CN115198391A - 一种具有缓释功能的复合纤维材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有缓释功能的复合纤维材料，由至少两种相容性有差异的聚合物经特定复合纺设备形成，且至少一种聚合物在纺丝之前定量注入了功能组分；其中，所述至少两种相容性有差异的聚合物通过特定复合纺设备的两个螺杆分别熔融，然后使熔融后的熔体通过各自的熔体管路，再分别经过两个熔体计量泵计量后送入复合纺丝组件，两种聚合物熔体至喷丝板中汇合，熔体丝条喷出后即形成具有不同类型截面的复合纤维。本发明的具有缓释功能的复合纤维材料，具有良好的缓释功能，功能组分在使用过程中能够长期、稳定的缓释，从而使得复合纤维材料可以长期保持其功能。

Description

一种具有缓释功能的复合纤维材料及其应用
技术领域
本发明涉及纺织品材料技术领域，具体涉及一种具有缓释功能的复合纤维材料及其应用。
背景技术
抗菌材料是指自身具有杀灭或抑制微生物功能的一类新型功能材料。在人们对环境卫生要求日益提高的今天，抗菌、抗病毒材料的应用受到更加广泛的关注，在医疗领域、家庭用品、家用电器、食品包装等领域有极其广阔的应用前景。
具有纳米铜/碳-核/壳结构的复合材料(铜碳复合材料)具有优异的抗菌、抗病毒、驱螨虫和促进皮肤健康的性能。铜碳复合材料具有稳定的化学性能(在pH＝1-11的条件下没有明显的化学变化)和物理特性(在350℃条件下性能稳定)，适用于目前市场上所有的人造丝制备工艺，如各种化纤熔喷纺丝工艺、粘胶纺工艺、莫代尔工艺等。由于铜碳复合材料不挥发，几乎不溶于水，上述的功能主要是通过与目标物体接触来实现的(触杀原理)。通过将铜碳复合材料的微颗粒(通常使用的平均粒度在2-6微米)混入在高分子材料中，通过喷丝可以制备出具有抗菌、抗病毒、驱螨虫和促进皮肤健康的纱线，经过进一步加工可以得到具有同样功能的各类纺织品。但是，由于铜碳复合材料的触杀原理及其特性，抗菌丝的性能主要是由在丝线表面的铜碳复合材料的微颗粒贡献的，而在复合纤维丝内部的铜碳复合材料由于高分子材料的包裹屏蔽，不能够正常的发挥其应有的功能。并且，这种具有抗菌功能的纺织品在长期的使用和洗涤过程中，纱线表面的铜碳复合材料微颗粒会逐渐脱落，致使纺织品的抗菌性能逐渐降低，抗菌性能难以保持。以上种种因素阻碍了铜碳复合材料抗菌复合纤维的应用和普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有缓释功能的复合纤维材料，该复合纤维材料具有良好的缓释功能，功能组分在使用过程中能够长期、稳定的缓释，从而使得复合纤维材料可以长期保持其功能。
本发明第一方面提供了一种具有缓释功能的复合纤维材料，所述复合纤维材料是由至少两种相容性有差异的聚合物经特定复合纺设备纺丝形成，且至少一种聚合物中在纺丝之前定量注入了功能组分；其中，所述至少两种相容性有差异的聚合物通过特定复合纺设备中的两个螺杆分别熔融，然后使熔融后的熔体通过各自熔体管路，再分别经过两个熔体计量泵计量后送入较为复杂的复合纺丝组件，两种聚合物熔体至具有特定形状的复合喷丝板中汇合，熔体丝条喷出后即形成具有不同截面类型的复合纤维。
进一步地，所述两种相容性有差异的聚合物经所述喷丝板汇合，一种聚合物形成“米”字骨架或其它异形骨架，另一种聚合物形成“米”字骨架或其它异形骨架之间的楔形填充结构。
进一步地，所述功能组分包括抗菌剂、药物、微量元素、皮肤营养品中的一种或多种。
进一步地，所述功能组分为抗菌剂，所述抗菌剂为铜碳
Figure BDA0003675289900000021
复合材料。
进一步地，所述铜碳复合材料的添加量为复合纤维材料的0.1wt％～10wt％。
进一步地，所述复合纤维材料是由聚合物A和聚合物B经特定复合纺设备形成的复合纤维材料，其中聚合物A和聚合物B之间的热膨胀系数有差异。
进一步地，聚合物A为普通型聚合物，聚合物B为热收缩性聚合物，或A为热收缩性聚合物，B为普通型聚合物。
进一步地，所述聚合物A为热收缩聚酯，聚合物B为锦纶。
进一步地，所述复合纤维材料的截面上，聚合物A形成“米”字骨架间的填充结构或其他异形骨架之间的填充结构，聚合物B形成“米”字骨架或其他异形骨架。
本发明第二方面提供了一种抗菌、抗病毒面料，所述抗菌、抗病毒面料是将上述的复合纤维材料织造而成的布料，或将所述织造而成的面料进一步经开纤和定型后得到的面料。
本发明第三方面提供了所述的抗菌、抗病毒面料在制备医用服装、医用绷带和医用敷料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的具有缓释功能的复合纤维材料，该复合纤维材料具有良好的缓释功能，功能组分能够长期、稳定的缓释，从而复合纤维材料可以长期保持其功能。
2.本发明提供的抗菌、抗病毒面料，通过后续机械加弹加热及染整定型过程中施加的热应力(包括纺织品在正常穿戴、洗涤时的温度和外力的变化)，可以让抗菌复合纤维材料中的不同组分之间出现部分剥离，从而达到了使复合纤维中楔形部分裂离出来，比表面积增大，暴露出更多的铜碳复合材料(让原来在里面的铜碳复合材料暴露到表面)，从而达到了缓释的目的，使得复合纤维的抗菌、抗病毒、驱螨虫和促进皮肤健康的功能得以缓慢持续的维持。此外，由这种抗菌面料做成的纺织品在洗涤过程中，由于洗涤时的应力作用，不同组分之间的剥离程度会不断加大，填充结构位移出来，不断暴露出新鲜的铜碳抗菌复合材料，达到缓释的目的，从而保证了纺织品在使用过程中可以保持良好的抗菌、抗病毒、驱螨虫的性能。
附图说明
图1为本发明一实施例中的米字形涤锦复合超细纤维初生纤维截面的示意图；
图2为米字形涤锦复合超细纤维初生复合纤维截面显微镜图；
图3为米字形涤锦复合超细复合纤维加弹后(DTY)裂离开纤电镜图；
图4为米字形涤锦复合超细纤维织物裂离开纤的电镜图；
图5～8为实验组的铜碳复合纤维抗菌男袜的抗菌检测报告。
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，本文所使用的所有的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。在本发明的说明书中所使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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供的一种具有缓释功能的复合纤维材料，由至少两种相容性有差异的聚合物经特定复合纺设备纺丝形成，且其中至少一种聚合物在纺丝之前定量注入了功能组分。所述至少两种相容性有差异的聚合物通过特定复合纺设备中的两个螺杆分别熔融，然后使熔融后的熔体通过各自熔体管路，再分别经过两个熔体计量泵计量后送入较为复杂的复合纺丝组件，两种聚合物熔体至具有特定形状的喷丝板中汇合，熔体丝条喷出后即形成不同截面类型的复合纤维。
本发明中，两种相容性有差异的聚合物流经所述喷丝板汇合，一种组份的聚合物形成异形骨架，另一种组份的聚合物形成异形骨架之间的填充结构。
本发明中，所述截面包括但不限于“米”字型、“十”字型、橘瓣型等裂片型截面。
本发明中，基于各种功能的需要，可以向复合纤维材料中加入各类功能组分。所述功能组分包括但不限于抗菌剂、药物、微量元素、皮肤营养品中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述功能组分为抗菌剂，从而得到的复合纤维材料具有抗菌功能，可以保持长期的抗菌功能。优选的，所述抗菌剂为颗粒状的铜碳复合材料。
在一种实施方式中，复合纤维材料由两种相容性有差异的聚合物经特定复合纺设备形成，由于聚合物的性质不同，因此在纺丝的过程中，相容性有差异的聚合物经过各自特殊通道，一种组份形成“米”字骨架，另一种组分则形成“米”字形骨架之间的8个楔形。而功能组分分布于复合纤维材料的中的楔形，经过裂离开纤后复合纤维的比表面积是原未开纤圆形复合纤维比表面积的数倍。在其他的实施方式中，复合纺设备中的流体通道还可以为“十”字型、橘瓣型等裂片型截面。
以铜碳复合材料为例，通过后续机械加弹加热及染整定型过程中施加的热应力，可以让这种结构的抗菌复合纤维材料中的不同组分之间出现部分裂离，从而达到了使复合纤维中部分楔形裂离出来，暴露出更多的铜碳复合材料(让原来在里面的铜碳复合材料暴露到表面)，从而达到了缓释的目的，使得复合纤维的抗菌、抗病毒、驱螨虫和促进皮肤健康的功能得以缓慢持续的维持。此外，由这种结构的抗菌复合纤维材料做成的纺织品在洗涤过程中，由于洗涤时的应力作用，不同组分之间的裂离程度会不断加大，楔形结构位移出来，不断暴露出新鲜的铜碳抗菌复合材料，达到缓释的目的，从而保证了纺织品在使用过程中可以保持良好的抗菌、抗病毒、驱螨虫的性能。
在一种实施方式中，所述铜碳复合材料为
Figure BDA0003675289900000041
铜碳复合材料。这种
Figure BDA0003675289900000042
铜碳纳米复合材料在申请日为2007.2.8日，国际申请号为PCT/US2007/061862，国际公布号为WO/2007/095454，发明名称为“CARBON-ENCASED METALNANOPARTICLES AND SPONGES，METHODS OF SYNTHESIS，AND METHODS OF USE”(碳包裹的金属纳米粒子和海绵及其制备方法和使用方法)的专利申请文件中已经公开，其以引用的方式并入本发明中。这种铜碳复合材料以植物纤维为模板，金属铜离子为原料，通过加温碳化还原方法制备而成的，纳米铜均匀镶嵌在多孔炭黑中，且表面具有铜及氧化亚铜的平衡体系，具有独特的可再生功能。另外，
Figure BDA0003675289900000052
铜/碳纳米复合材料还具有良好的安全性。经过实验证明，
Figure BDA0003675289900000051
铜/碳纳米复合材料符合中国食品安全标准，在FDA推荐的人体微量元素的用量内可以达到控菌、防霉、抑病毒、驱螨虫和促进皮肤健康等优异性能，并且无急性毒性，对皮肤和阴道粘膜组织无刺激。生物毒性低，铜离子溶出量符合国家饮用水标准，即使被代谢排出体外后对环境的污染也小于其他铜源添加剂，符合中国食品安全标准。
本发明中，所述铜碳复合材料的添加量以小于10wt％为宜，优选为复合纤维材料的0.1wt％～1wt％，更优选为复合纤维材料的0.4wt％。
在一种实施方式中，所述抗菌、抗病毒复合纤维材料是由相容性有差异的聚合物A和聚合物B经特定复合纺设备形成的复合纤维材料，其中聚合物A为热收缩性聚合物，聚合物B为普通型聚合物。基于两种聚合物的热收缩性的不同，通过控制温度，使得复合纤维中的聚合物A和聚合物B两种组分在不同收缩力作用下完全分离，即实现了开纤处理。这种复合纤维经热处理可以形成超细复合纤维—也叫裂离型超细纤维。
上述复合纤维材料中，铜碳复合材料既可以加入到聚合物A中，也可以加入到聚合物B中，还可以同时加入到聚合物A和聚合物B中。
在一种实施方式中，所述聚合物A为热收缩聚酯，所述聚合物B为锦纶。以这两种聚合物制备的复合纤维材料，在发明人之前申请的中国专利CN 104005169A中已经有记载，该发明专利的内容以引用的方式并入本发明中。
在一种实施方式中，在复合纺丝时，由聚合物A和聚合物B两种组份形成的纺丝熔体流经各自特殊的通道，经喷丝后形成复合纤维材料。所述复合纤维材料的截面上，聚合物A形成“米”字骨架之间的楔形，聚合物B形成“米”字形骨架(如附图1所示)。由于聚合物A由于自身具有热收缩性，在温度作用下由于两种聚合物收缩力不同，两种组份之间完全分离，且各组份单纤发生相互位移的状况(如附图3-4所示)。这时收缩的组份将织物拉紧，将另一组份挤凸出于织物上面形成绒面，提升温度，使已裂离的另一组份极细复合纤维凸出布面形成细腻绒毛状，同时使织物达到收缩35～45％状态。开纤后原来的一根复合纤维变成了多根直径在3微米左右的超细复合纤维。
本发明提供的一种抗菌、抗病毒复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将各聚合物分别制备成纺丝熔体，并向至少一种聚合物的纺丝熔体中定量注入颗粒状的铜碳复合材料；
S2.将各纺丝熔体进行经过特殊复合纺设备纺丝，在经过加弹后，得到所述基于铜碳复合材料的抗菌、抗病毒复合纤维材料。
本发明提供的一种抗菌、抗病毒面料，是将所述的抗菌、抗病毒复合纤维材料织造而成的布料，或将织造的布料进一步经过开纤和定型后得到的布料。
本发明提供的抗菌、抗病毒面料，可以用于制备医用服装(医护人员服装、手术服、医用垫单)、医用绷带(固定绷带)和医用敷料(如创可贴、纱布、伤口止血绷带等)中的应用。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，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。
本发明以下实施例中，所使用的铜/碳纳米复合材料包括具有若干小孔的碳壳以及包裹于碳壳中的铜纳米粒子，铜元素和碳元素的质量比为1:3。具体地，其为申请日为2007.2.8日，国际申请号为PCT/US2007/061862，国际公布号为WO/2007/095454，发明名称为“CARBON-ENCASED METAL NANOPARTICLES AND SPONGES，METHODS OF SYNTHESIS，ANDMETHODS OF USE”(碳包裹的金属纳米粒子和海绵及其制备方法和使用方法)中以植物纤维为模板，金属铜离子为原料，通过加温碳化还原方法制备而成的材料，其中，其制备方法也为该专利中公开的方法。
实施例1：
实验组：制备铜碳抗菌男袜
(1)制备高收缩聚酯/锦纶复合超细复合纤维
高收缩聚酯/锦纶复合超细复合纤维的制备方法同中国专利CN 104005169A实施例1，区别在于，高收缩聚酯的纺丝熔体中加入了0.45wt％的
Figure BDA0003675289900000061
铜碳复合材料。
(2)制备抗菌男袜
将加入了铜碳复合材料的高收缩聚酯/锦纶复合超细复合纤维织成男袜，并进行热定型处理。
对照组：由含1wt％铜碳复合材料的常规复合纤维面料制成的内衣。
抗菌性能测试
抗菌测试方法：按照ISO 20743:2021纺织品抗菌活性测试—吸收法对实验组和对照组的纺织品进行测试。样品预处理：高压灭菌(121℃，20min)；接触时间：24h；培养温度：35±1℃；菌液浓度：1-3×105cfu/mL；接种量：0.2mL；样品测试量：0.4g±0.05g。测试菌种：金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、白色念珠菌(ATCC 10231)、大肠杆菌(ATCC 8739)。
表1实验组和对照组的样品的抑菌试验数据
Figure BDA0003675289900000071
从表1的结果可知，实验组的铜碳抗菌男袜对于金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌的抑制效果均优于对照组的铜碳常规纤维面料。对照组的铜碳常规纤维面料虽然含有更高含量的抗菌成分铜碳复合材料(1wt％)，大部分铜碳复合材料位于纤维内部，无法通过接触而达到抑菌灭菌的效果，因此其抑菌效果不如实验组的经开纤处理的抗菌复合纤维。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述复合纤维材料由至少两种相容性有差异的聚合物经特定复合纺设备纺丝形成，且至少一种聚合物在纺丝之前定量注入了功能组分；其中，所述至少两种相容性有差异的聚合物通过所述特定复合纺设备的两个螺杆分别熔融，然后使熔融后的熔体通过各自的熔体管路，再分别经过两个熔体计量泵计量后送入复合纺丝组件，两种聚合物熔体至具有特定形状的复合喷丝板中汇合，熔体丝条喷出后即形成具有不同截面类型的复合纤维。
2.根据权利要求1所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，两种相容性有差异的聚合物经喷丝板汇合，一种聚合物形成“米”字骨架或其他异形骨架，另一种聚合物形成“米”字骨架或其他异形骨架之间的楔形填充结构。
3.根据权利要求1所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述功能组分包括抗菌剂、药物、微量元素、皮肤营养品中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述功能组分为抗菌剂，所述抗菌剂包括铜碳复合材料，其添加量为复合纤维材料的0.1wt％～10wt％。
5.根据权利要求4所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述复合纤维材料是由聚合物A和聚合物B经特定复合纺设备形成的复合纤维材料，其中聚合物A和聚合物B之间的热膨胀系数有差异。
6.根据权利要求5所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述聚合物A为热收缩性聚合物，聚合物B为普通型聚合物。
7.根据权利要求6所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述聚合物为A为热收缩聚酯，所述聚合物B为锦纶。
8.根据权利要求6所述的一种具有缓释功能的复合纤维材料，其特征在于，所述复合纤维材料的截面上，聚合物A形成“米”字骨架或其他异形骨架，聚合物B形成“米”字骨架之间的填充结构或其他异形骨架之间的填充结构。
9.权利要求4～8任一项所述的复合纤维材料织造而成的布料，或将所述织造而成的布料经开纤和定型后得到的面料。
10.权利要求9所述的布料或面料在制备医用服装、医用绷带和医用敷料中的应用。
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