺度的刚毛，刚毛上还有很多精细的纳米凹槽结构，这样水黾的腿就形成一种超疏水表面，与水接触时，腿就不会被水润湿。

因此，通过对自然界中超疏水生物体微观结构和表面元素分析，发现要实现物体表面超疏水改性须满足两个条件:①表面有“微纳”的粗糙结构，②“微纳结构”表面覆盖低表面能物质。与其他材料不同，纺织品在应用中需经过水洗、摩擦、汗浸等各种外界因素的作用，因此，要求构筑的“微纳结构”必须保持一定的持久性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超疏水抗菌面料及其制备方法，将制得的大量的疏水抗菌纳米多空中空微球稳定的固定在聚酯纤维分子链上，从而制得的面料表面形成规律的“微纳结构”，加之该“微纳结构”含有丰富的含氟基团和含硅物质，进一步起到了疏水的作用，另外，改性聚酯纤维与石墨烯气凝胶粉在加热熔融的状态下粘合，进一步丰富了面料的“微纳结构”，提高了面料的超疏水性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种超疏水抗菌面料，由改性聚酯纤维、石墨烯气凝胶制备而成；所述改性聚酯纤维由疏水抗菌纳米多空中空微球和聚酯纤维经过熔融共混制得；所述疏水抗菌纳米多空中空微球由以下方法制备而成：

S1.油相的制备：将氨基硅烷、含氟硅烷、钛酸四烷基酯溶于有机溶剂中，得到油相；

S2.水相的制备：将致孔剂和表面活性剂溶于水中，得到水相；

S3.疏水抗菌纳米多空中空微球的制备：将水相滴入油相中，乳化，搅拌反应，离心洗涤，干燥，得到疏水抗菌纳米多空中空微球。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述氨基硅烷选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述含氟硅烷选自1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述钛酸四烷基酯选自钛酸四丁酯、钛酸四丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的至少一种；所述有机溶剂选自二氯甲烷、甲苯、苯、二甲苯、三氯甲烷、四氢呋喃、石油醚、乙酸乙酯、乙酸甲酯、环己烷中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述氨基硅烷、含氟硅烷、钛酸四烷基酯的质量比为10：(6-9)：(1-3)。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基磺酸钠中的至少一种。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述水相中，所述致孔剂含量为1.5-2wt％，所述表面活性剂含量为2-4wt％。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述水相和油相的体积比为5：(9-12)；所述乳化条件为转速在12000-15000r/min下乳化2-4min，所述搅拌反应的条件为转速在500-700r/min下反应3-5h，所述离心条件为3000-5000r/min离心10-15min；所述干燥条件为70-90℃干燥2-4h。

作为本发明的进一步改进，所述改性聚酯纤维的制备方法如下：将聚酯纤维加热至熔融，加入疏水抗菌纳米多空中空微球，搅拌混合均匀，出料，既得。

作为本发明的进一步改进，所述加热温度为265-280℃，所述聚酯纤维和所述疏水抗菌纳米多空中空微球的质量比为10：(6-8)。

本发明进一步保护一种上述超疏水抗菌面料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将石墨烯气凝胶研细至100-200目，得到石墨烯气凝胶粉；

S2.将改性聚酯纤维加入螺杆注塑机中，加入石墨烯气凝胶粉，加热熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性纤维；

S3.将改性纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为布，在压力作用下压实，得到超疏水抗菌面料。

作为本发明的进一步改进，所述改性聚酯纤维和所述石墨烯气凝胶粉的质量比为100：(12-15)；所述加热温度为270-280℃；所述压力为2-4个大气压。

本发明具有如下有益效果：疏水抗菌纳米多空中空微球的制备原理：将水相加入溶有氨基硅烷含氟硅烷、钛酸四烷基酯的油相中后，油相与水相不能相容，在乳化作用下形成油包水小液滴，氨基部分朝内，含氟部分朝外，界面部分为硅烷和钛酸酯，随着反应的进行，氨基发生质子化，形成两亲部分，稳定小液滴，同时，造成局部碱性环境催化硅烷部分、钛酸酯部分发生溶胶凝胶水解，因此，形成了二氧化硅和二氧化钛的混合物壳层，由于水相中含有的致孔剂，在新形成的壳层上又形成了大量的大孔，从而得到了疏水抗菌纳米多空中空微球。

本发明制备了一种疏水抗菌纳米多空中空微球，表面含有大量的含氟基团，壳层为二氧化硅和二氧化钛的混合物，在壳层上有大孔，便于聚酯纤维分子链穿过，因此，聚酯纤维不需要偶联剂，就可以从微球的孔洞中贯穿，从而，大量的疏水抗菌纳米多空中空微球稳定的固定在聚酯纤维分子链上，从而制得的面料表面形成规律的“微纳结构”，加之该“微纳结构”含有丰富的含氟基团和含硅物质，进一步起到了疏水的作用，另外，改性聚酯纤维与石墨烯气凝胶粉在加热熔融的状态下粘合，进一步丰富了面料的“微纳结构”，提高了面料的超疏水性能。

本发明制备的一种疏水抗菌纳米多空中空微球，壳层中含有的二氧化钛是一种光催化抗菌剂，从而制得的面料有一定的抗菌性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明改性聚酯纤维的制备流程示意图；

图2为本发明实施例1制得的超疏水抗菌面料的表面SEM图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种超疏水抗菌面料，包括以下步骤：

参照附图1。

(1)疏水抗菌纳米多空中空微球由以下方法制备而成：

S1.油相的制备：将10g N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、6g1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、1g钛酸四乙酯溶于90mL乙酸乙酯中，得到油相；

S2.水相的制备：将聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和十八烷基苯磺酸钠溶于50mL水中，得到水相，所述水相中，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯含量为1.5wt％，所述十八烷基苯磺酸钠含量为2wt％；

S3.疏水抗菌纳米多空中空微球的制备：将水相滴入油相中，12000r/min下乳化2min，转速在500r/min下搅拌反应3h，3000r/min离心10-15min，洗涤，70℃干燥2h，得到疏水抗菌纳米多空中空微球。

(2)改性聚酯纤维的制备方法如下：将10g聚酯纤维加热至265℃，加入6g疏水抗菌纳米多空中空微球，搅拌混合均匀，出料，既得。

(3)将石墨烯气凝胶研细至100目，得到石墨烯气凝胶粉。

(4)将100g改性聚酯纤维加入螺杆注塑机中，加入12g石墨烯气凝胶粉，加热至270℃喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性纤维。

(5)将改性纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为布，在2个大气压的压力作用下压实，得到超疏水抗菌面料，图1为本实施例制得的超疏水抗菌面料的表面SEM图，由图可知，表面形成了大量的微纳结构。

实施例2

参照附图1。

本实施例提供一种超疏水抗菌面料，包括以下步骤：

(1)疏水抗菌纳米多空中空微球由以下方法制备而成：

S1.油相的制备：将10gγ-氨丙基三甲氧基硅烷、9g 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷、3g钛酸四丁酯溶于120mL石油醚中，得到油相；

S2.水相的制备：将聚乙二醇辛基苯基醚和十二烷基苯磺酸钠溶于50mL水中，得到水相，所述水相中，所述聚乙二醇辛基苯基醚含量为2wt％，所述十二烷基苯磺酸钠含量为4wt％；

S3.疏水抗菌纳米多空中空微球的制备：将水相滴入油相中，15000r/min下乳化4min，转速在700r/min下搅拌反应5h，5000r/min离心15min，洗涤，90℃干燥4h，得到疏水抗菌纳米多空中空微球。

(3)改性聚酯纤维的制备方法如下：将10g聚酯纤维加热至280℃，加入8g疏水抗菌纳米多空中空微球，搅拌混合均匀，出料，既得。

(3)将石墨烯气凝胶研细至200目，得到石墨烯气凝胶粉。

(4)将100g改性聚酯纤维加入螺杆注塑机中，加入15g石墨烯气凝胶粉，加热至280℃喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性纤维。

(5)将改性纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为布，在4个大气压的压力作用下压实，得到超疏水抗菌面料。

实施例3

本实施例提供一种超疏水抗菌面料，包括以下步骤：

参照附图1。

(1)疏水抗菌纳米多空中空微球由以下方法制备而成：

S1.油相的制备：将10g二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、7g3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、2g钛酸四丁酯溶于100mL三氯甲烷中，得到油相；

S2.水相的制备：将聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和十二烷基磺酸钠溶于50mL水中，得到水相，所述水相中，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯含量为1.7wt％，所述十二烷基磺酸钠含量为3wt％；

S3.疏水抗菌纳米多空中空微球的制备：将水相滴入油相中，13500r/min下乳化3min，转速在600r/min下搅拌反应4h，4000r/min离心12min，洗涤，80℃干燥3h，得到疏水抗菌纳米多空中空微球。

(4)改性聚酯纤维的制备方法如下：将10g聚酯纤维加热至270℃，加入7g疏水抗菌纳米多空中空微球，搅拌混合均匀，出料，既得。

(3)将石墨烯气凝胶研细至150目，得到石墨烯气凝胶粉。

(4)将100g改性聚酯纤维加入螺杆注塑机中，加入13g石墨烯气凝胶粉，加热至275℃喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性纤维。

(5)将改性纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为布，在3个大气压的压力作用下压实，得到超疏水抗菌面料。

对比例1

与实施例3相比，由等量聚酯纤维替代改性聚酯纤维，其他条件均不改变。

对比例2

与实施例3相比，未添加石墨烯气凝胶，其他条件均不改变。

测试例1

将本发明实施例1-3和对比例1-2制得的超疏水抗菌面料进行性能测试，结果见表1。

1)耐洗牢度测试：依据GB/T3921-2008《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》进行试验测试。

2)拒水性能测试：织物接触角在JCY-2接触角仪(上海方瑞仪器有限公司)上测定。

表1

由上表可知，本发明制得的超疏水抗菌面料具有良好的拒水性能和耐水洗性能。

测试例2抗菌性测试

采用振荡法(GB/T20944.3-2008)测试实施例1-3以及对比例1-2制得超疏水抗菌面料。结果见表2。

表2

组别	大肠杆菌抗菌率(％)	金黄色葡萄球菌抗菌率(％)
			实施例1	>99	>99
实施例2	>99	>99
			实施例3	>99	>99
对比例1	57	62
			对比例2	92	90

由上表可知，本发明制得的超疏水抗菌面料具有良好的抗菌性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种超疏水抗菌面料，其特征在于，由改性聚酯纤维、石墨烯气凝胶制备而成；所述改性聚酯纤维由疏水抗菌纳米多空中空微球和聚酯纤维经过熔融共混制得；所述疏水抗菌纳米多空中空微球由以下方法制备而成：

S1.油相的制备：将氨基硅烷、含氟硅烷、钛酸四烷基酯溶于有机溶剂中，得到油相；

S2.水相的制备：将致孔剂和表面活性剂溶于水中，得到水相；

S3.疏水抗菌纳米多空中空微球的制备：将水相滴入油相中，乳化，搅拌反应，离心洗涤，干燥，得到疏水抗菌纳米多空中空微球。

2.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，步骤S1中所述氨基硅烷选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述含氟硅烷选自1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、十二氟庚基丙基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述钛酸四烷基酯选自钛酸四丁酯、钛酸四丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的至少一种；所述有机溶剂选自二氯甲烷、甲苯、苯、二甲苯、三氯甲烷、四氢呋喃、石油醚、乙酸乙酯、乙酸甲酯、环己烷中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述超疏水抗菌面料，其特征在于，步骤S1中所述氨基硅烷、含氟硅烷、钛酸四烷基酯的质量比为10：(6-9)：(1-3)。

4.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，步骤S2中所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基苯磺酸钠、十八烷基磺酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，步骤S2中所述水相中，所述致孔剂含量为1.5-2wt％，所述表面活性剂含量为2-4wt％。

6.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，步骤S3中所述水相和油相的体积比为5：(9-12)；所述乳化条件为转速在12000-15000r/min下乳化2-4min，所述搅拌反应的条件为转速在500-700r/min下反应3-5h，所述离心条件为3000-5000r/min离心10-15min；所述干燥条件为70-90℃干燥2-4h。

7.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，所述改性聚酯纤维的制备方法如下：将聚酯纤维加热至熔融，加入疏水抗菌纳米多空中空微球，搅拌混合均匀，出料，既得。

8.根据权利要求1所述超疏水抗菌面料，其特征在于，所述加热温度为265-280℃，所述聚酯纤维和所述疏水抗菌纳米多空中空微球的质量比为10：(6-8)。

9.一种如权利要求1-8任一项所述超疏水抗菌面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将石墨烯气凝胶研细至100-200目，得到石墨烯气凝胶粉；

S2.将改性聚酯纤维加入螺杆注塑机中，加入石墨烯气凝胶粉，加热熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性纤维；

S3.将改性纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为布，在压力作用下压实，得到超疏水抗菌面料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚酯纤维和所述石墨烯气凝胶粉的质量比为100：(12-15)；所述加热温度为270-280℃；所述压力为2-4个大气压。

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