CN114032622A - 一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用，具体涉及纺织技术领域。所述的制备方法至少包括以下步骤：采用超临界CO₂萃取法制备姜精油；将姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水混和搅拌均匀，并进行均质乳化制备姜油乳液；向姜油乳液中加入海藻酸钠、壳聚糖和氯化钙制备姜油微胶囊；将姜油微胶囊加入至纤维素纺丝液中，进行纺丝，得到姜油再生纤维素纤维。本发明的制备方法简单、成本较低，制备的姜油再生纤维素纤维具有优异的抗菌性，将其应用于纺织品可获得抗菌性能稳定的抗菌纺织品。

Description

一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用。

背景技术

生姜是姜科多年生草本植物姜的新鲜根茎，是一种药食两用的作物，具有健胃、活血、发散、止呕、止咳、杀菌等多功效值。姜精油是从生姜的根茎中提取的一种挥发性油分，呈透明黄色，具有特殊的姜香味。研究表明，姜精油具有芳香醒脑、驱避蚊虫及较强的抑菌杀菌等多种功效，可应用于天然抗菌剂、驱避剂等。

目前纺织品的抗菌功能成为纺织领域的研究热点，但是由于纺织品在使用过程中需要反复清洗、晾晒，这些因素导致纺织品的抗菌效果不佳。姜精油具有优异的抑菌杀菌功效，但是由于姜精油挥发性强、热稳定性比较差，极易因环境中氧、热和光作用而变质，因此，姜精油在纺织品领域应用比较少，而解决这个问题的关键在于如何提高姜精油的稳定性以延长其作用时间。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用，以提高姜精油在纺织品中的稳定性。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种姜油再生纤维素纤维的制备方法，其至少包括以下步骤：采用超临界CO₂萃取法制备姜精油；再将所述姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水混和搅拌均匀，并进行均质乳化制备姜油乳液；然后向所述姜油乳液中加入海藻酸钠、壳聚糖和氯化钙制备姜油微胶囊；将所述姜油微胶囊加入至纤维素纺丝液中，进行纺丝，得到姜油再生纤维素纤维。

在本发明一示例中，制备姜精油包括采用超临界CO₂萃取法在30～50℃温度下萃取姜粉2～4小时，分离后获得姜油树脂，再对所述姜油树脂进行分子蒸馏获得姜精油。

在本发明一示例中，所述姜粉为50～200目，在萃取前需将所述姜粉置于萃取釜中，打开二氧化碳使所述姜粉在二氧化碳的包围下充分接触18个小时。

在本发明一示例中，制备姜油乳液时，所述姜精油的添加质量是所述姜油乳液质量的10～15wt％；所述辛烯基琥珀酸淀粉钠的添加质量是所述姜油乳液质量的8～10wt％。

在本发明一示例中，所述均质乳化包括将搅拌均匀的所述姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水的混合液转移至均质机中，以10000～20000rpm的转速均质乳化5～15分钟。

在本发明一示例中，制备姜油微胶囊的步骤包括：先向所述姜油乳液中加入海藻酸钠，在40～60℃下搅拌均匀；然后再向其中加入壳聚糖和氯化钙，搅拌均匀，过滤干燥后获得姜油微胶囊。

在本发明一示例中，加入所述海藻酸钠的质量占混合体系(姜油乳液、海藻酸钠、壳聚糖和氯化钙的混合体系)总质量的4～10wt％，所述壳聚糖的质量占混合体系总质量的2～3wt％，所述氯化钙的质量占混合体系总质量的0.5～2wt％。

在本发明一示例中，所述姜油微胶囊的加入量是所述纤维素纺丝液质量的5～10wt％。

本发明另一方面还提供一种姜油再生纤维素纤维，该姜油再生纤维素纤维采用本发明的制备方法制备而成。

本发明还提供一种姜油再生纤维素纤维在纺织品种的应用。

本发明提供一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用，其中姜油再生纤维素纤维的制备方法先以姜粉为原料采用超临界CO₂萃取法制备姜精油，再利用壳聚糖/海藻酸钠对姜精油进行包覆以形成姜油微胶囊，将姜油微胶囊加入纤维素纺丝液中进行纺丝可获得姜油再生纤维素纤维，使其具有较好的抗菌性。以姜油微胶囊的形式加入纺丝液中可减少姜精油在使用过程中的损失，提高稳定性。超临界萃取技术可将生姜粉中挥发性和非会发性组分提取出来，且无溶剂残留，可得到较为理想的结果，且超临界CO₂萃取技术，集提取、分离过程于一体，工艺流程短，萃取温度低，萃取效率高。采用本发明的方法制备的姜油再生纤维素纤维具有较好的抗菌性和透气性，将其应用于纺织品中可获得抗菌纺织品。

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为本发明的姜油再生纤维素纤维制备方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，本发明提供一种姜油再生纤维素纤维及其制备方法和应用以改善纺织品中姜油的不稳定性。

请参阅图1，本发明的植物姜油微胶囊的制备方法至少包括以下步骤：

S1、采用超临界CO₂萃取法制备姜精油；

S2、将姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水混和搅拌均匀，并进行均质乳化制备姜油乳液；

S3、向姜油乳液中加入海藻酸钠、壳聚糖和氯化钙制备姜油微胶囊；

S4、将姜油微胶囊加入至纤维素纺丝液中，进行纺丝，得到姜油再生纤维素纤维。

请参阅图1，步骤S1制备姜精油的步骤具体包括：采用超临界CO₂萃取法在30～50℃温度下萃取姜粉2～4小时，分离后获得姜油树脂，再对姜油树脂进行分子蒸馏获得姜精油。其中，姜粉是以生姜为原料，经干燥粉碎后制备而成。具体的，先将生姜切片，热风干燥，粉碎，过50～100目筛，得到姜粉；将制备好的姜粉放入萃取釜中，打开二氧化碳让其与姜粉充分接触，将姜粉在二氧化碳的气氛中“浸泡”18小时；然后将萃取釜的温度调节至30～50℃，压力调节至30～50Mpa，萃取2～4小时，分离后获得精油树脂；再对精油树脂进行分子蒸馏获得姜精油，其中，分子蒸馏为本领域常规的技术选择。在一些实施例中，萃取温度可选择为30℃、40℃、45℃或50℃；萃取压力可选择为35MPa、40Mpa或50Mpa等，萃取时间可选择为2小时、3小时或4小时。上述比例范围内的两端点及中间值均可被选取。

超临界萃取法是在高温高压的条件下，使某些液体或气体发生相态上的变化，成为一种特殊的流体，该流体具有优越的穿透性、流动性，极性的增大可极大提高被提取物的溶解性，从而轻易地把一种物质从混合物中分离出来。本发明采用超临界萃取技术可将生姜中挥发性和非会发性组分提取出来，且无溶剂残留，可得到较为理想的结果，而且超临界CO₂萃取技术，集提取分离过程于一体，工艺流程短，萃取温度低，萃取效率高。

请参阅图1，步骤S2制备姜油乳液的步骤具体包括：先将步骤S1制备的姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠置于去离子水中混合搅拌均匀，再利用高速均质机对上述混合液进行均质乳化获得稳定的乳化体系。其中，姜油乳液中姜精油的质量分数10～15wt％，例如，姜精油的质量分数为10wt％、13wt％或者15wt％；姜油乳液中辛烯基琥珀酸淀粉钠的质量分数为8～10wt％，例如，辛烯基琥珀酸淀粉钠的质量分数为8wt％、9wt％或者10wt％；均质乳化时，均质机的转速为10000～20000rpm，例如，转速可为10000rpm、15000rpm或者20000rpm，均质时间为5～15分钟，例如，5分钟、10分钟或者15分钟；利用均质机的高转速可获得粒径较小的颗粒，以使后续获得粒径较小的姜油微胶囊。

请参阅图1，步骤S3制备姜油微胶囊具体：先向步骤S2得到的姜油乳液海藻酸钠，在40～60℃下搅拌均匀得到一混合液；再向上述混合液中加入壳聚糖和氯化钙，混合搅拌均匀，例如搅拌5～10分钟。过滤烘干燥后获得壳聚糖/海藻酸钠包覆的姜油微胶囊。其中，加入的海藻酸钠的质量占混合体系总质量的4～10wt％，例如4wt％、7wt％或者10wt％；加入的壳聚糖的质量占混合体系总质量的2～3wt％，例如，2wt％、2.5wt％或者3wt％；加入的氯化钙的质量占混合体系总质量的0.5～2wt％，例如，0.5wt％、1wt％或者2wt％。

壳聚糖/海藻酸钠生物胶囊的形成机理如下：壳聚糖是2-氨基-葡萄糖通过β-1，4糖苷键联接而成的高分子物质，分子中存在大量的伯氨基，带正电荷，海藻酸钠是由β-1，4结构的d-型甘露糖醛酸的钠盐(M)和α-1，4结构的L-型古罗糖醛酸(G)其聚而成，分子中带大量的羧基，带负电荷，当壳聚糖和海藻酸钠及氯化钙共存时，壳聚糖和海藻酸钠通过正负电荷吸引形成聚电解质膜，海藻酸钠和Ca²⁺络合形成固化膜，其机理图如下：

将壳聚糖和氯化钙加入至含有海藻酸钠的溶液中，首先壳聚糖和海藻酸钠形成络合层，随着海藻酸钠和壳聚糖进一步反应，络合层加厚，同时壳聚糖在络合层内膜沉淀，随着络合层的加厚，液滴进一步收缩，膜内的Ca⁺在浓度差和机械力作用下渗出，与海藻酸钠反应，在络和层外侧形成海藻酸钙凝聚层，最终形成了含海藻酸钙凝聚层、壳聚糖/海藻酸钠络合层、壳聚糖沉淀层的三层膜。

请参阅图1，步骤S4中，纤维素纺丝液是以聚合度为500～800的浆粕为原料，依次经过浸渍、压榨、粉碎、老城、黄化、连续溶解、过滤、脱泡处理制备而成。在制备过程中浆粕经历两个化学作用：浆粕与碱作用生成碱纤维素，然后再使碱纤维素与二氧化硫作用，生成纤维黄酸酯。纤维素纺丝液的生产工艺为现有工艺，其中未详述的部分可参考现有技术。姜油微胶囊的加入量是纤维素纺丝液质量的5～10wt％。

请参阅图1，步骤S4中的纺丝可采用干法或湿法纺丝，例如，采用湿法纺丝时将步骤S3制备的植物姜油微胶囊与纤维素纺丝液的混合溶液送入湿法纺丝机按照纺丝工序进行纺丝，其中，喷丝头规格为21000孔×0.06mm，纺丝速度为55m/min，凝固浴的组分包括硫酸115g/L，硫酸钠325g/L，硫酸锌11.5g/L，凝固浴的温度为52℃，塑化浴温度为95℃。

采用本发明的方法制备的姜油再生纤维素纤维可应用于纺织品，例如，将姜油再生纤维素纤维经过纺织工艺得到抗菌纺织品，其中纺织工艺包括但不限于纺纱、针织、梭织及非织造工艺等。本发明抗菌纺织品对于常见的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念球菌等具有优异的抗菌效果，可用于家纺制品、服装等。

下面通过几个具体的实施例对本发明进行详细的说明，以下实施例中所使用的药品均可通过一般的商业手段获得。

实施例1

制备姜精油：将生姜切片，热风干燥后粉碎，过50～100目筛，得到姜粉；将姜粉放入萃取釜中，打开二氧化碳让其与姜粉充分接触，并将姜粉在二氧化碳气氛中“浸泡”18小时；将萃取釜的温度调至温度45℃，压力调至35MPa，萃取4小时，得到姜油树脂；对制得的姜油树脂进行分子蒸馏，得到姜精油；

制备姜油乳液：将姜精油、辛烯基琥珀酸淀粉钠、去离子水在搅拌机中搅拌至混合均匀；然后再用高速均质机以10000rpm的转速，均质乳化15分钟，得到姜油乳液；其中，姜精油在姜油乳液中的质量分数为10wt％，辛烯基琥珀酸淀粉钠在姜油乳液中的质量分数为8wt％；

制备姜油微胶囊：向上述姜油乳液中加入海藻酸钠，加热至50℃，用搅拌机搅拌均匀，再加入壳聚糖和氯化钙，搅拌8分钟至均匀，过滤烘干，得到姜油微胶囊；其中，海藻酸钠的加入量占混合体系总质量的8wt％，壳聚糖的加入量占混合体系总质量的3wt％，氯化钙的加入量占混合体系总质量的2wt％。

取一定的姜油微胶囊加入纤维素纺丝液中混合搅拌均匀，将得到的混合纺丝液送入湿法纺丝机按照纺丝工序进行纺丝，其中，姜油微胶囊的加入量是纤维素纺丝液质量的10wt％。

将本实施例中制备的姜油再生纤维素纤维经纺织工艺后制得抗菌纺织品，并对面料的抗菌性进行测试请参阅表1。

实施例2

制备姜精油：将生姜切片，热风干燥后粉碎，过50～100目筛，得到姜粉；将姜粉放入萃取釜中，打开二氧化碳让其与姜粉充分接触，并将姜粉在二氧化碳气氛中“浸泡”18小时；将萃取釜的温度调至温度30℃，压力调至35MPa，萃取3小时，得到姜油树脂；对制得的姜油树脂进行分子蒸馏，得到姜精油；

制备姜油乳液：将姜精油、辛烯基琥珀酸淀粉钠、去离子水在搅拌机中搅拌至混合均匀；然后再用高速均质机以15000rpm的转速，均质乳化10分钟，得到姜油乳液；其中，姜精油在姜油乳液中的质量分数为15wt％，辛烯基琥珀酸淀粉钠在姜油乳液中的质量分数为10wt％；

制备姜油微胶囊：向上述姜油乳液中加入海藻酸钠，加热至40℃，用搅拌机搅拌均匀，再加入壳聚糖和氯化钙，搅拌10分钟，过滤烘干，得到姜油微胶囊；其中，海藻酸钠的加入量占混合体系总质量的10wt％，壳聚糖的加入量占混合体系总质量的2wt％，氯化钙的加入量占混合体系总质量的1wt％。

取一定的姜油微胶囊加入纤维素纺丝液中混合搅拌均匀，将得到的混合纺丝液送入湿法纺丝机按照纺丝工序进行纺丝，其中，姜油微胶囊的加入量是纤维素纺丝液质量的8wt％。

将本实施例中制备的姜油再生纤维素纤维经纺织工艺后制得抗菌纺织品，并对该面料的抗菌性进行测试请参阅表1。

实施例3

制备姜精油：将生姜切片，热风干燥后粉碎，过50～100目筛，得到姜粉；将姜粉放入萃取釜中，打开二氧化碳让其与姜粉充分接触，并将姜粉在二氧化碳气氛中“浸泡”18小时；将萃取釜的温度调至温度50℃，压力调至35MPa，萃取2小时，得到姜油树脂；对制得的姜油树脂进行分子蒸馏，得到姜精油；

制备姜油乳液：将姜精油、辛烯基琥珀酸淀粉钠、去离子水在搅拌机中搅拌至混合均匀；然后再用高速均质机以20000rpm的转速，均质乳化5分钟，得到姜油乳液；其中，姜精油在姜油乳液中的质量分数为13wt％，辛烯基琥珀酸淀粉钠在姜油乳液中的质量分数为9wt％；

制备姜油微胶囊：向上述姜油乳液中加入海藻酸钠，加热至60℃，用搅拌机搅拌均匀，再加入壳聚糖和氯化钙，搅拌5分钟，过滤烘干，得到姜油微胶囊；其中，海藻酸钠的加入量占混合体系总质量的4wt％，壳聚糖的加入量占混合体系总质量的2.5wt％，氯化钙的加入量占混合体系总质量的0.5wt％。

取一定的姜油微胶囊加入纤维素纺丝液中混合搅拌均匀，将得到的混合纺丝液送入湿法纺丝机按照纺丝工序进行纺丝，其中，姜油微胶囊的加入量是纤维素纺丝液质量5wt％。

将本实施例中制备的姜油再生纤维素纤维经纺织工艺后制得抗菌纺织品，并对该面料的抗菌性进行测试请参阅表1。

对实施例1-3制得的抗菌面料进行抗菌性能检测和抗菌效果耐水洗性能检测，其中，抗菌性能测试：按照GB/T 20944.2-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》测定整理织物的抗菌性能；抗菌效果耐水洗性测试：按照GB/T 12490-1990中的试验条件A1M进行洗涤，采用ECE标准洗涤剂，清洗结束作为5次洗涤(相当于5次洗涤的具体操作条件和步骤：40℃，150mL溶液，钢珠10粒，洗45min，洗涤后取出试样，在40℃，100mL水中清洗2次，每次1min)。达到规定的洗涤次数后，用水充分洗涤样品，晾干。检测结果参见表1。对实施例1-3的抗菌面料进行指标检测，结果参见表1：

表1：实施例1-3抗菌性能检测结果

从表1可看出，本发明所制得的抗菌纺织品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的抗菌性能优异，且抗菌效果比较稳定，在经历50次的洗涤后其抗菌性仍能达到80％以上。

本发明采用超临界CO₂萃取法制备姜精油，再利用壳聚糖/海藻酸钠对姜精油进行包覆以形成姜油微胶囊，将姜油微胶囊加入纤维素纺丝液中进行纺丝可获得姜油再生纤维素纤维，使其具有较好的抗菌性。姜精油以微胶囊的形式加入纺丝液中可减少姜精油在使用过程中的损失，提高稳定性，延长了其功效作用时间。本发明的姜油再生纤维素纤维应用于纺织品中可获得抗菌纺织品，抗菌纺织品的抗菌效果优异且比较持久。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

采用超临界CO₂萃取法制备姜精油；

将所述姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水混和搅拌均匀，并进行均质乳化制备姜油乳液；

向所述姜油乳液中加入海藻酸钠、壳聚糖和氯化钙制备姜油微胶囊；

将所述姜油微胶囊加入至纤维素纺丝液中，进行纺丝，得到姜油再生纤维素纤维。

2.根据权利要求1所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，制备姜精油包括采用超临界CO₂萃取法在30～50℃温度下萃取姜粉2～4小时，分离后获得姜油树脂，再对所述姜油树脂进行分子蒸馏获得姜精油。

3.根据权利要求2所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述姜粉的目数为50～200目，在萃取前需将所述姜粉置于萃取釜中，打开二氧化碳使所述姜粉与二氧化碳充分接触18个小时。

4.根据权利要求1所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，制备姜油乳液时，所述姜精油的添加量是所述姜油乳液质量的10～15wt％；所述辛烯基琥珀酸淀粉钠的添加量是所述姜油乳液质量的8～10wt％。

5.根据权利要求4所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述均质乳化包括将搅拌均匀的所述姜精油与辛烯基琥珀酸淀粉钠和去离子水的混合液转移至均质机中，以10000～20000rpm的转速均质乳化5～15分钟。

6.根据权利要求1所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，制备姜油微胶囊的步骤包括：先向所述姜油乳液中加入海藻酸钠，在40～60℃下搅拌均匀；然后再向其中加入壳聚糖和氯化钙搅拌均匀，过滤干燥后获得姜油微胶囊。

7.根据权利要求6所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，加入的所述海藻酸钠的质量占混合体系总质量的4～10wt％，所述壳聚糖的质量占混合体系总质量的2～3wt％，所述氯化钙的质量占混合体系总质量的0.5～2wt％。

8.根据权利要求1所述的姜油再生纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述姜油微胶囊的加入量是所述纤维素纺丝液质量的5～10wt％。

9.一种姜油再生纤维素纤维，其特征在于，采用权利要求1～8任一所述的方法制备而成。

10.一种权利要求9所述的姜油再生纤维素纤维在纺织品中的应用。

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