CN115928248A

CN115928248A - 一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维及制备与应用

Info

Publication number: CN115928248A
Application number: CN202211543841.8A
Authority: CN
Inventors: 黄蕊烨
Original assignee: Xinan Health Technology Guangdong Co ltd
Current assignee: Xinan Health Technology Guangdong Co ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2042-11-30
Also published as: CN115928248B

Abstract

本发明属于功能纤维材料技术领域，公开了一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维及制备与应用。所述制备方法为：将羟基硅油溶解于有机溶剂中，然后加入纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉搅拌分散均匀，再依次加入氨基三甲氧基硅烷进行交联反应和2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子化反应，得到阳离子改性硅橡胶增强粒子；将阳离子改性硅橡胶增强粒子与纤维基体经混合纺丝；或将阳离子改性硅橡胶增强粒子与纤维基体经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基体经混合纺丝，得到增强型负离子抗菌防螨多功能纤维。本发明纤维材料可用于床垫、床垫保护垫、床枕被套产品的制备，具有显著提高的强度和耐老化性能。

Description

一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维及制备与应用

技术领域

本发明属于功能纤维材料技术领域，具体涉及一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维及制备与应用。

背景技术

负离子纤维，是一种具有负离子释放功能的纤维，由该纤维所释放产生的负离子对改善空气质量、环境具有明显的作用，特别是负离子对人体的保健作用，已越来越多为人们所接受。负离子纤维的制成主要是通过在纤维的生产过程中，添加一种具有负离子释放功能的纳米材料，如电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉等，使这些功能粉末镶嵌在纤维的内部或表面，通过这些功能纳米粉体材料发射的电子，击中纤维周围的氧分子，使之成为带电荷的负氧离子(通常称之为负离子)。

抗菌防螨纤维一般是采用混入法将含有银、铜、锌等抗菌防螨功能的粒子混入到纤维基体中进行纺丝得到；或通过后处理法将纤维基体采用用季铵化物或脂肪酰亚胺等有机抗菌剂浸渍处理得到。

在功能纤维制备过程中，普遍存在的技术问题是功能材料的添加对纤维强度及耐用性产生不利影响，通过改善其在纤维基体中的分散性可以降低这一缺陷。在本申请人的前期研究中，采用二氧化硅气凝胶微球对无机功能材料进行负载(CN114775095A)或采用多孔二氧化硅及硅烷偶联剂表面改性(CN114808172A)已取得较好的效果。

然而，通过改善功能材料的分散性对提高纤维的强度及耐用性作用有限，在对强度及耐用性要求较高的产品，如床垫、床垫保护垫、床枕被套等产品，往往不能满足要求。通过加入增强材料是改善纤维材料强度及耐用性的一个可行的方向。硅橡胶因其具有优异的力学性能、耐热性、耐寒性和耐老化性能等得到了广泛的应用，但单纯的硅橡胶一般以不可改变的热固性弹性体形式存在，其刚性较低无法制备得到纳米级的粉体产品，且与纤维材料的相容性较差，具有强疏水疏油特性，其较难通过简单熔融混合或溶液混合的方式在纤维材料中形成良好分散并达到增强效果。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的增强型负离子抗菌防螨多功能纤维。

本发明的再一目的在于提供上述增强型负离子抗菌防螨多功能纤维在床垫、床垫保护垫、床枕被套产品中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将羟基硅油溶解于有机溶剂中，然后加入纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉搅拌分散均匀，在50～80℃温度下加入氨基三甲氧基硅烷进行交联反应，然后加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子化反应，产物经真空干燥脱除有机溶剂，得到阳离子改性硅橡胶增强粒子；

(2)将步骤(1)所得阳离子改性硅橡胶增强粒子与纤维基体经混合纺丝；或将阳离子改性硅橡胶增强粒子与纤维基体经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基体经混合纺丝，得到增强型负离子抗菌防螨多功能纤维。

进一步地，步骤(1)中所述羟基硅油为粘度(25℃)为50～500cst的低分子量羟基硅油；所述有机溶剂为异丙醇、苯或甲苯。羟基硅油分子量过高会导致交联密度不够，反应活性降低，硅橡胶增强粒子之间产生黏连，无法得到分散性能良好的增强粒子。

进一步地，步骤(1)中所述纳米负离子粉包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉中的至少一种；所述纳米抗菌防螨粉包括氧化银粉、氧化镧粉、氧化锌粉、二氧化钛粉、氧化铜粉、氧化镁粉、碘化银粉中的至少一种；所述纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉的粒径＜1μm。

进一步地，步骤(1)中所述纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉的加入总量为羟基硅油质量的20％～50％。本发明加入纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉除了赋予纤维材料相应的功能之外，还作为硅橡胶粒子制备的成核剂，能够得到粒子分散形态的硅橡胶增强粒子，有利于其在纤维基体材料中的混合分散。

进一步地，步骤(1)中所述氨基三甲氧基硅烷选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；氨基三甲氧基硅烷的加入量为羟基硅油质量的3％～12％。氨基三甲氧基硅烷的加入量过低会导致交联程度不够，硅橡胶增强粒子之间产生黏连，无法得到分散性能良好的增强粒子；氨基三甲氧基硅烷的加入量过高会导致成本增加。

进一步地，步骤(1)中所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的加入量为氨基三甲氧基硅烷摩尔量的0.5～1倍。本发明利用氨基三甲氧基硅烷的氨基与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的开环反应进行阳离子化，2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的加入量过高会导致过量单体难以除去，加入量过低会导致阳离子化程度不够，所得硅橡胶增强粒子的粒径增大，分散效果和增强效果变差。

进一步地，步骤(1)中所述交联反应的时间为0.5～2h；所述阳离子化反应的时间为1～4h。

进一步地，步骤(2)中所述纤维基体为聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、纤维素、醋酸纤维素、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯或聚丁二酸丁二醇酯。

进一步地，步骤(2)中所述混合纺丝包括熔融共混纺丝或溶液共混纺丝。

进一步地，步骤(2)中所述增强型负离子抗菌防螨多功能纤维中，阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为纤维基体质量的1％～15％；所述功能母粒中，阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为纤维基体质量的5％～30％。

一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维，通过上述方法制备得到。

上述增强型负离子抗菌防螨多功能纤维在床垫、床垫保护垫、床枕被套产品中的应用。

进一步地，所述应用方法为：将所得增强型负离子抗菌防螨多功能纤维经织造、复合，然后通过裥棉、超声波、刺绣、电脑绣花等方式得到双面功能复合布，再复合床垫基础框架，得到负离子抗菌防螨多功能床垫；或将双面功能复合布按床垫尺寸再复合成垫，得到负离子抗菌防螨多功能床垫保护垫；或将双面功能复合布按床垫、枕头、被子尺寸再复合成套，得到负离子抗菌防螨多功能床枕被套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用特定方法制备得到的阳离子改性硅橡胶增强粒子对纤维基体进行增强，常规硅橡胶材料因刚性较低无法制备得到纳米级的产品，且与纤维材料的相容性较差，具有强疏水疏油特性，其较难通过简单熔融混合或溶液混合的方式在纤维材料中形成良好分散并达到增强效果。本发明以纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉作为粒子成核剂，通过特定交联及阳离子化反应可以得到纳米级的硅橡胶增强粒子，经验证可以显著提高纤维材料的力学性能和耐老化性能。

(2)本发明采用特定方法制备得到的阳离子改性硅橡胶增强粒子对纤维基体进行增强，经验证对材料的负离子功能和抗菌防螨功能的发挥无明显不利影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的一种增强型负离子抗菌防螨多功能聚酯纤维的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)按重量份计，将100份粘度(25℃)为120cst的羟基硅油溶解于600份异丙醇中，然后加入20份电气石负离子粉和20份纳米氧化银粉搅拌分散均匀，将体系加热至65～75℃，加入6份氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷进行交联反应1.5h(反应在常规湿度空气条件下进行)，然后加入氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷摩尔量0.8倍的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子化反应3h，反应完成后将产物经真空干燥脱除溶剂，得到阳离子改性硅橡胶增强粒子。测试所得阳离子改性硅橡胶增强粒子的D90粒径为550nm。

(2)将步骤(1)所得阳离子改性硅橡胶增强粒子与聚酯切片经挤出机熔融共混纺丝，得到增强型负离子抗菌防螨多功能聚酯纤维。

1、为验证阳离子改性硅橡胶增强粒子对纤维的增强效果，分别调整本实施例阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为聚酯切片质量的0％、1％、3％、6％、10％、15％，测试所得聚酯纤维的力学强度(ISO 5079-1995)和抗老化性能(AATCC186-2009，UV-A型荧光灯，辐照强度0.77W/m²，辐照时间720h，相对湿度65±2％)，结果如下表1所示。

表1

通过表1结果可见，通过在纤维基体中加入本发明的阳离子改性硅橡胶增强粒子，可以显著提高纤维材料的力学强度和抗老化性能，特别是对抗老化性能的提高尤为显著。

2、为研究不同分子量(粘度)羟基硅油对所得硅橡胶增强粒子的影响，分别采用粘度(25℃)为50cst、100cst、200cst、500cst、1000cst的羟基硅油制备阳离子改性硅橡胶增强粒子，测试所得硅橡胶增强粒子的形态及D90粒径，并测试在10％加入量条件下对聚酯纤维材料增强效果的影响，结果如下表2所示。

表2

由表2结果可见，羟基硅油的分子量越高，所得硅橡胶增强粒子的增强效果越显著；但羟基硅油过高会导致交联密度不够，硅橡胶增强粒子之间产生黏连结团，无法得到分散形态的纳米粒子。

3、为研究不同交联剂加入量对所得硅橡胶增强粒子的影响，分别调整氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷的加入量为1重量份、3重量份、5重量份、8重量份、10重量份、12重量份。测试所得硅橡胶增强粒子的形态及D90粒径，并测试在10％加入量条件下对聚酯纤维材料增强效果的影响，结果如下表3所示。

表3

交联剂加入量

1％

3％

5％

8％

10％

12％

形态及粒径

黏连结团

1.26μm

640nm

410nm

340nm

310nm

断裂强度

----

6.1cN/dtex

7.2cN/dtex

7.7cN/dtex

7.9cN/dtex

8.0cN/dtex

断裂伸长率

----

37％

44％

52％

51％

由表3结果可见，交联剂加入量过低会导致交联程度不够，硅橡胶增强粒子之间产生黏连结团，分散性能降低，随着交联剂加入量的增加，所得硅橡胶增强粒子的粒径呈现降低的趋势，其在纤维基体中的分散性能更优，从而达到更好的增强力学性能的效果。

4、为研究不同阳离子化程度对所得硅橡胶增强粒子及聚酯纤维材料性能的影响，分别调整2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的加入量为氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷摩尔量的0倍、0.3倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.9倍、1.0倍，测试所得硅橡胶增强粒子的粒径，并测试在10％加入量条件下对天然乳胶发泡材料增强效果的影响，结果如下表4所示。

表4

由表4结果可知，阳离子化程度对所得硅橡胶增强粒子的粒径影响显著，其原因在于阳离子化程度越高，硅橡胶增强粒子在制备成核过程中的静电斥力越大，粒子间的黏连结团程度降低，从而使得粒径降低，并最终改善其在纤维材料中的分散性能和达到更好的增强力学性能的效果。当不采用阳离子改性时，硅橡胶增强粒子的粒径过大，对纤维的可纺性产生了不利影响，造成其力学强度的降低。

对比例1

本对比例与实施例1相比，采用氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷表面改性的电气石负离子粉和纳米氧化银粉替代阳离子改性硅橡胶增强粒子，具体制备步骤如下：

(1)按重量份计，将20份电气石负离子粉和20份纳米氧化银粉加入到异丙醇中搅拌分散均匀，然后将体系加热至65～75℃，加入6份氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷进行表面改性反应1.5h(反应在常规湿度空气条件下进行)，反应完成后将产物经真空干燥脱除溶剂，得到氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷表面改性功能纳米粒子。测试所得表面改性功能纳米粒子的D90粒径为225nm。

(2)将步骤(1)所得表面改性功能纳米粒子按加入量为4wt％与聚酯切片经挤出机熔融共混纺丝，得到负离子抗菌防螨多功能纤维。

对比例2

本对比例与实施例1相比，直接采用2wt％未改性电气石负离子粉和2wt％未改性纳米氧化银粉与聚酯切片经挤出机熔融共混纺丝，得到负离子抗菌防螨多功能纤维。

对以上实施例1(以阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为10％作为测试样)与对比例1～2所得多功能纤维进行负离子性能测试(采用大气离子浓度相对标准测量装置进行检测)、抗菌性能测试(依照“GB/T 20944.3-2008振荡法”；测试菌为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)、防螨效果测试(依据GB/T 24253-2009，9.2抑制法；检测生物体为粉尘螨，培养时间7天；对照样为不经任何处理的100％棉织物，经高温蒸煮和蒸馏水洗涤后作为对照样)、力学强度和抗老化性能测试，结果如下表5所示。

表5

测试项目	实施例1	对比例1	对比例2
				负离子产生量	<![CDATA[764个/cm<sup>3</sup>]]>	<![CDATA[782个/cm<sup>3</sup>]]>	<![CDATA[795个/cm<sup>3</sup>]]>
金黄色葡萄球菌抑制率	99％	98％	99％
				大肠杆菌抑制率	99％	98％	98％
粉尘螨抑制率	86％	82％	89％
				断裂强度	7.6cN/dtex	5.3cN/dtex	4.5cN/dtex
断裂伸长率	51％	31％	26％
				强度保持率	96.1％	71.7％	57.8％
伸长率保持率	96.1％	67.7％	53.8％

通过表5结果可以看出，未改性的功能纳米粒子对纤维材料的力学性能及耐老化性能存在不利影响，通过硅烷偶联剂表面改性可以降低上述不利影响，但无法显著提高纤维材料的力学性能和耐老化性能。通过引入交联的硅橡胶增强粒子，可以显著提高纤维材料的力学性能和耐老化性能，且对材料的负离子功能和抗菌防螨功能的发挥无明显不利影响。

实施例2

本实施例的一种增强型负离子抗菌防螨多功能醋酸纤维素纤维的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)按重量份计，将100份粘度(25℃)为200cst的羟基硅油溶解于600份异丙醇中，然后加入15份电气石负离子粉和15份纳米氧化银粉搅拌分散均匀，将体系加热至65～75℃，加入10份氨丙基三甲氧基硅烷进行交联反应2h(反应在常规湿度空气条件下进行)，然后加入氨丙基三甲氧基硅烷摩尔量0.6倍的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵进行阳离子化反应3h，反应完成后将产物经真空干燥脱除溶剂，得到阳离子改性硅橡胶增强粒子。测试所得阳离子改性硅橡胶增强粒子的D90粒径为610nm。

(2)将步骤(1)所得阳离子改性硅橡胶增强粒子按质量百分含量为8％与醋酸纤维素经挤出机熔融共混纺丝，得到增强型负离子抗菌防螨多功能醋酸纤维素纤维。

本实施例所得多功能醋酸纤维素纤维的断裂强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为49％，强度保持率为94.6％，伸长率保持率为95.9％。而未加入阳离子改性硅橡胶增强粒子的醋酸纤维素纤维的断裂强度为1.8cN/dtex，断裂伸长率为33％，强度保持率为72.2％，伸长率保持率为69.7％。说明本发明采用阳离子改性硅橡胶增强粒子进行增强，可以显著提高纤维材料的力学性能和耐老化性能。

实施例3

本实施例的一种负离子抗菌防螨多功能床垫，通过如下方法制备得到：

将增强型负离子抗菌防螨多功能纤维(按实施例1的制备方法，所述纤维基体包括聚酯、纤维素、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯等)织造成布(有纺织布+无纺纺布)，然后通过双复合布制造工艺(包括但不限于裥棉，超声波，刺绣，电脑绣花……等)得到双面功能复合布，复合布再复合床垫基础框架，得到负离子抗菌防螨抗病毒多功能床垫。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述羟基硅油为粘度为50～500cst的低分子量羟基硅油；所述有机溶剂为异丙醇、苯或甲苯。

3.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述纳米负离子粉包括电气石负离子粉、天然蛋白石矿粉中的至少一种；所述纳米抗菌防螨粉包括氧化银粉、氧化镧粉、氧化锌粉、二氧化钛粉、氧化铜粉、氧化镁粉、碘化银粉中的至少一种；所述纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉的粒径＜1μm；所述纳米负离子粉和纳米抗菌防螨粉的加入总量为羟基硅油质量的20％～50％。

4.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氨基三甲氧基硅烷选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；氨基三甲氧基硅烷的加入量为羟基硅油质量的3％～12％。

5.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的加入量为氨基三甲氧基硅烷摩尔量的0.5～1倍。

6.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述交联反应的时间为0.5～2h；所述阳离子化反应的时间为1～4h。

7.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述纤维基体为聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、纤维素、醋酸纤维素、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯或聚丁二酸丁二醇酯；所述混合纺丝包括熔融共混纺丝或溶液共混纺丝。

8.根据权利要求1所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述增强型负离子抗菌防螨多功能纤维中，阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为纤维基体质量的1％～15％；所述功能母粒中，阳离子改性硅橡胶增强粒子的加入量为纤维基体质量的5％～30％。

9.一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到。

10.权利要求9所述的一种增强型负离子抗菌防螨多功能纤维在床垫、床垫保护垫、床枕被套产品中的应用；其特征在于，所述应用方法为：将所得增强型负离子抗菌防螨多功能纤维经织造、复合，然后通过裥棉、超声波、刺绣、电脑绣花方式得到双面功能复合布，再复合床垫基础框架，得到负离子抗菌防螨多功能床垫；或将双面功能复合布按床垫尺寸再复合成垫，得到负离子抗菌防螨多功能床垫保护垫；或将双面功能复合布按床垫、枕头、被子尺寸再复合成套，得到负离子抗菌防螨多功能床枕被套。