CN115537956A - 一种含生物活性成分的lyocell大生物纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及制备方法，纤维中含有生物活性成分，体现出多种生物功能性，抑菌、防霉性能优异，水洗50次后对金黄色葡萄球菌抑菌率为99.2‑99.5％，对大肠杆菌的抑菌率为96.4‑97.1％,对白色念珠菌的抑菌率为90‑95％，对黑曲霉的防霉等级为0级。本发明通过在二次打浆过程中加入酶制剂及酵素水，使纤维素的纯度得以再次提升，制备的纤维强力再次提升，同时形成较好纤维取向结构，减少纤维的无定形区，适度的降低纤维的断裂伸长率；在纺丝步骤中采用缓和的凝固工艺，减缓纤维的成型时间，再次降低纤维的断裂伸长率。本发明通过打浆步骤及纺丝步骤的工艺条件，实现了大幅度降低纤维断裂伸长率和提高纤维强力的效果。

Description

一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于纤维素纤维制备领域，具体涉及一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法。

背景技术

大生物是根据时代发展、社会需求，提出的一种全局的理念。目前，随着大健康生物产业的发展，纺织领域也逐渐涌现出涉及生物产业的相关新技术、新业态。

大生物纤维，是指在纤维中加入生物活性分子进行改性，由此生产出的具有生物活性功能的纤维。大生物纤维代表产品主要有：大生物粘胶纤维、大生物涤纶纤维、大生物锦纶长丝、大生物ES纤维等。2020年9月23日，中国大生物纤维产业发展联盟成立发布会在2020年中国国际纺织纱线(秋冬)博览会期间举办。21世纪的主题曲是生物科技，将生物技术和纺织技术结合，把世界领先的大生物纤维技术广泛应用于纺织行业，将突破传统方法实现纤维产品差别化发展的有限空间，为纺织产品差别化带来新的突破，为生物技术的应用拓展出新的领域，为人类的健康做出更大的贡献。大生物纤维是有利于人类健康的具有生物活性功能的纤维，希望能够引领纺织行业发展的新潮流。

大生物纤维是我公司根据实际发展情况结合当前行业发展新局势而提出的一种新型的产业发展计划，也是我们重点的发展方向。LYOCELL纤维被誉为21世纪绿色纤维，它是以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂，用于湿法纺制的再生纤维素纤维。废弃物可自然降解，生产过程中的氧化胺溶剂可99.5％回收再用，毒性极低，且不污染环境，由于LYOCELL纤维生产过程的环保性，其与大生物产业的契合度更高。

LYOCELL纤维虽然有众多的优点，但是其在洗涤过程中表现出来的容易形变问题，是目前遇到的较为难以解决的问题之一，通过研究我们发现这与纤维湿断裂伸长率有很大的关系。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法，主要包括以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维，所述LYOCELL大生物纤维中含有生物活性成分，所述生物活性成分是指包括但不限于从茶、橙、柚、艾草及薄荷中提取的含有萜类、黄酮、生物碱、甾体、木质素等成分的一种或多种提取混合物的总称。

本发明的目的之二在于提供一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、打浆：选用甲纤含量≥95％，聚合度500～600DP的浆粕为原料，经过二次打浆，所述打浆过程中，调节pH5.0～8.0，温度35～45℃，加入苏柯汉公司销售的酶制剂AU-PE91，打浆时间为30～50min，接着加入酵素水SUKACell-L1000继续打浆20～40min，完成后经甩干得3～5％湿度的浆块。

所述酶制剂的加入量为绝干浆质量的0.001～0.002％；所述酵素水的加入量为1～3ml/L。

S3、纺丝液制备：将质量分数为50～65％的NMMO的水溶液减压蒸馏至92～95％的NMMO的水溶液，再将其与S1处理后的浆块在搅拌釜中混合均匀，同时加入大生物制剂和改性剂，混合均匀后于100～120℃真空搅拌溶解5～6小时，最后制得质量分数为20～22％的均匀透明的纺丝液。

所述大生物制剂为茶提取物、橙提取物、柚提取物、艾草提取物、薄荷提取物中的一种或多种。

所述大生物制剂的加入量为相对于浆料中甲纤含量的2～4％。

所述改性剂的加入量为大生物制剂的5～7％；所述改性剂包括甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素，所述甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素按重量计份为：甲壳素2～5份、十八胺聚氧乙烯醚1～2份、二十二烷酸6～8份、乙酰柠檬酸三乙酯3～4份、羧甲基纤维素3～6份。

改性剂的加入可以为大生物制剂起到保护作用，使大生物制剂均匀地分散于纺丝液中，减小其受温度、酸碱影响造成的流失。

S4、纺丝：将S2制备的纺丝液加入螺杆挤压机，在120～125℃继续溶解20～30min，然后，将温度降低至80～90℃后，再次溶解10～15min，最后过滤，进入纺丝组件。其中，纺丝速度为15～20m/min，纺丝气隙长度为7～9cm，喷丝板孔径为200～500μm，喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入二次凝固浴槽，凝固成形；第一次凝固浴浓度为5～7％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为0～10℃，调节pH至6～7；第二次凝固浴浓度为2～3％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为10～15℃，调节pH至6～7。

S4、后处理：将S3处理后的纤维浸入浓度为60～63％的乙醇溶液，浸入时间为6～7小时，溶液温度为室温，浴比1︰13～15。

纤维醇洗后，经漂白、水洗、上油、烘干得到LYOCELL纤维。

所述漂白采用双氧水的水溶液漂白，所述双氧水的水溶液的浓度优选为1.0～1.2g/L；所述双氧水的水溶液的pH值优选为7.2～7.8；温度优选为35～40℃。

所述上油，油浴的温度优选为60～63℃，pH值优选为6.0～9.0；油浴中油的浓度优选为2.0～3.0g/L。

通过以上方法制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度47～50cN/tex之间，干断裂伸长率8.5％～10.5％之间，LYOCELL纤维湿断裂强度30～34cN/tex之间，其纤维湿断裂伸长率11.5％～13.5％。

由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：

1、本发明制备的含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维具有多种生物功能性，抑菌、防霉性能优异，水洗50次后对金黄色葡萄球菌抑菌率为99.2-99.5％，对大肠杆菌的抑菌率为96.4-97.1％,对白色念珠菌的抑菌率为90-95％(按照《GB/T 20944.3-2008振荡法》测定)，对黑曲霉的防霉等级为0级(按照《GB/T 24346—2009》测定)。

2、本发明采用二次打浆工序，打浆时加入酶制剂，使制备的纤维中添加天然生物成分，符合大生物纤维的基本理念。

3、由于制备的LYOCELL纤维中加入了生物活性成分，因此，制备的纤维表现出多种生物功能性。在纺丝液的制备过程中加入改性剂，为大生物制剂起到保护作用，使大生物制剂均匀地分散于纺丝液中，并减小其受温度、酸碱影响造成的流失，经色谱法检测，大生物制剂在纺丝液的制备过程中的损失率为2.6-3.7％。

4、本发明通过二次打浆过程中加入酶制剂及酵素水，使已经制备的浆粕中的半纤维素多次分解，再次去除果胶，使纤维素的纯度得以再次提升，制备的纤维强力再次提升，同时形成较好纤维取向结构，减少纤维的无定形区，适度的降低纤维的断裂伸长率。

5、本发明通过在纺丝步骤中采用缓和的凝固工艺，减缓纤维的成型时间，再次降低纤维的断裂伸长率。

6、本发明通过打浆步骤及纺丝步骤的工艺条件，实现了大幅度降低纤维断裂伸长率和提高纤维强力的效果。

7、本发明制备的LYOCELL纤维，干断裂强度介于47～50cN/tex之间，干断裂伸长率介于8.5％～10.5％之间，湿断裂强度介于30～34cN/tex之间，湿断裂伸长率介于11.5％～13.5％之间。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。

实施例1一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法

S1、打浆：选用甲纤含量97％，聚合度500DP的浆粕为原料，经过二次打浆，所述打浆过程中，调节pH7.0，温度35℃，加入苏柯汉公司销售的酶制剂AU-PE91，打浆时间35min，然后继续加入酵素水SUKACell-L1000继续打浆20min，完成后经甩干得3％湿度的浆块。

所述酶制剂的加入量为绝干浆质量的0.0012％；所述酵素水的加入量为1ml/L。

S2、纺丝液制备：将质量分数为50％的NMMO的水溶液减压蒸馏至92％的NMMO的水溶液，再将其与S1处理后的浆块均匀在搅拌釜中混合，同时加入大生物制剂和改性剂，混合均匀后于100℃真空搅拌溶解5小时，最后制得质量分数为20％的均匀透明的纺丝液；

所述大生物制剂为茶提取物、橙提取物、柚提取物、艾草提取物、薄荷提取物的混合物，所述茶提取物、橙提取物、柚提取物、艾草提取物、薄荷提取物的质量比为1:1:1:1:1。

所述大生物制剂的加入量为相对于浆料中甲纤含量的2％；

所述改性剂的加入量为大生物制剂的5％；所述改性剂包括甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸和羧甲基纤维素，所述甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素按重量计份为：甲壳素2份、十八胺聚氧乙烯醚1份、二十二烷酸6份、乙酰柠檬酸三乙酯3份、羧甲基纤维素6份。

S3、纺丝：将S2制备的纺丝液加入螺杆挤压机，在120℃继续溶解20min，然后，将温度降低至80℃后，再次溶解15min，最后过滤，进入纺丝组件。其中，纺丝速度为15m/min，纺丝气隙长度为7cm，喷丝板孔径为200μm，喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入二次凝固浴槽，凝固成形；第一次凝固浴浓度为5％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为5℃，调节pH至6；第二次凝固浴浓度为2％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为10℃，调节pH至6。

S4、后处理：将S3处理后的纤维浸入浓度为60％的乙醇溶液，浸入时间为6小时，溶液温度为室温，浴比1︰13。

纤维醇洗后，经漂白、水洗、上油、烘干得到LYOCELL纤维。

采用漂白双氧水的水溶液漂白，双氧水的水溶液的浓度为1.0g/L；双氧水的水溶液的pH值为7.2；温度为40℃。

上油用油浴的温度为60℃；pH值为6.0，油浴中油的浓度为2.0g/L。

通过以上方法制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度47cN/tex之间，干断裂伸长率8.5％，湿断裂强度30cN/tex，湿断裂伸长率11.5％。

实施例2一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法

S1、打浆：选用甲纤含量97％，聚合度500DP的浆粕为原料，经过二次打浆，打浆过程中，调节pH至5.0，温度40℃，加入苏柯汉公司销售的酶制剂AU-PE91，打浆时间45min，然后继续加入酵素水SUKACell-L1000继续打浆40min，完成后经甩干得5％湿度的浆块。

所述酶制剂的加入量为绝干浆质量的0.001％；所述酵素水的加入量为2ml/L。

S2、纺丝液制备：将质量分数为65％的NMMO的水溶液减压蒸馏至95％的NMMO的水溶液，再将其与S1处理后的浆块均匀在搅拌釜中混合，同时加入大生物制剂和改性剂，混合均匀后于120℃真空搅拌溶解5小时，最后制得质量分数为20％的均匀透明的纺丝液；

所述大生物制剂为艾草提取物、薄荷提取物的混合物，所述艾草提取物、薄荷提取物的质量比为1:1；

所述大生物制剂的加入量为相对于浆料中甲纤含量的3％；

所述改性剂的加入量为大生物制剂的6％；所述改性剂包括甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸和羧甲基纤维素，所述甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素按重量计份为：甲壳素4份、十八胺聚氧乙烯醚2份、二十二烷酸7份、乙酰柠檬酸三乙酯3份、羧甲基纤维素4份。

S3、纺丝：将S2制备的纺丝液加入螺杆挤压机，在125℃继续溶解30min，然后，将温度降低至90℃后，再次溶解10min，最后过滤，进入纺丝组件。其中，纺丝速度为15m/min，纺丝气隙长度为9cm，喷丝板孔径为400μm，喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入二次凝固浴槽，凝固成形；第一次凝固浴浓度为6％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为0℃，调节pH至7；第二次凝固浴浓度为3％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为10℃，调节pH至7。

S4、后处理：将S3处理后的纤维浸入浓度为63％的乙醇溶液，浸入时间为6小时，溶液温度为室温，浴比1︰14。

纤维醇洗后，经漂白、水洗、上油、烘干得到LYOCELL纤维。

采用漂白双氧水的水溶液漂白，双氧水的水溶液的浓度为1.2g/L；双氧水的水溶液的pH值为7.8；温度为37℃。

上油用油浴的温度为63℃；pH值为8.0，油浴中油的浓度为2.5g/L。

通过以上方法制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度50cN/tex，干断裂伸长率10.5％，湿断裂强度34cN/tex，湿断裂伸长率13.5％。

实施例3一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维及其制备方法

S1、打浆：选用甲纤含量95％，聚合度600DP的浆粕为原料，经过二次打浆，所述打浆过程中，调节pH8.0，温度45℃，加入苏柯汉公司销售的酶制剂AU-PE91，打浆时间50min，然后继续加入酵素水SUKACell-L1000继续打浆30min，完成后经甩干得4％湿度的浆块。

所述酶制剂的加入量为绝干浆质量的0.002％；所述酵素水的加入量为3ml/L。

S2、纺丝液制备：将质量分数为60％的NMMO的水溶液减压蒸馏至95％的NMMO的水溶液，再将其与S1处理后的浆块均匀在搅拌釜中混合，同时加入大生物制剂和改性剂，混合均匀后于110℃真空搅拌溶解6小时，最后制得质量分数为22％的均匀透明的纺丝液；

所述大生物制剂为橙提取物、柚提取物的混合物，所述茶提取物、橙提取物、柚提取物的质量比为1:1:1；

所述大生物制剂的加入量为相对于浆料中甲纤含量的4％；

所述改性剂的加入量为大生物制剂的7％；所述改性剂包括甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸和羧甲基纤维素，所述甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素按重量计份为：甲壳素5份、十八胺聚氧乙烯醚1份、二十二烷酸8份、乙酰柠檬酸三乙酯4份、羧甲基纤维素3份。

S3、纺丝：将S2制备的纺丝液加入螺杆挤压机，在125℃继续溶解30min，然后，将温度降低至90℃后，再次溶解15min，最后过滤，进入纺丝组件。其中，纺丝速度为20m/min，纺丝气隙长度为8cm，喷丝板孔径为500μm，喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入二次凝固浴槽凝固成形；第一次凝固浴浓度为7％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为10℃，调节pH至7；第二次凝固浴浓度为3％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为15℃，调节pH至6。

S4、后处理：将S3处理后的纤维浸入浓度为60％的乙醇溶液，浸入时间为7小时，溶液温度为室温，浴比1︰15。

纤维醇洗后，经漂白、水洗、上油、烘干得到LYOCELL纤维。

采用漂白双氧水的水溶液漂白，双氧水的水溶液的浓度为1.2g/L；双氧水的水溶液的pH值为7.5；温度为35℃。

上油用油浴的温度为60℃；pH值为9.0，油浴中油的浓度为3.0g/L。

通过以上方法制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度48cN/tex，干断裂伸长率9.7％，湿断裂强度33cN/tex，湿断裂伸长率13.0％。

采用实施例1-3制备的含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维具有多种生物功能性，抗菌、防霉性能优异，水洗50次后对金黄色葡萄球菌抑菌率99.2-99.5％，对大肠杆菌的抑菌率为96.4-97.1％,对白色念珠菌的抑菌率为90-95％(按照《GB/T 20944.3-2008振荡法》测定)，对黑曲霉的防霉等级为0级(按照《GB/T 24346—2009》测定)。

对比例1

选择具有代表性的实施例2，在二次打浆过程中不加入酶制剂及酵素水，其余均与实施例2一致，作为对比例1。采用对比例1制备的LYOCELL纤维干断裂强度34cN/tex，干断裂伸长率16.5％，湿断裂强度20cN/tex，湿断裂伸长率18.8％；而实施例2制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度50cN/tex，干断裂伸长率10.5％，湿断裂强度34cN/tex，湿断裂伸长率13.5％。

对比例2

选择具有代表性的实施例2，在纺丝步骤中采用常规的一次凝固浴的方法，即采用浓度为10％的NMMO的水溶液作为凝固浴，凝固浴温度为10℃，pH为7，其余均与实施例2一致，作为对比例2。采用对比例2制备的LYOCELL纤维干断裂强度47cN/tex，干断裂伸长率13.8％，湿断裂强度30cN/tex，湿断裂伸长率16.2％；而实施例2制备的LYOCELL纤维，其干断裂强度50cN/tex，干断裂伸长率10.5％，湿断裂强度34cN/tex，湿断裂伸长率13.5％。同时，实施例2中纤维的成型时间相对于对比例2延长了2倍左右。

综上，从对比例1-2与实施例2可以看出，本发明通过二次打浆过程中加入酶制剂及酵素水，使已经制备的浆粕中的半纤维素多次分解，再次去除果胶，使纤维素的纯度得以再次提升，制备的纤维强力再次提升，同时形成较好纤维取向结构，减少纤维的无定形区，适度的降低纤维的断裂伸长率；在纺丝步骤中采用缓和的凝固工艺，减缓纤维的成型时间，再次降低纤维的断裂伸长率。

本发明通过打浆步骤及纺丝步骤的工艺条件，实现了大幅度降低纤维断裂伸长率和提高纤维强力的效果。

对比例3

选择具有代表性的实施例2，将纺丝液的制备步骤中的改性剂去掉，其余均与实施例2一致，作为对比例3，采用色谱法，分别对实施例2和对比例3大生物制剂在纺丝液的制备过程中的损失率进行检测，测得大生物制剂在实施例2中采用改性剂后的损失率为2.6％，而在对比例3中不采用改性剂后的损失率为25％，表明在纺丝液的制备过程中加入改性剂，为大生物制剂起到保护作用，并减小其受温度、酸碱影响造成的流失。

除非特殊说明，本发明所述比例，均为质量比例，所述百分比，均为质量百分比；原料均为市购。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维，其特征在于：所述LYOCELL大生物纤维中含有生物活性成分。

2.一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述纤维的制备方法包括打浆、纺丝液制备、纺丝、后处理步骤。

3.根据权利要求2所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述打浆步骤包括：调节pH5.0～8.0，温度35～45℃，加入酶制剂，打浆时间为30～50min，接着加入酵素水继续打浆20～40min。

4.根据权利要求3所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述酶制剂的加入量为绝干浆质量的0.001～0.002％；所述酵素水的加入量为1～3ml/L。

5.根据权利要求2所述的种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝液制备步骤中加入大生物制剂和改性剂，所述大生物制剂的加入量为相对于浆料中甲纤含量的2～4％；

所述大生物制剂为茶提取物、橙提取物、柚提取物、艾草提取物、薄荷提取物中的一种或多种；

所述改性剂的加入量为大生物制剂的5～7％；所述改性剂包括甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素，所述甲壳素、十八胺聚氧乙烯醚、二十二烷酸、乙酰柠檬酸三乙酯和羧甲基纤维素按重量计份为：甲壳素2～5份、十八胺聚氧乙烯醚1～2份、二十二烷酸6～8份、乙酰柠檬酸三乙酯3～4份、羧甲基纤维素3～6份。

6.根据权利要求2所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝步骤中需将制备的纺丝液加入螺杆挤压机，在120～125℃继续溶解20～30min，然后，将温度降低至80～90℃后，再次溶解10～15min。

7.根据权利要求2所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝步骤中纺丝速度为15～20m/min，纺丝气隙长度为7～9cm，喷丝板孔径为200～500μm。

8.据权利要求2所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝步骤中需进行两次凝固，一次凝固浴浓度为5～7％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为0～10℃，调节pH至6～7；第二次凝固浴浓度为2～3％的NMMO的水溶液，凝固浴温度为10～15℃，调节pH至6～7。

9.根据权利要求2所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述后处理步骤包括醇洗、漂白、上油；所述醇洗：将纺丝处理后的纤维浸入浓度为60～63％的乙醇溶液，浸入时间为6～7小时，溶液温度为室温，浴比1︰13～15。

10.根据权利要求9所述的一种含生物活性成分的LYOCELL大生物纤维的制备方法，其特征在于：所述漂白采用双氧水的水溶液漂白，所述双氧水的水溶液的浓度优选为1.0～1.2g/L；所述双氧水的水溶液的pH值为7.2～7.8；温度为35～40℃。

所述上油，油浴的温度为60～63℃，pH值为6.0～9.0；油浴中油的浓度为2.0～3.0g/L。