CN114921881B - 一种低成本高抗菌功效筒子纱及其减碳染色工艺 - Google Patents
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- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Abstract
本发明提供了一种低成本高抗菌功效筒子纱及其减碳染色工艺，选用黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维进行混纺，作为表层；罗布麻纤维经过氯化胆碱‑尿素低共熔溶剂绿色体系处理，原麻被部分原纤化，提高纤维的比表面积和抗菌性能；芯层为氨纶长丝，所得筒子纱基体具有高柔、高弹、高韧、高抗菌功效；同时，壳聚糖纤维用量显著降低，大大降低成本。采用前处理‑染色同浴工艺，先采用烧碱、精炼剂、异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯对筒子纱进行低温退浆精炼前处理，促进碱液对混纺纱的渗透，再直接注入活性染料染液，借助渗透筒子纱基体内部的烧碱，实现上染、固色，减少染色中碱剂的使用量，同时缩短工艺，减少多次热水洗工序，具有减碳工艺优势。
Description
技术领域
本发明属于纺织领域，具体涉及一种低成本高抗菌功效筒子纱及其减碳染色工艺。
背景技术
受新冠疫情影响，人们对生活环境中存在的细菌、微生物及病毒的防御已上升到前所未有的重视程度。抗菌纺织品是阻挡、隔绝外界细菌、病毒的有效途径，已成为研究热点。
当前，抗菌纺织品的制备主要通过两种途径，一是后整理技术方案，将抗菌药剂通过浸渍、浸轧、喷雾等方法施加到纺织品表面，经过后整理固着到织物上；后整理技术方便实施，相对成本较低，但后整理普遍对织物的柔软等服用性能造成损伤，同时，后整理药剂的牢度较差，穿着过程中或洗涤后抗菌效果衰减。二是，遴选出自身具有抗菌功效的纤维组分，直接编制成纺织品，如壳聚糖纤维等，但也存在成本较高的短板，难以大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本高抗菌功效筒子纱及其减碳染色工艺，采用壳聚糖纤维、罗布麻纤维、黏胶纤维和氨纶长丝四种组分进行混纺，具有高柔、高弹、高韧、高抗菌功效，且成本低。本发明针对此筒子纱还设计了合适的减碳染色工艺，不仅前处理温度低，而且采用前处理-染色同浴工艺，工艺温度更低，且减少了工艺步骤，具有减碳优势。
本发明具体技术方案如下：
一种低成本高抗菌功效筒子纱，包括芯层和表层；
所述表层包括黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维，质量比为55：25：10；
所述芯层为氨纶长丝，所述氨纶长丝占黏胶纤维、罗布麻纤维、壳聚糖纤维和氨纶长丝总质量的10％；可发挥出不同组分纤维的抗菌协同效能，降低纤维成本。
所述罗布麻纤维的制备方法，采用氧化还原体系进行脱胶，脱胶后的罗布麻纤维经烧碱水洗涤，再用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理，处理后的罗布麻纤维离心脱水后依次热水与温水浴洗涤，再脱水，烘干至衡重，即可。
进一步的，本发明所述罗布麻纤维的制备方法中，其中脱胶采用的脱胶溶液中含有以下浓度的组分：质量浓度30％的双氧水20g/L，二氧化硫脲46g/L，柔软剂TF-446K3.5g/L；脱胶温度为90℃，脱胶50-60min；所述罗布麻纤维和脱胶溶液质量比为1:18-25；
所述烧碱水洗涤是指：脱胶后罗布麻纤维经70-80℃的烧碱水洗涤30min，其中烧碱浓度为10g/L，以去除脱下的胶质。上述烧碱水洗涤重复进行3次；所述罗布麻纤维和烧碱水的质量比为1:18-25；
所述氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理的具体为：罗布麻纤维经氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理，起到纤维开松的作用，其中氯化胆碱的浓度为32g/L，尿素的浓度为50-75g/L，在80℃下处理40-50min，此时罗布麻纤维与氯化胆碱-尿素低共熔溶剂的质量比为1：25-30。所述氯化胆碱-尿素低共熔溶剂的制备方法为：将氯化胆碱和尿素加热至90℃制备。
本发明采用以上方法处理罗布麻，作用和原理如下：
不同与其它麻纤维，罗布麻的韧皮胶质由致密蜡质层和丰富氧化还原成分组成，常规的碱液脱胶耗时长，需求温度高，碱液浓度要求高。本发明中针对上述问题，采用含硫元素的氧化还原体系脱胶对罗布麻脱胶，具有高效率、低能耗、温度低的优势，符合减碳目标要求；同时节省了大量烧碱的使用量，与传统碱法脱胶工艺对比，节省烧碱80％及以上。经GB/T 18147.2测试，脱胶罗布麻的残胶率为0.05％以内。同时，本发明技术中，还采用了环保性氯化胆碱和尿素体系对脱胶罗布麻进行开松处理，避免了传统机械开松对罗布麻纤维的损伤，另外，本方法开松处理，还将造成罗布麻纤维的部分原纤化(占比在12％左右)，提高单位质量罗布麻纤维的比表面积，增加纤维的接触面，促使抗菌功能更多显现出来，提高混纺纱的抗菌性能。
所述低成本高抗菌功效筒子纱对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有优异的抗菌效果，对大肠杆菌平均抗菌率达到≥92.6％，对金黄色葡萄球菌平均抗菌率达到≥98.2％。
所述的低成本高抗菌功效筒子纱基体具有高柔、高弹、高韧、高抗菌功效；在柔性方面，手感评价，与棉质柔软度相当；在弹性方面，无形变弹性达到180％，在韧性方面，拉断伸长率大于220％，且罗布麻纤维和壳聚糖纤维发挥协同作用，大大提高了抗菌性。另外，壳聚糖纤维用量显著降低，大大降低了抗菌筒子纱的成本。
本发明提供的一种低成本高抗菌功效筒子纱的生产方法，包括以下步骤：
1)将配方量的黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维混纺成纱线；
2)在环锭纺纱机上进行包芯纺纱，氨纶长丝为芯层。
步骤1)中所述黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维混纺成40支的纱线；
本发明制备过程中，总牵伸/断裂牵伸之比为26/1.15，氨纶长丝拉伸比为1.8-2.2，捻度为680-720t/m；
步骤2)中，采用氨纶长丝为芯层，提供高弹和高柔性能。所述氨纶长丝是指75dtex/72f的氨纶长丝；
步骤2)环锭纺纱机生产过程中，控制主轴转速为8500-9000rpm。
本发明提供的一种低成本高抗菌功效筒子纱的减碳染色工艺，采用前处理-染色同浴工艺，具体如下：
S1、采用含有烧碱、精炼剂和异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯的溶液作为前处理液，对低成本高抗菌功效筒子纱进行前处理；
S2、前处理后排水、离心脱水；随后直接注入活性染料染液，进行染色，再固色。
步骤S1进行前处理，实现低温退浆精炼；
步骤S1中所述烧碱在前处理液中浓度为8.0-9.5g/L；
步骤S1中所述精炼剂在前处理液中浓度为35-50g/L，所述精炼剂为精炼剂TF-125C，购自浙江传化智联股份有限公司；
步骤S1中所述异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯在前处理液中浓度为2.5-4.0g/L；
其中，异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯系高耐碱渗透剂，可促进碱液对混纺纱的渗透，增强前处理效果。所述异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯按照论文“异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯的制备及表征”王宗乾、李长龙、杨青，《纺织学报》公开的方法进行合成。
步骤S1所述前处理中，浴比为1:30-35，即筒子纱与前处理液的质量比；
步骤S1所述前处理中，温度80-85℃，时长为55-60min；本发明前处理温度较低，只有80-85℃，比常规前处理低了至少10℃；
进一步的，步骤S1中，前处理中辅以电动搅拌，确保液质充分交换。
步骤S1中，异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯系高耐碱渗透剂，可促进碱液对混纺纱的渗透，增强前处理效果；
步骤S1前处理后，低成本高抗菌功效筒子纱经排水、离心脱水处理，最后纱线中的含水率在75-80％。
步骤S2中，所述活性染料染液中含有约克夏活性染料总浓度为2.0-3.2g/L、硫酸钠(元明粉)浓度20.0-25.5g/L和烧碱浓度为0.25g/L；因前处理中烧碱已浸入筒子纱内部，仍可表现出足够的碱性，可确保活性染料对筒子纱的染色和固着；补充添加的烧碱仅为传统烧碱用量的1/10左右。
步骤S2中，染色工艺参数为：温度为55-65℃，染色时间45-60min；
进一步的，步骤S2中，染色过程中保持电动或磁力搅拌，保证染液对筒子纱的充分均匀渗透。
步骤S2染色后，持续升温至75-80℃，保持15-20min，完成固色。
本发明前处理后直接进行染色，节省了两次热水洗和冷水洗，减少了加热所需的热源。
与现有技术相比，本发明创新了筒子纱的成分组成和混纺工艺，选用了壳聚糖纤维、罗布麻纤维、黏胶纤维和氨纶长丝四种组分进行混纺，具体采用环锭包芯纺纱技术进行混纺成型。其中黏胶纤维、罗布麻纤维、壳聚糖纤维的组分配比分别为55：25：10，集中分布在筒子纱表层；所用的罗布麻纤维采用含硫元素的氧化还原体系脱胶对罗布麻脱胶，符合减碳目标要求；同时节省了大量烧碱的使用量，同时，本发明技术中，还采用了环保性氯化胆碱和尿素体系对脱胶罗布麻进行开松处理，避免了传统机械开松对罗布麻纤维的损伤，另外，本方法开松处理，还将造成罗布麻纤维的部分原纤化(占比在12％左右)，提高单位质量罗布麻纤维的比表面积，增加纤维的接触面，促使抗菌功能更多显现出来，提高混纺纱的抗菌性能。纱线的芯层为氨纶长丝，氨纶长丝占壳聚糖纤维、罗布麻纤维、黏胶纤维和氨纶长丝四种组分的质量比为10％。筒子纱基体具有高柔、高弹、高韧、高抗菌功效；同时，壳聚糖纤维用量显著降低，大大降低了抗菌筒子纱的成本。同时，本发明针对多组分筒子纱特征，开发了减碳印染加工工艺，具体采用前处理-染色同浴工艺，其中采用烧碱、精炼剂、异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯先对筒子纱进行低温退浆精炼前处理，其中异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯系高耐碱渗透剂，可促进碱液对混纺纱的渗透，增强前处理效果；前处理后排水、离心脱水；随后直接注入活性染料染液，借助渗透筒子纱基体内部的烧碱，实现上染、固色，减少了染色中碱剂的使用量，同时缩短了工艺，减少了多次热水洗工序，具有减碳工艺优势。
附图说明
图1为本发明低成本高抗菌功效筒子纱的生产工艺流程示意图；
图2为本发明制备的低成本高抗菌功效筒子纱的示意图；
图3为本发明制备的本发明制备的低成本高抗菌功效筒子纱对大肠杆菌的抗菌效果；
图4为本发明制备的低成本高抗菌功效筒子纱对金黄色葡萄球菌的抗菌效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种低成本高抗菌功效筒子纱，包括芯层和表层；
所述表层包括黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维，质量比为55：25：10；
所述芯层为氨纶长丝，75dtex/72f的氨纶长丝，氨纶长丝占黏胶纤维、罗布麻纤维、壳聚糖纤维和氨纶长丝总质量的10％；
所述低成本高抗菌功效筒子纱的制备方法为：
1)处理罗布麻纤维：采用氧化还原体系进行脱胶，脱胶溶液中含有以下浓度的组分：质量浓度30％的双氧水20g/L，二氧化硫脲46g/L，柔软剂TF-446K3.5g/L；脱胶温度为90℃，脱胶55min；所述罗布麻纤维和脱胶溶液质量比为1:20；脱胶后的罗布麻纤维经75℃的烧碱水洗涤30min，其中烧碱浓度为10g/L，以去除脱下的胶质，上述烧碱水洗涤重复进行3次；所述罗布麻纤维和烧碱水的质量比为1:20；得到的罗布麻纤维再用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理，起到纤维开松的作用，其中氯化胆碱的浓度为32g/L，尿素的浓度为58g/L，在80℃下处理45min，此时罗布麻纤维与氯化胆碱和尿素混合体系的质量比为1：28，然后依次进入5倍质量的60℃热水浴、30℃温水浴洗涤，各洗涤10min；脱水，鼓风烘干至衡重，可直接后续加工筒子纱；
2)将黏胶纤维、步骤1)制备的罗布麻纤维和壳聚糖纤维按照质量比为55：25：10混纺成40支的纱线；
3)在环锭纺纱机上进行包芯纺纱，75dtex/72f的氨纶长丝为芯层，提供高弹和高柔性能，控制氨纶长丝占黏胶纤维、罗布麻纤维、壳聚糖纤维和氨纶长丝总质量的10％；加工出来的混纺筒子纱示意图如图2中所示，其中总牵伸/断裂牵伸之比为26/1.15，氨纶长丝拉伸比为1.8-2.2，捻度为680-720t/m，主轴转速为8500-9000rpm。
制备的低成本高抗菌功效筒子纱在柔性方面，手感评价，与棉质柔软度相当；在弹性方面，无形变弹性达到180％，在韧性方面，拉断伸长率大于220％，且罗布麻纤维和壳聚糖纤维发挥协同作用，大大提高了抗菌性。因此，制备的低成本高抗菌功效筒子纱具有高柔、高弹、高韧、高抗菌功效。
将实施例1混纺出的低成本高抗菌功效筒子纱进行金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的测试，采用对比实验法，平行测试了3次，相同量的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌未加筒子纱作为空白对比样，在相同条件下进行实验，结果如图3、图4所示。混纺筒子纱对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有优异的抗菌效果，大肠杆菌平均抗菌率为≥92.6％，金黄色葡萄球菌平均抗菌率为≥98.2％；同时3次测试结果基本稳定，表明混纺筒子纱的抗菌性能是基本稳定的，具有抗菌效果的壳聚糖纤维和罗布麻纤维集中分布在筒子纱的表层，且分布比较均匀。
在相同抗菌效果下，与相同质量的纯壳聚糖纱线进行对比，本发明加工筒子纱价格减少至原来的1/8左右。纯罗布麻纤维的抗菌效果达不到本发明加工筒子纱的水平。进一步表明，本发明的纤维组分选择和配比，发挥出了优异的协同抗菌效果；究其原因在于罗布麻纤维结晶度高，细菌粘附性下降，另外罗布麻纤维含有总黄酮类化合物(槲皮素、芸香甙类、黄酮甙类、强心甙类)、有机酸类化合物以及多种氨基酸成分，总体呈现弱阳，与壳聚糖形成了强强复配，增强了两者的抗菌功效。
实施例2
一种低成本高抗菌功效筒子纱的减碳染色工艺，采用前处理-染色同浴工艺，具体如下：
S1、采用含有烧碱、精炼剂TF-125C和异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯的溶液作为前处理液，对实施例1制备的低成本高抗菌功效筒子纱进行前处理；前处理液中，烧碱浓度为9.0g/L，精炼剂TF-125C浓度为40g/L，异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯浓度为3.0g/L；前处理中浴比为1:33(筒子纱与前处理液的质量比)，温度80℃，时长为60min；前处理中辅以电动搅拌，确保液质充分交换。
S2、前处理后混纺筒子纱经排水、离心脱水处理，最后纱线中的含水率在75％；前处理液排出之后，随后直接向筒子纱中注入活性染料染液，进行染色，染色工艺处方：约克夏活性染料总浓度为2.5g/L；元明粉浓度20.0g/L；烧碱浓度0.25g/L；染色温度为55℃；染色时间60min；染色过程中保持电动或磁力搅拌，保证染液对筒子纱的充分均匀渗透；染色后，持续升温至75℃，保持18min，完成固色。
实施例2染色后筒子纱的颜色指标和色牢度按照GB/T 3920、3921进行检测，检测结果具体如下表1：
表1实施例2染色筒子纱的颜色指标和色牢度
其中，K/S值标准偏差计算方法具体如下：
测量染色筒子纱的K/S值，每个样品测量数据点不少于5个，按公式n是测量的样本个数，Sr为K/S值标准偏差，(K/S)i是指第i个样本的K/S值，/>是指第i个样本的K/S值测量数据点的平均值。
计算K/S值标准偏差Sr，依据偏差值判断匀染性，偏差值越小，匀染性越好。本发明平行测试5次，所得结果如表1所示。
发明相对于传统的染色工艺，减碳具体体现在以下几点：其一，前处理中温度为80-85℃，比常规前处理低了至少10℃；其二，前处理后直接进行染色，节省了两次热水洗和冷水洗，减少了加热所需的热源；其三，染色中减少了碱剂的使用量，减少了污水的处理难度；渗透到纱线基体内部的烧碱可以促进染料分子的上染固着，降低染色固着温度；相对于常规染色工艺的固着温度，本专利固色温度也降低了至少10℃。
Claims (9)
1.一种低成本高抗菌功效筒子纱，其特征在于，所述低成本高抗菌功效筒子纱包括芯层和表层；所述表层包括黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维，质量比为55：25：10；所述芯层为氨纶长丝，所述氨纶长丝占黏胶纤维、罗布麻纤维、壳聚糖纤维和氨纶长丝总质量的10％；
所述罗布麻纤维的制备方法为：采用氧化还原体系进行脱胶，脱胶后的罗布麻纤维经烧碱水洗涤，再用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理，处理后的罗布麻纤维离心脱水后依次热水与温水浴洗涤，再脱水，烘干至恒重，即可；
所述脱胶采用的脱胶溶液中含有以下浓度的组分：质量浓度30％的双氧水20g/L，二氧化硫脲46g/L，柔软剂TF-446K3.5g/L；脱胶温度为90℃，脱胶50-60min；所述罗布麻纤维和脱胶溶液质量比为1:18-25；
所述烧碱水洗涤是指：脱胶后罗布麻纤维经70-80℃的烧碱水洗涤30min，其中烧碱浓度为10g/L，以去除脱下的胶质；上述烧碱水洗涤重复进行3次；所述罗布麻纤维和烧碱水的质量比为1:18-25；
所述氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理的具体为：罗布麻纤维经氯化胆碱-尿素低共熔溶剂进行处理，其中氯化胆碱的浓度为32g/L，尿素的浓度为50-75g/L，在80℃下处理40-50min，此时罗布麻纤维与氯化胆碱-尿素低共熔溶剂的质量比为1：25-30。
2.根据权利要求1所述的低成本高抗菌功效筒子纱，其特征在于，所述低成本高抗菌功效筒子纱对大肠杆菌平均抗菌率达到≥92.6％，对金黄色葡萄球菌平均抗菌率达到≥98.2％。
3.根据权利要求1所述的低成本高抗菌功效筒子纱，其特征在于，所述低成本高抗菌功效筒子纱的生产方法，包括以下步骤：
1)将配方量的黏胶纤维、罗布麻纤维和壳聚糖纤维混纺成纱线；
2)在环锭纺纱机上进行包芯纺纱，氨纶长丝为芯层。
4.一种权利要求1-3任一项所述低成本高抗菌功效筒子纱的减碳染色工艺，其特征在于，采用前处理-染色同浴工艺，所述减碳染色工艺包括以下步骤：
S1、采用含有烧碱、精炼剂和异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯的溶液作为前处理液，对低成本高抗菌功效筒子纱进行前处理；
S2、前处理后排水、离心脱水；随后直接注入活性染料染液，进行染色，再固色。
5.根据权利要求4所述的减碳染色工艺，其特征在于，步骤S1中所述烧碱在前处理液中浓度为8.0-9.5g/L；所述精炼剂在前处理液中浓度为35-50g/L，所述异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯在前处理液中浓度为2.5-4.0g/L。
6.根据权利要求4所述的减碳染色工艺，其特征在于，步骤S1所述前处理中，浴比为1:30-35，温度80-85℃，时长为55-60min。
7.根据权利要求4所述的减碳染色工艺，其特征在于，步骤S2中，所述活性染料染液中含有烧碱浓度为0.25g/L。
8.根据权利要求4所述的减碳染色工艺，其特征在于，步骤S2中，染色工艺参数为：温度为55-65℃，染色时间45-60min。
9.根据权利要求4所述的减碳染色工艺，其特征在于，步骤S2中所述固色是指，持续升温至75-80℃，保持15-20min，完成固色。
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