CN116288768A - 一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维及制备与应用 - Google Patents

一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维及制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能纤维材料技术领域，公开了一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维及制备与应用。所述制备方法为：将α‑烯烃、乙烯基硅烷偶联剂和含氢硅油加入到有机溶剂中反应，得到含偶联基团的改性聚硅氧烷溶液；然后加入远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉搅拌混合均匀，滴加水进行偶联反应，得到改性功能粒子；将所得改性功能粒子与纤维基材经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材经混合纺丝，得到远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维。本发明所得多功能纤维具有远红外、负离子及抗菌防螨等健康保健功效，且具有良好的力学强度和柔软性，可广泛应用于家居、家纺、服装、玩具、户外用品、母婴用品的制造。

Description

一种远红外负离子抗菌防螨保健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，具体涉及一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维及制备与应用。
背景技术
远红外纤维是指在常温下具有吸收和发射远红外线功能的纺织品，远红外纤维是近年来受到广泛关注并已投入生产使用的新型纤维，它是在纤维加工过程中添加了远红外辐射剂(如远红外陶瓷粉)而制得的，是一种积极高效的保温材料，同时辐射的远红外线还具有活化细胞组织、促进血液循环及抑菌防臭的功效。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。抗菌防螨纤维一般是通过将含银、铜、锌离子的陶瓷粉等具有耐热性的无机抗菌剂混入纤维材料中进行纺丝而得，其具有明显的抗菌防螨功效，可增强纺织品的附加值并满足人们对于健康保健的需求。
在实现纤维材料上述功能化的过程中，通常是在纤维材料中添加功能性无机粉体等，但是直接将无机粉体加入到纤维材料中，由于粉体表面比表面积较大，粉体之间作用力相互吸引，极易形成团聚体，阻碍了粉体的分散，导致聚酯纤维中无机粉体的作用发挥不明显，改性效果不显著。同时由于无机粉体在纤维材料中的分散性能较差，还严重影响纤维材料的力学强度和柔韧性。
专利CN 104278348 A公开了一种远红外负离子纤维的生产方法，通过对远红外及负离子添加剂进行表面处理，并进一步研磨形成纳米级粉体，以提高其在纤维材料中的分散性能。专利CN 106049070A公开了一种含有负离子与远红外功能纤维，通过将远红外陶瓷粉料、电气石粉料和羟甲基纤维素醚混合制得复合粉料，然后与钛白粉分散液混合制得负离子与远红外功能纳米浆料，然后将混合纤维浸扎在制得的负离子与远红外功能纳米浆料中，烘干即制得负离子与远红外功能复合纤维。专利CN 107164823 A公开了一种负离子、远红外复合型聚酯功能纤维，以空心TiO2颗粒作为载体负载负离子、远红外粉体，保证各个添加剂在纤维中均匀分布，解决了纳米团聚问题。
上述专利虽然解决了功能材料的分散性问题，但对于纤维材料的力学强度和柔韧性的改善并未提出解决方案。
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远红外负离子抗菌防螨保健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远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维。
本发明的再一目的在于提供上述远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维在家居、家纺、服装、玩具、户外用品、母婴用品中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)改性功能粒子的制备：将α-烯烃、乙烯基硅烷偶联剂和含氢硅油加入到有机溶剂中，然后加入氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至60～120℃反应，得到含偶联基团的改性聚硅氧烷溶液；然后加入远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉搅拌混合均匀，滴加水进行偶联反应，真空干燥去除溶剂，得到改性功能粒子；
(2)将步骤(1)所得改性功能粒子与纤维基材经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材经混合纺丝，得到远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维。
优选地，步骤(1)中所述α-烯烃是指碳原子数为6～18的长链α-烯烃。烯烃分子链过短会导致改性功能粒子在纤维基材中的分散性降低，从而降低改性效果。
优选地，步骤(1)中所述乙烯基硅烷偶联剂是指乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
优选地，步骤(1)中所述α-烯烃与乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比为0.8～2:1。本发明α-烯烃与乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比对纤维材料的性能影响显著，其中α-烯烃分子链的引入主要是为了增强聚硅氧烷与纤维材料的相容性，从而增强聚硅氧烷的改性效果及提高改性功能粒子在纤维材料中的分散效果和结合力；乙烯基硅烷偶联剂分子链的主要目的是引入偶联基团，通过偶联反应与远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉形成化学键偶联，显著提高与上述无机粉体材料的结合力，在无机粉体材料表面形成一层柔性的聚硅氧烷膜，同时通过α-烯烃相容性的改善显著提高无机粉体材料在纤维材料中的分散效果。
优选地，步骤(1)中所述含氢硅油是指25℃粘度为20～100mPa·s，含氢量(m/m)为0.2％～1.5％的含氢硅油。
优选地，步骤(1)中所述α-烯烃和乙烯基硅烷偶联剂的加入总摩尔量为含氢硅油含氢摩尔量的0.8～1.2倍。
优选地，步骤(1)中所述有机溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、石油醚、正己烷中的一种或两种以上的混合溶剂。
优选地，步骤(1)中所述抗菌防螨粉是指纳米氧化银粉、纳米氧化锌粉、纳米氧化钛粉、纳米氧化铜粉、含银、铜或锌离子的陶瓷粉中的至少一种。
优选地，步骤(1)中所述远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉的粒径＜1.5μm。
优选地，步骤(1)中所述远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉的加入总量为含氢硅油质量的1～5倍。
优选地，步骤(2)中所述纤维基材包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氨基甲酸酯纤维和纤维素纤维中的至少一种。
优选地，步骤(2)中所述功能母粒中改性功能粒子与纤维基材经混合的质量比为6～45:55～94；所述功能母粒与纤维基材经混合纺丝的质量比为2～30:70～98。
优选地，步骤(2)中所述混合制粒是指经挤出机混合挤出造粒；所述混合纺丝是指通过挤出机熔融共混纺丝。
一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维，通过上述方法制备得到。
上述远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维在家居、家纺、服装、玩具、户外用品、母婴用品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用接枝硅烷偶联剂的聚硅氧烷对无机材料的远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉进行表面改性，通过偶联反应增强与上述无机材料的结合力，显著增强表面改性效果。通过柔性聚硅氧烷的包覆处理，可以显著降低无机粉体材料对纤维材料柔软性的不利影响，并在一定程度上增强纤维的力学强度。
(2)本发明通过对表面改性的聚硅氧烷接枝长链烷烃，可以显著增强表面改性的功能粒子与纤维基材的相容性，从而显著提高改性功能粒子在纤维基材中的混合分散效果，可以显著降低无机粉体材料对纤维材料强度的不利影响。
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
本实施例的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)改性功能粒子的制备：将20g 1-癸烯、15g乙烯基三甲氧基硅烷和25g 25℃粘度为50mPa·s，含氢量为1.05％的含氢硅油加入到200ml乙醇和环己烷的混合溶剂中，然后加入100ppm氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至80℃反应6h，得到含偶联基团的改性聚硅氧烷溶液；然后加入20g远红外陶瓷粉、20g负离子粉和20g银离子抗菌粉搅拌混合均匀，滴加适量水进行偶联反应2h，真空干燥去除溶剂，得到改性功能粒子。
(2)将步骤(1)所得改性功能粒子与聚酯纤维基材按重量比为20:80经挤出机混合挤出造粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材按重量比为30:70经挤出机熔融共混纺丝，得到远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维。所得远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维经保健功能性测试结果显示远红外发射率为0.89(CAS115-2005，保健功能纺织品)；负离子产生量为1105个/cm3(采用大气离子浓度相对标准测量装置进行检测)；对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率均为99％以上(GB/T 20944.3-2008振荡法)；对粉尘螨的抑制率为90％(GB/T 24253-2009)；说明本发明所得纤维材料具有良好的健康保健功效。
(3)分别将步骤(1)中的1-癸烯替换为等摩尔量的1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-十二烯、1-十六烯、1-十八烯，得到不同的改性功能粒子，然后按步骤(2)分别得到多功能聚酯纤维。分别对上述多功能聚酯纤维的力学强度(断裂强度和断裂伸长率，ISO 5079-1995)和柔软性(参考ZB W04003-87《织物挺度测试方法斜面悬臂法》进行测试；硬挺度越小，织物的柔软性越好)进行测试，结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0004175664170000051
由表1结果可见，随着聚硅氧烷接枝碳链碳原子数的增加，所得功能纤维的力学强度及柔软性均呈现先增加后缓慢降低的趋势，其原因可能在于接枝碳链过短，所得改性功能粒子与纤维基材的相容性较差，改性功能粒子存在明显团聚，不能有效发挥相应的改性效果；接枝碳链过长，聚硅氧烷链的比例降低，导致聚硅氧烷的改性效果降低。当接枝碳链长度为6～18时，所得功能纤维同时具有良好的力学强度和柔韧性。
实施例2
本实施例的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)改性功能粒子的制备：将1-癸烯、乙烯基三甲氧基硅烷和30g 25℃粘度为60mPa·s，含氢量为0.92％的含氢硅油加入到200ml乙醇和环己烷的混合溶剂中，其中1-癸烯、乙烯基三甲氧基硅烷的总摩尔量为0.3mol，分别调整1-癸烯、乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为0:1、0.5:1、0.8:1、1:1、2:1、3:1和1:0；然后加入100ppm氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至90℃反应4h，得到改性聚硅氧烷溶液；然后加入20g远红外陶瓷粉、20g负离子粉和20g纳米氧化锌抗菌粉搅拌混合均匀，滴加适量水进行偶联反应2h，真空干燥去除溶剂，得到改性功能粒子。
(2)将步骤(1)所得改性功能粒子与聚酯纤维基材按重量比为30:70经挤出机混合挤出造粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材按重量比为15:85经挤出机熔融共混纺丝，得到远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维。
对本实施例烯烃和乙烯基硅烷偶联剂在不同摩尔比条件所得改性功能粒子制备的多功能聚酯纤维的力学强度和柔软性进行测试，结果如下表2所示。
表2
Figure BDA0004175664170000061
Figure BDA0004175664170000071
由表2结果可知，在不加入α-烯烃和不加入乙烯基硅烷偶联剂改性的情况下，所得功能纤维的强度和柔韧性均明显降低，其原因在于α-烯烃主要用于改善与纤维基材的相容性，而硅烷偶联剂主要用于提高与无机功能材料的结合力，通过两者的协同作用，能够使得无机功能材料与聚硅氧烷在纤维基材中的分散性及结合力均明显提高，从而降低无机功能材料的加入对纤维材料力学强度及柔软性的不利影响，并充分发挥聚硅氧烷对纤维材料力学强度及柔软性的的改善效果。在α-烯烃与乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比为0.8～2:1时，所得功能纤维同时具有良好的力学强度和柔韧性。
对比例1
本对比例的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能聚酯纤维，采用未改性的质量比为1:1:1的远红外陶瓷粉、负离子粉和纳米氧化锌抗菌粉与聚酯纤维基材按重量比为30:70经挤出机混合挤出造粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材按重量比为15:85经挤出机熔融共混纺丝得到。
经测试本对比例所得多功能聚酯纤维的断裂强度为4.6cN/dtex，断裂伸长率为27％，硬挺度为3.68cm。而未加入无机功能粒子的纯聚酯纤维的断裂强度为5.3cN/dtex，断裂伸长率为34％，硬挺度为2.04cm。说明无机功能粒子的加入会对纤维材料的力学强度及柔软性造成不利影响。通过本对比例与实施例2的比较结果可以进一步看出，采用本发明的改性功能粒子可以显著降低无机功能材料的加入对纤维材料力学强度及柔软性的不利影响，显著增强纤维材料的力学强度和柔韧性。
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 (10)

1.一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)改性功能粒子的制备：将α-烯烃、乙烯基硅烷偶联剂和含氢硅油加入到有机溶剂中，然后加入氯铂酸催化剂搅拌混合均匀，氮气保护下升温至60～120℃反应，得到含偶联基团的改性聚硅氧烷溶液；然后加入远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉搅拌混合均匀，滴加水进行偶联反应，真空干燥去除溶剂，得到改性功能粒子；
(2)将步骤(1)所得改性功能粒子与纤维基材经混合制粒得到功能母粒，再将功能母粒与纤维基材经混合纺丝，得到远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维。
2.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述α-烯烃是指碳原子数为6～18的长链α-烯烃；所述乙烯基硅烷偶联剂是指乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；所述α-烯烃与乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比为0.8～2:1。
3.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含氢硅油是指25℃粘度为20～100mPa·s，含氢量为0.2％～1.5％的含氢硅油。
4.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述α-烯烃和乙烯基硅烷偶联剂的加入总摩尔量为含氢硅油含氢摩尔量的0.8～1.2倍。
5.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、石油醚、正己烷中的一种或两种以上的混合溶剂。
6.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述抗菌防螨粉是指纳米氧化银粉、纳米氧化锌粉、纳米氧化钛粉、纳米氧化铜粉、含银、铜或锌离子的陶瓷粉中的至少一种；所述远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉的粒径＜1.5μm；所述远红外陶瓷粉、负离子粉和抗菌防螨粉的加入总量为含氢硅油质量的1～5倍。
7.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述纤维基材包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚氨基甲酸酯纤维和纤维素纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述功能母粒中改性功能粒子与纤维基材经混合的质量比为6～45:55～94；所述功能母粒与纤维基材经混合纺丝的质量比为2～30:70～98；所述混合制粒是指经挤出机混合挤出造粒；所述混合纺丝是指通过挤出机熔融共混纺丝。
9.一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维，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所述的一种远红外负离子抗菌防螨保健多功能纤维在家居、家纺、服装、玩具、户外用品、母婴用品中的应用。
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