CN117867679A - 一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料及其制备方法，本发明先制备多孔二氧化硅，然后在多孔二氧化硅的表面引入碳碳双键，再通过双键加成反应，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维，将得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维进行混纺，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料；聚丙烯酸纤维具有优异的吸水性能，但其力学性能不佳，本发明通过化学反应将多孔二氧化硅接枝在聚丙烯酸纤维上，提高了聚丙烯酸纤维的力学性能，同时多孔二氧化硅具有良好的毛细管导湿作用，能够将液体快速吸走，赋予面料良好的吸湿速干性能；本发明中儿茶素通过化学作用接枝在聚丙烯酸纤维上，解决了现有抗菌除臭整理剂存在效果差、作用不持久的问题。
Description
技术领域
本发明涉及纺织品制备技术领域，具体涉及一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料及其制备方法。
背景技术
纺织面料是指在纺织过程中形成的具有特定结构、性能和用途的纤维制品，以下是一些常见的纺织面料及其特点：
棉布：由天然棉纤维制成，具有柔软舒适、吸湿透气、保暖等特点，适用于制作服装、床上用品等。
麻布：由天然麻纤维制成，具有强度高、耐磨、耐热、吸湿性好等特点，适用于制作帐篷、桌布等。
丝绸：由天然蚕丝制成，具有光泽好、柔软滑爽、透气性好等特点，适用于制作高档服装、围巾等。
毛料：由天然羊毛纤维制成，具有保暖性好、弹性好、质地厚实等特点，适用于制作大衣、毛衣等。
化纤面料：由化学纤维制成，具有色彩鲜艳、质地轻盈、耐穿等特点，适用于制作运动服、户外用品等。
品质优良的纺织面料不仅要求面料舒适、美观，也注重面料是否具有安全环保、吸湿排汗、抗菌防霉等特点。天然纤维以棉为例，具有吸湿性好、柔软亲肤的优点，但当人的出汗量稍大时，棉纤维易吸湿膨胀，透气性下降；合成纤维以普通涤纶为例，具有保型性好、成本低的优点，但其透湿性能较差、闷热、易产生静电，一般采用棉纤维等天然纤维与涤纶、丙纶等合成纤维进行混纺，同时发挥二者的优点，但是得到的混纺纤维面料其性能相较于纯面料会有所降低，且均匀性难以保证，例如中国专利文献CN106120016B公开了一种呈异形截面且具有吸湿排汗功能的涤纶，所述呈异形截面且具有吸湿排汗功能的涤纶，通过纳米二氧化钛、竹炭粉、纳米陶土、植物油对亲水性聚酯切片进行共混改性、熔融纺丝制得，由于纤维的表面积和空隙增加，回潮率增加，吸湿性能增强，但是涤纶纤维的排汗性能仍有待改善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料及其制备方法，所制备得到的复合面料吸湿透气性好，同时具有优异的抗菌性能和力学性能。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将正硅酸乙酯溶液加入到氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的混合溶液中，搅拌反应后洗涤、干燥、煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将多孔二氧化硅分散在乙醇水溶液中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，搅拌6-12h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸加入到去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维共混纺纱，双层编织，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
优选的，步骤S1中，正硅酸乙酯溶液、氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的质量比为10-20:30-40:1-2:40-60。
优选的，步骤S1中，正硅酸乙酯溶液的制备方法如下：将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均匀，即得到正硅酸乙酯溶液，正硅酸乙酯溶液的质量分数为25-40％。
优选的，步骤S1中，氨水的质量分数为25-28％。
优选的，步骤S2中，多孔二氧化硅和乙烯基硅烷偶联剂的质量比为5-10:1-2，所述乙烯基硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种。
优选的，步骤S3中，改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸的质量比为3-5:20-35:2-4:0.5-0.8:0.2-0.4:0.3-0.5。
优选的，步骤S3中，辐照的剂量率为10-100KGy/h，辐照时间为1-3h。
优选的，步骤S3中，静电纺丝的电压为15-20kv，喷丝口到收集屏为15-20cm，流速0.6-0.8mL/h。
优选的，步骤S4中，二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维的质量比为4-6:1-2。
本发明还提供由上述制备方法所制备得到的吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明先制备多孔二氧化硅，然后在多孔二氧化硅的表面引入碳碳双键，再通过双键加成反应，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维，将得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维进行混纺，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料；聚丙烯酸纤维具有优异的吸水性能，但其力学性能不佳，本发明通过化学反应将多孔二氧化硅接枝在聚丙烯酸纤维上，提高了聚丙烯酸纤维的力学性能，同时多孔二氧化硅具有良好的毛细管导湿作用，能够将液体快速吸走，赋予面料良好的吸湿速干性能。
(2)儿茶素是从茶叶等天然植物中提取出来的一类酚类活性物质，具有优异的抗菌除臭性能，儿茶素分子中的酚羟基与丙烯酸中的羧基发生酯化反应，儿茶素通过化学作用接枝在聚丙烯酸纤维上，解决了现有抗菌除臭整理剂存在效果差、作用不持久的问题。
(3)竹炭纤维能够赋予面料一定的抗菌性和吸湿性，二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维两种面料配合使用，能够快速将人体表面的汗液、水蒸气通过面料传导出去并快速蒸发，实现舒爽的穿着体感。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备
将正硅酸乙酯溶液加入到氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的混合溶液中，搅拌反应后洗涤、干燥、煅烧，得到多孔二氧化硅。
本步骤中，正硅酸乙酯溶液、氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的质量比为10-20:30-40:1-2:40-60，进一步优选的，正硅酸乙酯溶液、氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的质量比为12-16:34-38:1.2-1.6:45-50。
本步骤中，正硅酸乙酯溶液的制备方法如下：将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均匀，即得到正硅酸乙酯溶液，正硅酸乙酯溶液的质量分数为25-40％，在本发明一些实施例中，典型但非限制的，正硅酸乙酯溶液的质量分数可以选为25％、30％、35％、40％。
本步骤中，氨水的质量分数为25-28％，例如可以选为25％、26％、27％、28％。
本步骤中，聚乙烯吡咯烷酮作为造孔剂，在高温下煅烧分解，得到多孔二氧化硅。
S2、改性二氧化硅的制备
将多孔二氧化硅分散在乙醇水溶液中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，搅拌6-12h，得到改性二氧化硅。
本步骤中，多孔二氧化硅和乙烯基硅烷偶联剂的质量比为5-10:1-2，例如可以选为5:1、5:2、8:1、8:2、10:1、10:1.5、10:2。
所述乙烯基硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种。
本步骤中，乙醇水溶液的质量分数为60-80％，例如可以选为60％、65％、70％、75％、80％。
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备
将改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸加入到去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维。
本步骤中，改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸的质量比为3-5:20-35:2-4:0.5-0.8:0.2-0.4:0.3-0.5，进一步优选的，改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸的质量比可以选为3-5:24-30:2-3:0.6-0.8:0.2-0.3:0.3-0.4。
辐照的剂量率为10-100KGy/h，例如可以选为10KGy/h、20KGy/h、30KGy/h、40KGy/h、50KGy/h、60KGy/h、70KGy/h、80KGy/h、90KGy/h、100KGy/h；
辐照时间为1-3h，例如可以选为1h、2h、3h。
本步骤中，静电纺丝的电压为15-20kv，喷丝口到收集屏距离为15-20cm，流速0.6-0.8mL/h。
S4、复合面料的制备
将二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维共混纺纱，双层编织，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本步骤中，二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维的质量比为4-6:1-2，例如可以选为4:1、4:2、5:1、5:2、6:1、6:2。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，本实施例中所使用的竹炭纤维购自绍兴喜能纺织科技有限公司，粗细：75D。
实施例1
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将10g，30wt％正硅酸乙酯溶液加入到30g，25wt％氨水、1g聚乙烯吡咯烷酮和40g无水乙醇的混合溶液中，在室温下搅拌6h，洗涤、干燥，在500℃下煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将5g多孔二氧化硅分散在100g，60wt％乙醇水溶液中，然后加入1g乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌8h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将3g改性二氧化硅、20g丙烯酸、2g儿茶素、0.5g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵、0.4g对甲基苯磺酸加入到100mL去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，辐照的剂量率为50KGy/h，辐照时间为2h，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，静电纺丝的电压为18kv，喷丝口到收集屏距离为16cm，流速0.8mL/h，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将40g二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与10g竹炭纤维共混纺纱，双层编织，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本实施例中，步骤S3所制备得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的断裂强度为3.6cN/dtex。
实施例2
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将15g，30wt％正硅酸乙酯溶液加入到35g，25wt％氨水、1.5g聚乙烯吡咯烷酮和50g无水乙醇的混合溶液中，在室温下搅拌6h，洗涤、干燥，在500℃下煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将10g多孔二氧化硅分散在100g，60wt％乙醇水溶液中，然后加入2g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌8h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将4g改性二氧化硅、20g丙烯酸、3g儿茶素、0.8g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵、0.3g对甲基苯磺酸加入到100mL去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，辐照的剂量率为50KGy/h，辐照时间为2h，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，静电纺丝的电压为18kv，喷丝口到收集屏距离为16cm，流速0.8mL/h，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将50g二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与20g竹炭纤维共混纺纱，双层编织，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本实施例中，步骤S3所制备得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的断裂强度为3.8cN/dtex。
实施例3
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将20g，30wt％正硅酸乙酯溶液加入到40g，25wt％氨水、2.0g聚乙烯吡咯烷酮和60g无水乙醇的混合溶液中，在室温下搅拌6h，洗涤、干燥，在500℃下煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将8g多孔二氧化硅分散在100g，60wt％乙醇水溶液中，然后加入1.5g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌8h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将5g改性二氧化硅、35g丙烯酸、3g儿茶素、0.6g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵、0.5g对甲基苯磺酸加入到100mL去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，辐照的剂量率为50KGy/h，辐照时间为2h，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，静电纺丝的电压为18kv，喷丝口到收集屏距离为16cm，流速0.8mL/h，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将60g二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与20g竹炭纤维共混纺纱，双层编织，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本实施例中，步骤S3所制备得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的断裂强度为3.2cN/dtex。
实施例4
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将15g，40wt％正硅酸乙酯溶液加入到40g，25wt％氨水、1.5g聚乙烯吡咯烷酮和60g无水乙醇的混合溶液中，在室温下搅拌6h，洗涤、干燥，在500℃下煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将8g多孔二氧化硅分散在100g，60wt％乙醇水溶液中，然后加入1.5g乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌8h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将5g改性二氧化硅、30g丙烯酸、4g儿茶素、0.6g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵、0.4g对甲基苯磺酸加入到100mL去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，辐照的剂量率为50KGy/h，辐照时间为2h，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，静电纺丝的电压为18kv，喷丝口到收集屏距离为16cm，流速0.8mL/h，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将50g二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与15g竹炭纤维共混纺纱，双层编织，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本实施例中，步骤S3所制备得到的二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的断裂强度为3.5cN/dtex。
对比例1
一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，包括如下步骤：
S1、聚丙烯酸纤维的制备：将30g丙烯酸、4g儿茶素、0.6g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵、0.4g对甲基苯磺酸加入到100mL去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，辐照的剂量率为50KGy/h，辐照时间为2h，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，静电纺丝的电压为18kv，喷丝口到收集屏距离为16cm，流速0.8mL/h，得到聚丙烯酸纤维；
S2、复合面料的制备：将50g聚丙烯酸纤维与15g竹炭纤维共混纺纱，双层编织，胚布上机规格经密26根/cm，纬密21根/cm，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
本对比例中，步骤S1所制备得到的聚丙烯酸纤维的断裂强度为2.1cN/dtex。
对比例2
竹炭纤维纺纱进行双层编织得到纯竹炭纤维面料。
对实施例1-4和对比例1-2所制备得到的面料进行性能测试，测试方法如下：
吸湿性能测试：采用国家标准GB/T 21655.1-2023《纺织品吸湿速干性的评定第1部分：单项组合试验法》进行测试，测试结果如表1所示：
表1
| 吸水率(％) | 滴水扩散时间(s) | 蒸发速率(g/h) | |
| 实施例1 | 396 | 1.1 | 0.84 |
| 实施例2 | 375 | 1.2 | 0.73 |
| 实施例3 | 387 | 1.1 | 0.76 |
| 实施例4 | 364 | 0.9 | 0.78 |
| 对比例1 | 382 | 1.0 | 0.37 |
| 对比例2 | 301 | 1.6 | 0.49 |
抗菌性能测试：采用国家标准GB/T 20944.2-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》进行测试，测试结果如表2所示：
表2
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、多孔二氧化硅的制备：将正硅酸乙酯溶液加入到氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的混合溶液中，搅拌反应后洗涤、干燥、煅烧，得到多孔二氧化硅；
S2、改性二氧化硅的制备：将多孔二氧化硅分散在乙醇水溶液中，然后加入乙烯基硅烷偶联剂，搅拌6-12h，得到改性二氧化硅；
S3、二氧化硅改性聚丙烯酸纤维的制备：将改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸加入到去离子水中，搅拌均匀，置于密闭容器中，排除空气，通入惰性气体，进行辐照反应，将辐照后的溶液作为纺丝液，静电纺丝，得到二氧化硅改性聚丙烯酸纤维；
S4、复合面料的制备：将二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维共混纺纱，双层编织，即得到吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
2.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，正硅酸乙酯溶液、氨水、聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇的质量比为10-20:30-40:1-2:40-60。
3.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，正硅酸乙酯溶液的制备方法如下：将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均匀，即得到正硅酸乙酯溶液，正硅酸乙酯溶液的质量分数为25-40%。
4.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氨水的质量分数为25-28%。
5.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，多孔二氧化硅和乙烯基硅烷偶联剂的质量比为5-10:1-2，所述乙烯基硅烷偶联剂选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，改性二氧化硅、丙烯酸、儿茶素、N, N′-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、对甲基苯磺酸的质量比为3-5:20-35:2-4:0.5-0.8:0.2-0.4:0.3-0.5。
7.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，辐照的剂量率为10-100KGy/h，辐照时间为1-3h。
8.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，静电纺丝的电压为15-20kv，喷丝口到收集屏距离为15-20cm，流速0.6-0.8mL/h。
9.根据权利要求1所述的吸湿速干抗菌竹炭复合面料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，二氧化硅改性聚丙烯酸纤维与竹炭纤维的质量比为4-6:1-2。
10.如权利要求1-9任一项所述制备方法所制备得到的吸湿速干抗菌竹炭复合面料。
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