CN114836863A - 一种抗菌导电丙纶纱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，涉及纱线生产技术领域。本发明所述的制备方法，以熔融静电纺装置为发生装置，包括熔融纺丝机、气喷装置和静电纺丝机，所述气喷装置设置于所述熔融纺丝机上，通过熔融纺丝制备的丙纶纱线具有一定的热粘性，半熔态的丙纶纱线可以与功能性颗粒或者功能性粉末直接结合。本发明所述的制备方法通过熔融纺丝制备的丙纶纱线只需将聚丙烯颗粒高温熔融拉成丝即可，其工艺相较与溶液干纺和溶液湿纺相比无凝固浴和溶剂，大大缩减了原料成本和生产成本，且制备过程无毒无污染，可连续制备。

Description

一种抗菌导电丙纶纱的制备方法
技术领域
本发明涉及纱线生产技术领域，尤其涉及一种抗菌导电丙纶纱的制备方法。
背景技术
熔融纺丝丙纶生产工艺是生产熔喷聚丙烯非织造布的重要方法。雾霾天气以及各种流行性疾病的出现，使治理空气污染再次成为社会关注的焦点。中国纺织品商业协会曾于2016年发布《PM2.5防护口罩》团体标准(TAJ 1001-2015)，这是我国第一个正式向社会发布的可以有效防护雾霾危害的口罩标准，这也意味着不具备PM2.5功能的口罩将被市场淘汰，具有高防护功能的口罩将占领市场。熔融纺丝丙纶相较于现下市场成熟的干法纺丝，熔融纺丝具备工艺流程简单、设备投资低、生产效率高等优点，在生产过程中无需使用溶剂，是一种经济和对环境友善的生产技术。随着纤维级聚丙烯脂切片技术生产日益成熟及熔融纺丝技术的完善，熔融纺丝丙纶产品已可和湿法纺丝丙纶产品相媲美。
此外，熔融静电纺可一步化生产出具有多功能的丙纶纱，相较中国专利CN111636110 A一种基于聚离子液体的抗菌静电纺丝纤维的制备方法，将聚离子液体与静电纺丝的方法结合，制备得到静电纺丝纤维用作医用敷料。本发明不仅使壳聚糖技术与静电纺丝技术结合，而且将功能性碳纳米管颗粒技术与熔融纺丝相结合。
中国专利CN 208485988 U一种采用静电纺丝对长丝表面改性系统发明内容，主要通过静电纺丝装置纺出的纤维落在纱线片层上，实现纱线片层的改性。本发明通过共轭静电纺丝技术，形成锥形的纱网面，锥形纱网面不仅可以缠在纱线上，而且能够有效辅助收集颗粒。
中国专利CN 113106569 A功能性锦纶长丝及面料的制备方法和应用。在锦纶聚合物熔体中掺入功能性母粒，然后通过熔融纺丝技术纺丝，获得功能性锦纶长丝。本发明利用了熔融纺丝半熔体态聚合物丝具有一定的热粘性，可与功能性颗粒相结合的特点。
中国专利CN 105316869 A基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及设备，能够得到无纺布产品，又能够保证产品薄、透、高吸湿性，在传统湿法纺丝工艺的步骤中省略相关步骤，有效节约了生产成本，降低了工艺过程中对环境的污染，提高了生产效率。本发明利用聚合物丙纶高温熔融拉成丝后具有热粘性，可直接与功能性颗粒相结合，其工艺相较与溶液干纺和溶液湿纺相比无凝固浴和溶剂，大大缩减了原料成本和生产成本，且制备过程无毒无污染，可连续制备。
中国专利CN 207811287 U一种从水体中收集颗粒悬浮物的装置解决了从水体中收集颗粒悬浮物的问题，相比传统工艺安装便捷、取样快捷，水样占比少，便于收集颗粒悬浮物。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法实现一步化制备具备多功能材料的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗菌导电丙纶纱的制备方法。该制备过程简单可控无污染，同时具备多种功能，满足使用者的不同需求。利用锥形纱网面可以将所有喷出的功能性颗粒全部收集，不会产生浪费。
本发明的目的是提供一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，以熔融静电纺装置为发生装置，包括熔融纺丝机、气喷装置和静电纺丝机，所述气喷装置设置于所述熔融纺丝机上，所述的制备方法包括以下步骤，
S1、将聚丙烯颗粒和助剂混匀加入熔融纺丝机中，进行熔融拉丝，得到丙纶丝；所述丙纶丝的温度为160-175℃；
S2、将纺丝液从静电纺丝机的平口针头挤出，均匀牵引到丙纶丝上，形成锥形纱网面；所述纺丝液为壳聚糖和聚乙烯醇混合液；
S3、通过气喷装置将碳纳米管颗粒吹喷到锥形纱网面上，使纱网面包覆住碳纳米管颗粒；
S4、熔融纺丝机上的喇叭口带动锥形纱网面的旋转下移，使碳纳米管颗粒黏着在丙纶丝表面，得到所述抗菌导电丙纶纱；所述锥形纱网面的移动方向和所述碳纳米管颗粒吹喷方向相同。
在本发明的一个实施例中，在S1步骤中，所述聚丙烯颗粒的密度为0.85-0.95g/cm3，硬度为60-70A；所述聚丙烯颗粒和助剂的质量比为100：1-5。
在本发明的一个实施例中，在S1步骤中，所述助剂为抗氧化剂和/或热稳定剂。
在本发明的一个实施例中，所述抗氧化剂为无水亚硫酸钠和/或无水柠檬酸；所述热稳定剂为己内酰胺和/或硬脂酸。
在本发明的一个实施例中，在S1步骤中，所述熔融纺丝机的参数设定为：喷头直径为5-7mm，纺丝速度为20-40m/min。
在本发明的一个实施例中，在S2步骤中，所述纺丝液中壳聚糖的质量分数为1-3％，聚乙烯醇的质量分数为10-14％，余量为水。
在本发明的一个实施例中，在S2步骤中，所述锥形纱网面的制备条件为：静电纺丝机的平口针头有两个，分别接入20kv-25kv正负电压；平口针头和锥形纱网面的距离为23-27cm；锥形纱网面的顶角90°-120°。
在本发明的一个实施例中，在S2步骤中，环境的相对湿度为35-45％，环境的温度为60-65℃。水需要挥发，湿度太高，水难以挥发掉；湿度太低，水过早挥发，不能形成锥形的纱网面。此温度有利于溶剂水挥发，同时此温度高于室温，中间的丙纶丝可以达到一定的拉伸效果。
在本发明的一个实施例中，在S3步骤中，所述吹喷的条件为：喷出速度为1-2mg/min，喷出气压为0.1-0.15Mpa；喷口和锥形纱网面的距离为2-4cm。吹喷气压不能过大，否则会吹破纱网面。
在本发明的一个实施例中，在S3步骤中，所述气喷装置的喷口为椭圆气喷口，所述椭圆气喷口的长轴为1cm，短轴为5mm，所述椭圆气喷口距离熔融纺丝机喷头为2cm。
在本发明的一个实施例中，在S4步骤中，所述喇叭口的转速为2400-2600r/min。
在本发明的一个实施例中，在S4步骤中，所述黏着的温度为120-130℃。该温度已经低于丙纶的熔点温度，但温度仍然较高，确保丙纶丝具有一定的热粘性。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的制备方法通过熔融纺丝制备的丙纶纱线具有一定的热粘性，半熔态的丙纶纱线可以与功能性颗粒或者功能性粉末直接结合。
(2)本发明所述的制备方法通过共轭静电纺丝的锥形纱网面不仅可以缠在纱线上，而且能够有效辅助收集功能性颗粒，高效率使用功能性颗粒。
(3)本发明所述的制备方法通过熔融纺丝制备的丙纶纱线只需将聚丙烯颗粒高温熔融拉成丝即可，其工艺相较与溶液干纺和溶液湿纺相比无凝固浴和溶剂，大大缩减了原料成本和生产成本，且制备过程无毒无污染，可连续制备。
(4)本发明所述的制备方法通过静电纺丝将壳聚糖和碳纳米管颗粒纺在丙纶丝上不仅达到输送电子的效果，同时使纱线具备一定的抗菌特性和导电特性，而且有效解决丙纶丝自身的静电问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明熔融静电纺装置的结构示意图。
图2为本发明熔融纺丝机机头的结构示意图。
图3为本发明熔融纺丝机中气喷装置的结构示意图。
图4为本发明抗菌导电纱线的截面示意图。
附图标记说明：1-熔融纺丝机、2-送料口、3-喇叭口、41-平口针头机、42-正负电源、43-平口针头、5-锥形纱网面、6-熔融喷丝头、7-气喷口、8-丝束、9-碳纳米管颗粒、100-丙纶丝、200-抗菌导电丙纶纱、300-接收装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所适用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明的抗菌导电丙纶纱采用熔融静电纺装置生产得到，其结构如图1-3所示，以熔融静电纺装置为发生装置，包括熔融纺丝机、气喷装置、静电纺丝机。
其中，熔融纺丝机1是将聚丙烯颗粒和助剂按一定比例加入送料口2，从喇叭口3熔融纺出丙纶丝100，将热熔丝挤出后连接到接收装置300上。
静电纺丝机的平口针头有两个41，接上正负电源42，当打开电源，静电纺丝机41的平口针头43会形成一个稳定的电场，使静电纺丝的丝束8随着纤维的牵伸而形成一个锥形纱网面5。
熔融纺丝机1中设有气喷装置，气喷装置包含一个熔融喷丝头6和三个气喷口7装置，气喷口7装置将功能性碳纳米管颗粒9吹喷到锥形纱网面5，锥形纱网面5包覆住所有喷出的功能性碳纳米管颗粒9。
熔融纺丝机1上的喇叭口3旋转，带动锥形纱网面5旋转下移。随着纱网面5的旋转下移，碳纳米管颗粒9逐渐黏着在半熔体态聚合物丙纶丝100上，从而制备出抗菌导电丙纶纱200。接收装置300接收抗菌导电丙纶纱200。
在整个工艺过程中还包括纤维收集机构、烘箱、包缠和加捻等用于纱线制备和后处理。
下述实施例和对比例中，所使用的实验方法无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
壳聚糖颗粒购于南通润丰石油化工有限公司，规格(脱乙酰度不低于90％，平均分子量50000)；聚丙烯颗粒购于苏州塑途塑胶新材料有限公司，规格(密度：0.92-1.12g/cm3，硬度为60-70A)；碳纳米管购于苏州碳丰石墨烯科技有限公司，规格(内径：3-5nm，外径：8-15nm，长度：3-12μm)；聚乙烯醇粉末购于天津市天大化工实验厂，规格(医用级，工业合成，聚合度1750±50，醇解度为98％)；热稳定剂为已内酰胺购于常州蓝亚新材料科技有限公司，规格(含量99.9％，密度1.01g/cm3)。
实施例1
一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，具体包括以下步骤：
将聚丙烯颗粒与热稳定剂己内酰胺质量比按100：1投入熔融纺丝机的入料口，聚丙烯颗粒和热稳定剂在机器内部熔融后，进行熔融拉丝，其中熔融喷丝头直径为6mm，纺丝速度为20m/min，喇叭口处丝线温度为170℃。将热熔丝挤出后连接到接收装置上。
通过共轭静电纺丝将壳聚糖/PVA纺丝液通过静电纺丝机的平口针头挤出，均匀牵引到聚合物丙纶丝上，从而形成锥形纱网面。静电纺丝工艺参数为：壳聚糖/PVA纺丝液中聚乙烯醇质量分数为12％、壳聚糖质量分数为2％，两个静电纺丝的平口针头分别接入20kv正负电压，平口针头距离锥形纱网面25cm，环境相对湿度为40％，环境室温为60℃，最终形成顶角90°的锥形纱网面。
熔融纺丝机中设有气喷装置，气喷装置包含一个熔融喷丝头和三个气喷装置，气喷喷口距离锥形纱网面3cm，气喷装置将功能性碳纳米管颗粒吹喷到锥形纱网面上，功能性碳纳米管颗粒的喷出速度为1mg/min，喷出气压为0.1Mpa，锥形纱网面包覆住所有喷出的功能性碳纳米管颗粒。
熔融纺丝机上的喇叭口以2400r/min旋转，带动纱网面旋转下移。随着纱网面的旋转下移，碳纳米管颗粒逐渐黏着在半熔体态聚合物丙纶丝上，黏着点温度为120℃，从而制备出图4所示的抗菌导电丙纶纱，其中碳纳米管颗粒部分分散在丝束8(壳聚糖和聚乙烯醇混合纤维)之间，部分黏着在丙纶丝表面，接收装置接收速度是40cm/s。
实施例2
一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，具体包括以下步骤：
将聚丙烯颗粒与热稳定剂己内酰胺质量比按100：1投入熔融纺丝机的入料口，聚丙烯颗粒和热稳定剂在机器内部熔融后，进行熔融拉丝，其中熔融喷丝头直径为6mm，纺丝速度为20m/min，喇叭口处丝线温度为170℃。将热熔丝挤出后连接到接收装置上。
通过共轭静电纺丝将壳聚糖/PVA纺丝液通过静电纺丝机的平口针头挤出，均匀牵引到聚合物丙纶丝上，从而形成锥形纱网面。静电纺丝工艺参数为：壳聚糖/PVA纺丝液中聚乙烯醇质量分数为12％、壳聚糖质量分数为2％，两个静电纺丝机的平口针头分别接入20kv正负电压，平口针头距离锥形纱网面25cm，环境相对湿度为40％，环境室温为60℃，最终形成顶角90°的锥形纱网面。
熔融纺丝机中设有气喷装置，气喷装置包含一个熔融喷丝头和三个气喷装置，气喷喷口距离锥形纱网面3cm，气喷装置将功能性碳纳米管颗粒吹喷到锥形纱网面，功能性碳纳米管颗粒的喷出速度为2mg/min，喷出气压为0.1Mpa，锥形纱网面包覆住所有喷出的功能性碳纳米管颗粒。
熔融纺丝机上的喇叭口以2400r/min旋转，带动纱网面旋转下移。随着纱网面的旋转下移，碳纳米管颗粒逐渐黏着在半熔体态聚合物丙纶丝上，黏着点温度为120-130℃，从而制备出抗菌导电丙纶纱，接收装置接收速度是40cm/s。
实施例3
一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，具体包括以下步骤：
将聚丙烯颗粒与热稳定剂己内酰胺质量比按100：1投入熔融纺丝机的入料口，聚丙烯颗粒和热稳定剂在机器内部熔融后，进行熔融拉丝，其中熔融喷丝头直径为6mm，纺丝速度为12m/min，喇叭口处丝线温度为170℃。将热熔丝挤出后连接到接收装置上。
通过共轭静电纺丝将壳聚糖/PVA纺丝液通过静电纺丝机的平口针头挤出，均匀牵引到聚合物丙纶丝上，从而形成锥形纱网面。静电纺丝工艺参数为：壳聚糖/PVA纺丝液中聚乙烯醇质量分数为12％、壳聚糖质量分数为2％，两个静电纺丝机的平口针头分别接入20kv正负电压，平口针头距离锥形纱网面25cm，环境相对湿度为40％，环境室温为60℃，最终形成顶角90°的锥形纱网面。
熔融纺丝机中设有气喷装置，气喷装置包含一个熔融喷丝头和三个气喷装置，气喷喷口距离锥形纱网面3cm，气喷装置将功能性碳纳米管颗粒吹喷到锥形纱网面，功能性碳纳米管颗粒的喷出速度为1mg/min，喷出气压为0.1Mpa，锥形纱网面包覆住所有喷出的功能性碳纳米管颗粒。
熔融纺丝机上的喇叭口以3000r/min旋转，带动纱网面旋转下移。随着纱网面的旋转下移，碳纳米管颗粒逐渐黏着在半熔体态聚合物丙纶丝上，黏着点温度为120-130℃，从而制备出抗菌导电丙纶纱，接收装置接收速度是25cm/s。
对比例1
步骤基本同实施例1，其区别仅在于，不用壳聚糖/PVA纺丝液，不加入功能性碳纳米管颗粒。
对比例2
步骤基本同实施例1，其区别仅在于，不用壳聚糖/PVA纺丝液。
对比例3
步骤基本同实施例1，其区别仅在于，不加入功能性碳纳米管颗粒。
对比例4
步骤基本同实施例1，其区别仅在于，将半熔态的丙纶丝换成正常的丙纶丝。
测试例1
对上述实施例1-3和对比例1-3所制备的纱线进行抗菌性能、强力性能测试，导电测试依据的标准如下：
强度性能测试指标：GB/T 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》。
抗菌性能测试指标：GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》。
静电半衰期测试指标：GB/T 12703.1-2008《静电压半衰期法》。
表1所示为性能测试结果：
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
断裂强力(CN) 152.24 153.87 154.43 160.63 152.46 153.34
抑菌率(％) 97 97 99 75 73 96
摩擦静电荷(nC) 35 26 35 198 36 197
起毛起球等级 4 4 4 4 4 3
表1的结果显示，实施例1制备的抗菌导电复合纱线的抗菌性能、断裂强度、导电等几个指标较为优异。
实施例2制备的抗菌导电复合纱线通过增加功能性碳纳米管颗粒的喷出量，导电指标相比实施例1更加优秀。
实施例3制备的抗菌导电复合纱线通过增加壳聚糖/PVA的量，抗菌指标相比实施例1更加优秀。
实施例1-3制备的抗菌导电复合纱线的抗菌性能、断裂强度、导电等几个指标上优于对比例1-3的抗菌导电纱线，具有更佳的性能。
测试例2
对上述实施例1和对比例4所制备的纱线进行摩擦性能测试，依据的标准如下：
起毛起球性测试指标：GB/T 4802.2-2008《纺织品.织物起毛起球性能的测定.第2部分：改型马丁代尔法》。
将试样平放在平面上，两端用夹持机构固定住，摩擦头下落与试样相接触，摩擦头的运行方向与试样的经向一致，运行速度为每秒1个往复摩擦循环，单程摩擦动程为10cm，向下压力为15N。
试验后各性能的测试结果如下表2所示：
表2
Figure BDA0003603788970000101
从表2可以看出本发明采用的制备方法，半熔态的丙纶纱线与壳聚糖、聚乙烯醇和碳纳米管颗粒的结合度较好，耐起毛起球性好、不易破损。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，以熔融静电纺装置为发生装置，包括熔融纺丝机、气喷装置和静电纺丝机，所述气喷装置设置于所述熔融纺丝机上，所述的制备方法包括以下步骤，
S1、将聚丙烯颗粒和助剂混匀加入熔融纺丝机中，进行熔融拉丝，得到丙纶丝；所述丙纶丝的温度为160-175℃；
S2、将纺丝液从静电纺丝机的平口针头挤出，均匀牵引到丙纶丝上，形成锥形纱网面；所述纺丝液为壳聚糖和聚乙烯醇混合液；
S3、通过气喷装置将碳纳米管颗粒吹喷到锥形纱网面上，使纱网面包覆住碳纳米管颗粒；
S4、熔融纺丝机上的喇叭口带动锥形纱网面的旋转下移，使碳纳米管颗粒黏着在丙纶丝表面，得到所述抗菌导电丙纶纱；所述锥形纱网面的移动方向和所述碳纳米管颗粒吹喷方向相同。
2.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S1步骤中，所述聚丙烯颗粒的密度为0.85-0.95g/cm3，硬度为60-70A；所述聚丙烯颗粒和助剂的质量比为100：1-5。
3.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S1步骤中，所述助剂为抗氧化剂和/或热稳定剂。
4.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S1步骤中，所述熔融纺丝机的参数设定为：喷头直径为5-7mm，纺丝速度为20-40m/min。
5.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S2步骤中，所述纺丝液中壳聚糖的质量分数为1-3％，聚乙烯醇的质量分数为10-14％，余量为水。
6.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S2步骤中，所述锥形纱网面的制备条件为：静电纺丝机的平口针头有两个，分别接入20kv-25kv正负电压；平口针头和锥形纱网面的距离为23-27cm；锥形纱网面的顶角90°-120°。
7.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S2步骤中，环境的相对湿度为35-45％，环境的温度为60-65℃。
8.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S3步骤中，所述吹喷的条件为：喷出速度为1-2mg/min，喷出气压为0.1-0.15Mpa；喷口和锥形纱网面的距离为2-4cm。
9.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S4步骤中，所述喇叭口的转速为2400-2600r/min。
10.根据权利要求1所述的抗菌导电丙纶纱的制备方法，其特征在于，在S4步骤中，所述黏着的温度为120-130℃。
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