CN115323763B - 一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涤纶纤维及其制备技术领域，具体为一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方及制备方法，包括涤纶纤维束及油层；在涤纶纤维束的表面沿螺旋路径斜向喷涂混合有纳米氧化锌粉末颗粒与POY油剂的油层，经干燥后获得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤；纳米氧化锌粉末颗粒通过POY油剂粘附于涤纶纤维束的表面，涤纶纤维束的直径0.8‑1.2mm，油层的厚度为0.03‑0.08mm，利用对涤纶纤维进行上油处理的POY油剂作为粘附载体，配合雾化处理，形成油雾后与纳米氧化锌粉末颗粒混合后，通过喷涂的方式涂覆在集束的涤纶纤维束上，使得纳米氧化锌粉末颗粒进入到涤纶纤维的捻合夹角内，进行固定，解决现有的纳米氧化锌粉末颗粒与涤纶纤维结合牢度低、分布不均匀的问题。

Description

一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方及制备方法

技术领域

本发明涉及涤纶纤维及其制备技术领域，具体为一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方及制备方法。

背景技术

涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称，是合成纤维中的三大主力纤维之一。因涤纶线性大分子是对称性苯环结构，线性好且分子链结构立体规整，使得其具有强度高、弹性好和刚性大等优越的物理机械性能，并对弱酸、碱稳定，具有优良的尺寸稳定性和良好的耐腐蚀性，是一种较为理想的纺织纤维。

而纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100 纳米。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点，近年来发现纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。

目前将纳米氧化锌与纺织纤维结合的方法有两种：一种是后整理法主要采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将纳米材料整理到纤维上，并使之固着在纺织材料上的一种方法。后整理法具有工艺简单、可操作性强等优势。但加工过程中存在纳米材料易团聚，纳米材料在纤维和织物表面分布不均匀，纳米材料与纤维结合牢度低的问题；

另一种是离子交换技术，是利用离子交换技术以阳离子为模板，在纤维上原位生长纳米氧化锌，但是工艺复杂、操作繁琐。

因此，后整理法仍广泛的应用于纳米氧化锌涤纶纤维的生产中，但需要解决纳米材料在纤维和织物表面分布不均匀及纳米材料与纤维结合牢度低的问题。

发明内容

本发明提供了一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方及制备方法，利用对涤纶纤维进行上油处理的POY油剂作为粘附载体，配合雾化处理，形成油雾后与纳米氧化锌粉末颗粒混合后，通过喷涂的方式涂覆在集束的涤纶纤维束上，使得纳米氧化锌粉末颗粒进入到涤纶纤维的捻合夹角内，进行固定，解决现有的纳米氧化锌粉末颗粒与涤纶纤维结合牢度低、分布不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方，包括：

涤纶纤维束及油层；

在所述涤纶纤维束的表面沿螺旋路径斜向喷涂混合有纳米氧化锌粉末颗粒与POY油剂的油层，经干燥后获得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤；

纳米氧化锌粉末颗粒通过POY油剂粘附于所述涤纶纤维束的表面，所述涤纶纤维束的直径0.8-1.2mm，所述油层的厚度为0.03-0.08mm。

其中，纳米氧化锌粉末颗粒粒径小于100nm，平均粒径50nm，比表面积大于4m2/g。

作为改进，还包括纳米氧化锌层，所述纳米氧化锌层位于所述涤纶纤维束与所述油层之间；

所述涤纶纤维束自纳米氧化锌水溶液中浸渍后取出、冲洗、烘干，反复多次后在所述涤纶纤维束的表面形成纳米氧化锌层；

在所述纳米氧化锌层的表面进行油层的涂抹，形成一圈的油层后干燥即得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维。

其中，纳米氧化锌粉末颗粒配制成质量分数0.1-5％的水溶液，涤纶纤维束浸渍在纳米氧化锌水溶液中30-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，该步骤采用的是离子交换法，针对于较高品质纳米氧化锌改性涤纶纤维，可以依据实际生产需要进行添加或删除。

作为改进，在所述涤纶纤维束表面涂覆混合有纳米氧化锌粉末颗粒与POY 油剂形成油层时，所述POY油剂内混合有桧柏油。

其中，掺入桧柏油是因为桧柏油由2种组分组成，即作为香精原精的倍半萜烯类化合物的中性油和具有抗菌活性的酚类酸性油。酸性油中含桧醇，中性油主要成分为斧柏烯。桧柏油的抗菌机理是分子结构上有2个可供配位络合的氧原子，它与微生物体内蛋白质作用使之变性。它抗菌面广，尤其对真菌有较强的杀灭效果，其急性毒性LD50[1]为1500 mg/Kg(小鼠口服)，皮肤刺激性为准阴性，可以作为纳米氧化锌杀菌作用的补充。

作为改进，所述POY油剂与所述桧柏油以5∶2-5∶3的体积比混合。

作为改进，所述POY油剂雾化后与所述纳米氧化锌粉末颗粒混合对所述涤纶纤维束进行涂覆。

由于POY油剂与桧柏油混合后进行雾化，形成了油雾，因此在油雾状态下与纳米氧化锌粉末颗粒混合程度较油状更加均匀，且在喷涂过程中也更加的均匀。

作为改进，所述涤纶纤维束在浸渍于纳米氧化锌水溶液之前，进行阳离子化改性处理，得到阳离子化涤纶纤维束。

作为改进，所述涤纶纤维束进行阳离子化改性处理时，先将涤纶纤维束置于氢氧化钠溶液中浸浴后，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性涤纶纤维束；

然后将氢氧化钠改性涤纶纤维束重新分散于去离子水中，加入三甲基烯丙基氯化铵，再用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性涤纶纤维束；

再将三甲基烯丙基氯化铵改性涤纶纤维束重新分散于去离子水中，缓慢加入聚酰胺-胺PAMAM水溶液，反应完成取出后清洗烘干得到阳离子化涤纶纤维束。

此外，本申请提供一种制备上述所述的纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的方法，包括以下步骤：

S1、将POY油剂雾化后形成油雾；

S2、将平均粒径50nm的纳米氧化锌粉末颗粒混合入步骤S1中的油雾内待用；

S3、将涤纶纤维束呈水平直线输送，步骤S2中的油雾呈夹角吹向所述涤纶纤维束，且油雾安装螺旋路径围绕所述涤纶纤维束进行吹送，在所述涤纶纤维束的表面形成油层。

作为改进，在步骤S2中，油雾与纳米氧化锌粉末颗粒，在加压机内进行混合均匀后，输入到上油装置的上油腔内；

在步骤S3中，油雾通过所述上油装置中轴向旋转设置的管状的上油器喷射到水平穿设于所述上油器内涤纶纤维束上，且所述上油器上开设的用于喷射油雾的喷雾孔与所述涤纶纤维束呈锐角夹角设置，所述喷雾孔喷出的油雾沿螺旋路径涂覆于所述涤纶纤维束上。

作为改进，所述上油器的尾端处设置有收缩设置的薄刀片，该薄刀片收缩后对所述涤纶纤维束的表层进行刮除处理。

本发明具备以下有益效果：

1发明利用对涤纶纤维进行上油处理的POY油剂作为粘附载体，配合雾化处理，形成油雾后与纳米氧化锌粉末颗粒混合后，通过喷涂的方式涂覆在集束的涤纶纤维束上，使得纳米氧化锌粉末颗粒进入到涤纶纤维的捻合夹角内，进行固定，解决现有的纳米氧化锌粉末颗粒与涤纶纤维结合牢度低、分布不均匀的问题，并且雾化后的油雾混合纳米氧化锌粉末颗粒，可以混合的更加均匀，而油雾在涤纶纤维束的表层也能较直接涂覆形成的油膜层更加的规则，厚薄一致；

2.本发明通过将桧柏油与POY油剂进行混合，利用桧柏油作为纳米氧化锌杀菌作用的补充，提高涤纶纤维整体的抗菌、抗腐效果，使得涤纶纤维各项性能更加优越；

3.本发明通过设计一种独特的上油装置，利用上油装置中设置的管状的上油器，将纳米氧化锌、桧柏油与POY油剂的油雾混合物通过斜向设置的且会旋转的喷雾孔喷射向水平设置的涤纶纤维束上，使得纳米氧化锌与桧柏油进入到假捻的涤纶纤维束上，甚至是进入捻合夹角，极大的提高纳米氧化锌的结合牢固度；

4.本发明通过在管状的上油器的末端设置弹性收缩设置的薄刀片，利用薄刀片的收缩在涤纶纤维束的外圈形成环状的刀环，利用刀环对涤纶纤维束上的油层进行平整处理，同时，对涤纶纤维束上分叉出的纤维进行修整处理。

综上所述，本发明具有纳米氧化锌结合度强、杀菌效果好、分布均匀等优点，尤其适用于涤纶纤维及其制备技术领域。

附图说明

图1为本发明纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维截面图一；

图2为本发明纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维截面图二；

图3为本发明纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维制备方法流程示意图一；

图4为本发明纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维制备方法流程示意图二；

图5为本发明上油装置立体结构示意图；

图6为本发明加压机剖视结构示意图；

图7为本发明上油装置局部结构示意图一；

图8为本发明上油装置局部结构示意图二；

图9为本发明上油装置局部结构示意图三；

图10为本发明上油器立体结构示意图；

图11为本发明上油器侧视结构示意图；

图12为本发明上油器剖视结构示意图；

图13为图12中A处结构放大示意图；

图14为本发明涤纶纤维束喷涂上油示意图；

图15为本发明薄刀片正视结构示意图；

图16为本发明薄刀片剖视结构示意图；

图17为本发明薄刀片收缩结构示意图；

图18为本发明保护壳立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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：

如图1所示，一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维配方，包括：

涤纶纤维束100及油层101；

在所述涤纶纤维束100的表面沿螺旋路径斜向喷涂混合有纳米氧化锌粉末颗粒与POY油剂的油层101，经干燥后获得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤；

纳米氧化锌粉末颗粒通过POY油剂粘附于所述涤纶纤维束的表面，所述涤纶纤维束的直径0.8-1.2mm，所述油层的厚度为0.03-0.08mm。

其中，在所述涤纶纤维束表面涂覆混合有纳米氧化锌粉末颗粒与POY油剂形成油层时，所述POY油剂内混合有桧柏油。

进一步的，所述POY油剂与所述桧柏油以5:2-5:3的体积比混合。

更为优选的，所述POY油剂雾化后与所述纳米氧化锌粉末颗粒混合对所述涤纶纤维束进行涂覆。

需要说明的是，涤纶纤维束是采用多股的涤纶纤维通过假捻的方式集合成束的，涤纶纤维之间具有捻合夹角，利用对涤纶纤维进行上油处理的POY 油剂作为粘附载体，配合雾化处理，形成油雾后与纳米氧化锌粉末颗粒混合后，通过喷涂的方式涂覆在集束的涤纶纤维束上，使得纳米氧化锌粉末颗粒进入到涤纶纤维的捻合夹角内，进行固定。

并且，掺入桧柏油是因为桧柏油由2种组分组成，即作为香精原精的倍半萜烯类化合物的中性油和具有抗菌活性的酚类酸性油。酸性油中含桧醇，中性油主要成分为斧柏烯。桧柏油的抗菌机理是分子结构上有2个可供配位络合的氧原子，它与微生物体内蛋自质作用使之变性。它抗菌面广，尤其对真菌有较强的杀灭效果，其急性毒性LD50[1]为1500mg/Kg(小鼠口服)，皮肤刺激性为准阴性，可以作为纳米氧化锌杀菌作用的补充。

实施例2：

本发明实施例1与本发明实施例2的区别在于：

如图2所示，还包括纳米氧化锌层102，所述纳米氧化锌层102位于所述涤纶纤维束100与所述油层101之间；

所述涤纶纤维束自纳米氧化锌水溶液中浸渍后取出、冲洗、烘干，反复多次后在所述涤纶纤维束的表面形成纳米氧化锌层；

在所述纳米氧化锌层的表面进行油层的涂抹，形成一圈的油层后干燥即得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维。

其中所述涤纶纤维束在浸渍于纳米氧化锌水溶液之前，进行阳离子化改性处理，得到阳离子化涤纶纤维束。

优选的，所述涤纶纤维束进行阳离子化改性处理时，先将涤纶纤维束置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1∶50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性的涤纶纤维束；然后将氢氧化钠改性纶纤维束重新分散于去离子水中，浴比1∶50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性纶纤维束的质量比为1∶5-1∶10， 60-80℃反应1-24h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性纶纤维束；将三甲基烯丙基氯化铵改性纶纤维束重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入1-100g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，75-95℃反应 60-120min，取出后清洗烘干得到阳离子化纶纤维束。

纳米氧化锌粉末颗粒配制成质量分数0.1-5％的水溶液，然后将阳离子化纶纤维束浸渍在纳米氧化锌水溶液中30-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，就形成了纳米氧化锌层。

值得具体说明的是，本实施例的技术方案是针对高品质纳米氧化锌改性涤纶纤维的生产制备，增加了离子交换法生产纳米氧化锌改性涤纶纤维的步骤，使得后整理法与离子交换法相互结合，达到更高品质的纳米氧化锌改性涤纶纤维的生产。

实施例3：

如图3与图18所示，本发明实施例3提供了一种制备实施例1、实施例 2所述的纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的方法，包括以下步骤：

S1、将POY油剂雾化后形成油雾；

S2、将平均粒径50nm的纳米氧化锌粉末颗粒混合入步骤S1中的油雾内待用；

S3、将涤纶纤维束呈水平直线输送，步骤S2中的油雾呈夹角吹向所述涤纶纤维束，且油雾安装螺旋路径围绕所述涤纶纤维束进行吹送，在所述涤纶纤维束的表面形成油层。

进一步的，步骤S3中，涤纶纤维束可以先进行阳离子交换法，在涤纶纤维束的表面形成纳米氧化锌层后，在进行后整理法，形成油层。

其中，在步骤S2中，油雾与纳米氧化锌粉末颗粒，在加压机1内进行混合均匀后，输入到上油装置2的上油腔21内；

在步骤S3中，油雾通过所述上油装置2中轴向旋转设置的管状的上油器 22喷射到水平穿设于所述上油器22内涤纶纤维束上，且所述上油器22上开设的用于喷射油雾的喷雾孔221与所述涤纶纤维束呈锐角夹角设置，所述喷雾孔221喷出的油雾沿螺旋路径涂覆于所述涤纶纤维束上。

进一步的，所述上油器22的尾端处设置有收缩设置的薄刀片223，该薄刀片223收缩后对所述涤纶纤维束的表层进行刮除处理。

具体说明的是，加压机1分别连通着存储有纳米氧化锌粉末颗粒的粉罐 11及存储有POY油剂或者是POY油剂与桧柏油混合物的储油罐12，储油罐12 与加压机1的连通部位处设置有雾化喷头13，粉罐11与加压机1连接处设置单向流通结构，例如单向阀，加压机1包括加压腔14、加压活塞机构15及驱动器16，其中，加压腔14分别与粉罐11、储油罐12连通，加压活塞机构15 压缩加压腔14的空间，使得油雾与纳米氧化锌粉末颗粒在加压腔14内充分混合均匀后形成油雾混合物，通过加压活塞机构15排出，油雾混合物进入到上油装置2内。

上油装置2的上油腔21与加压机1连通，油雾混合物进入到上油腔21 内后，上油腔21内设置有若干的管状的且会要轴向旋转的上油器22，上油器 22的侧壁上开设有倾斜的喷雾孔221，喷雾孔221绕上油器22的轴向呈圆周阵列设置，上油器22旋转，喷雾孔221相对于涤纶纤维束以螺旋轨迹进行喷射，使得油雾混合物喷射到涤纶纤维束上。

进一步说明的是，多组的喷雾孔221同时工作，在涤纶纤维束上形成了类似多股油雾混合物围绕涤纶纤维束进行螺旋编织的效果，达到对涤纶纤维束极强的纳米氧化锌粉末颗粒的粘附于固定效果。

更进一步说明的是，上油装置2上安装有双向齿轮圈23，对应的每组的上油器22上均套设有一组的行星齿轮24，行星齿轮24之间相互配合，最后与双向齿轮圈23的内圈齿牙传动配合，之后双向齿轮圈23的外圈通过同步带组25与相应的电机26传动连接，使得电机26带动所有的上油器22进行旋转。

此外，本申请中的上油器22的尾端处设置有可收缩的薄刀片223，该薄刀片223包括盘部224和刀片部225，刀片部225之间设置有收缩缝，刀片部 225通过挤压，使得相互之间可以拼接，达到收缩成整体，形成整圈的刀环，利用刀片部225对涤纶纤维束进行刮除，确保油层厚度的均匀性，同时配合喷雾孔221吹向涤纶纤维束输送方向的油气混合物的扰动，使得涤纶纤维束上散出的涤纶纤维被吹起，配合刀片部225的切割，加工散出的涤纶纤维进行切割，使得涤纶纤维束的表面更加的平整和光滑。

进一步说明的是，薄刀片223通过尾部的保护壳200上的导杆201进行挤压收缩，薄刀片223随上油器22进行同步旋转，在薄刀片223进行旋转的过程中，利用导杆201对薄刀片223的刀片225部进行挤压，使得刀片部225 相互拼接，达到形成刀环的目的。

值得说明的是，保护壳200与上油腔21之间通过螺杆与螺纹孔进行连接，在初始时，保护壳200上的导杆201与薄刀片223之间不抵触，而在涤纶纤维束穿设到上油器22上后，利用浮动电机202通过齿轮组203带动保护壳200 进行旋转，保护壳200旋转至其上的导杆201与薄刀片223相互抵触，导杆 201与薄刀片223抵触的部位呈球形设置，更为优选的球形球头可以旋转设置。

并且，保护壳200上开设有腰孔，该腰孔与上油器22一一对应设置，使得涤纶纤维束可以穿透腰孔进行水平输送。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将POY油剂雾化后形成油雾，POY油剂内混合有桧柏油，POY油剂与桧柏油以5:2 -5:3的体积比混合；

S2、步骤S1中油雾与将平均粒径50nm的纳米氧化锌粉末颗粒，在加压机（1）内进行混合均匀后，输入到上油装置（2）的上油腔（21）内待用；

S3、将多股的涤纶纤维通过假捻的方式集合成束形成涤纶纤维束，涤纶纤维束中的涤纶纤维之间具有捻合夹角,涤纶纤维束呈水平直线输送穿设于上油器（22）内，步骤S2中的油雾通过所述上油装置（2）中轴向旋转设置的管状的上油器（22）喷射到涤纶纤维束上，且所述上油器（22）上开设的用于喷射油雾的喷雾孔（221）与所述涤纶纤维束呈锐角夹角设置，所述喷雾孔（221）喷出的油雾沿螺旋路径进行吹送，涂覆于所述涤纶纤维束的表面形成油层，使得纳米氧化锌粉末颗粒进入到涤纶纤维的捻合夹角内，经干燥后获得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤，所述涤纶纤维束的直径0.8-1.2mm，所述油层的厚度为0.03-0.08mm，所述上油器（22）的尾端处设置有收缩设置的薄刀片（223），所述薄刀片（223）包括盘部（224）和刀片部（225），所述刀片部（225）之间设置有收缩缝，所述薄刀片（223）随上油器（22）进行同步旋转，通过尾部的保护壳（200）上的导杆（201）进行挤压收缩，使得所述刀片部（225）相互拼接形成刀环，对所述涤纶纤维束的表层进行刮除处理。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的制备方法，其特征在于：

所述涤纶纤维束还包括纳米氧化锌层，所述纳米氧化锌层位于所述涤纶纤维束与所述油层之间；

所述涤纶纤维束自纳米氧化锌水溶液中浸渍后取出、冲洗、烘干，反复多次后在所述涤纶纤维束的表面形成纳米氧化锌层；

在所述纳米氧化锌层的表面进行油层的涂抹，形成一圈的油层后干燥即得纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维。

3.根据权利要求2所述的一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的制备方法，其特征在于：

所述涤纶纤维束在浸渍于纳米氧化锌水溶液之前，进行阳离子化改性处理，得到阳离子化涤纶纤维束。

4.根据权利要求3所述的一种纳米氧化锌抗菌防腐涤纶纤维的制备方法，其特征在于：

所述涤纶纤维束进行阳离子化改性处理时，先将涤纶纤维束置于氢氧化钠溶液中浸浴后，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性涤纶纤维束；

然后将氢氧化钠改性涤纶纤维束重新分散于去离子水中，加入三甲基烯丙基氯化铵，再用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性涤纶纤维束；

再将三甲基烯丙基氯化铵改性涤纶纤维束重新分散于去离子水中，缓慢加入聚酰胺-胺PAMAM水溶液，反应完成取出后清洗烘干得到阳离子化涤纶纤维束。