CN1809658A - 蚕丝烧制产品及其制造方法和采用该产品的抗菌材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新颖蚕丝烧制产品。本发明的蚕丝烧制产品，其特征在于将蚕丝材料在1000℃或更低温度下的烧制和炭化步骤。通过低温烧制，氨基酸衍生的氮成分依然保持高比例。抗菌性能就是由高比例的残余氮成分表现出来的。因此，该蚕丝烧制产品适用作面罩等中的抗菌材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用作抗菌材料的蚕丝烧制产品，以及该产品的制备方法。
发明背景
在专利文件1中，通过烧制和炭化蚕丝材料而制成的蚕丝烧制产品，被用作电磁波屏蔽材料。
该蚕丝烧制产品由以下步骤形成：蚕丝材料在低温下(例如，400-450℃)经初级烧制；冷却上述蚕丝材料；以及，该蚕丝材料在1100-1200℃温度下经次级烧制。
请注意，专利文件1为第2002-220745号日本专利公报。
发明内容
本发明的发明人研究了蚕丝烧制产品的各种用途，他们发现在低温下(也就是1000℃或更低的温度)烧制的蚕丝烧制产品，具有吸附和抗菌性能。
本发明的蚕丝烧制产品，其特征在于在1000℃或更低的温度下烧制和炭化蚕丝材料。
通过低温烧制，氨基酸衍生的氮成分依然保持高比例。抗菌性能就是由高比例的残余氮成分表现出来的。
因此，该蚕丝烧制产品适用作面罩等中的抗菌材料。
蚕丝烧制产品优选包括18-35重量％的氮元素。
蚕丝烧制产品可经过活化处理而使得表面积扩大，从而进一步提高吸附和抗菌性能。
本发明的方法包含以下步骤：蚕丝材料以100℃/小时或更小的升温速度，直到达到第一温度进行初级烧制；维持第一温度数小时；上述蚕丝材料以100℃/小时或更小的升温速度，直到达到第二温度进行次级烧制，第二温度高于第一温度，为1000℃或更低；以及，维持第二温度数小时。其中上述步骤都在惰性气氛中进行。
较好地，已经过初级烧制的蚕丝材料一旦冷却至室温，就接着对该蚕丝材料进行次级烧制。
较好地，初级烧制步骤和次级烧制步骤中的升温速度为50℃/小时或更小。
请注意，适于蚕丝材料次级烧制的第二温度为1000℃或更低；考虑到蚕丝烧制产品的柔性，优选第二温度为500-900℃，更优选为600-800℃。
所述方法可还包含步骤如下：将已经过次级烧制的蚕丝材料暴露于高温蒸汽中，作为活化处理。
发明效果
本发明中，蚕丝烧制产品通过在1000℃或更低的温度下烧制和炭化蚕丝材料而制成，因此可制得未石墨化且具有足够柔性的光亮黑色蚕丝烧制产品；该蚕丝烧制产品具有高抗菌性能，所以它可用作面罩中的抗菌材料，等等。
此外，该蚕丝烧制产品保持了蚕丝材料的形态；与其他碳纤维不同，该蚕丝烧制产品为柔性材料，因此它不会刺手。
附图概述
图1为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在2000℃温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。
图2为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在700℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图3为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在1000℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图4为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在1400℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图5为一种经700℃温度烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。
图6为一种经2000℃温度烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。
本发明的具体实施方式
本发明的蚕丝烧制产品是通过在较低的温度下(也就是1000℃或更低的温度)蚕丝烧制材料而制成的。
在以下描述中，蚕丝材料包括由养殖蚕丝或野蚕丝制成的机织物、针织品、粉末、布、线，等等。所述蚕丝烧制产品是通过烧制上述蚕丝材料一种或多种制成的。
蚕丝材料应该在1000℃或更低的温度下进行烧制。烧制环境应该是惰性气氛，例如氮气环境，氩气环境，或真空环境，以便不使蚕丝材料烧制成灰烬。
蚕丝材料应该经分段烧制，而不是快速烧制。
例如，蚕丝材料在惰性气体环境中进行初级烧制，以100℃/小时或更小的低升温速度，优选为50℃/小时或更小，直到达到第一温度(例如，500℃)，然后维持第一温度数小时。该蚕丝材料一旦冷却至室温后，就在相同的气氛下进行次级烧制，以100℃/小时或更小的较低升温速度，优选为50℃/小时或更小，直到达到第二温度(例如，700℃)，并维持第二温度数小时。然后，上述蚕丝材料或蚕丝烧制产品冷却至室温，并从炉子中取出。请注意，蚕丝材料可在初级烧制之后进行次级烧制而不经冷却步骤。
烧制条件并不限于上述实施方式，它们可根据蚕丝材料的种类、蚕丝烧制产品的功能等等任选更改。
通过蚕丝材料的分段烧制，以低升温速度烧制以及在1000℃或更低的温度下烧制，可以避免蛋白质高有序结构的快速分解，该结构内组合了一打(dozen)氨基酸的结晶和非结晶形式，尤其多种功能可通过高比例的残余氮组分获得。
通过蚕丝材料的低温例如500-1000℃烧制，可制得柔软(柔性)的光亮黑色烧制产品，而未被石墨化。
图1为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在2000℃温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。在2681cm-1、1570cm-1和1335cm-1处观察到了特征峰，可见粗颗粒蚕丝材料被石墨化。
图2-4为烧制产品的拉曼光谱图，这些烧制产品是分别通过在700℃、1000℃和1400℃的温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。经1400℃烧制，光谱强度有所降低，但在上述相同3个位置观察到了特征峰。通过1000℃或更低的温度烧制，没有观察到高特征峰，可见烧制产品未被石墨化。
表1
| 元素 | C | N | O | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | K | Ca | Fe |
| 重量比％ | 66.1 | 27.4 | 2.1 | 0.1 | 0.3 | 0.1 | 0.3 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 3.2 | 0.2 |
表1显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的针织品，在氮气环境中经700℃烧制。
测试条件如下：加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表1所示，大量氮元素依然保持，也就是，27.4重量％。此外，其它氨基酸衍生元素也依然得以保持。
表2
| 元素 | C | N | O | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | K | Ca |
| 重量比％ | 74.6 | 15.7 | 5.1 | 0.3 | 0.3 | 0.1 | 0.7 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 2.7 |
表2显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的针织品，在氮气环境中经1400℃烧制。
测试条件如下：加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表2所示，残余氮元素减少至15.7重量％。
表3
| 元素 | C | N | O | Na | Mg | Al | Si | P | S | K | Ca |
| 重量比％ | 69.9 | 24.5 | 2.7 | 0.2 | 0.3 | 0.0 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | 0.1 | 1.6 |
表3显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的非织造布，在氮气环境中经700℃烧制。
测试条件如下：加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表3所示，大量氮元素依然保持，也就是24.5重量％。
图5为经700℃烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。该蚕丝烧制材料的一个表面被薄膜覆盖，所述薄膜为来自于氨基酸的烧制残余物，例如氮元素。
另一方面，图6为经2000℃烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片，但该蚕丝烧制材料的表面清晰，没有被薄膜覆盖。
表4
| 细菌 | 培植细菌数 | 未处理布中的细菌数 | 样品中的细菌数 | 杀菌活性值 | 抑菌活性值 |
| Staph细菌 | 4.32.2E+04 | 7.11.2E+07 | 1.32.0E+01 | 3.0 | 5.8 |
| Klebsiella肺炎 | 4.42.6E+04 | 7.53.0E+07 | 1.32.0E+01 | 3.1 | 6.2 |
| MRSA | 4.42.6E+04 | 7.11.4E+07 | 1.32.0E+01 | 3.1 | 5.8 |
| 大肠菌 | 4.31.8E+04 | 7.52.9E+07 | 1.32.0E+01 | 3.0 | 6.2 |
| 绿脓假单细胞菌 | 4.21.7E+04 | 7.01.1E+07 | 1.32.0E+01 | 2.9 | 5.7 |
表4表示烧制产品的抗菌试验结果，所述烧制产品为由养殖蚕丝制成的机织物，在氮气气氛中经700℃烧制。
上述试验为JIS L 1902定量试验(统一标准试验)。
标准棉布用作未处理布。未处理布中的细菌数表示未烧制布中已培植和生长的细菌数。
例如，表中的“2.2E+04”表示2.2×104，值“4.3”则是该值的对数值。
如表4所示，细菌在未处理布中生长相当大；另一方面，所有细菌在样品(也就是，烧制布)中均大大减少，因此我们发现该烧制产品具有抗菌性能。
通过蚕丝材料的多级分段烧制，采用1000℃或更低的温度，以及较低的升温速度进行烧制，样品中依然保持大量氨基酸的衍生元素，例如氮元素，因此样品能具有抗菌性能。
由于蚕丝烧制产品具有抗菌性能，因此该产品适用作面罩材料，等等。
将蚕丝烧制产品用作抗菌滤材的情况下，可选用片状蚕丝材料进行烧制而制成片状烧制产品，该片状蚕丝材料可以是机织布、针织物、粉末或非织造布。通过调节机织布、针织物、粉末或非织造布的密度，蚕丝烧制产品的透气性能可得到调整。
活化处理可应用于蚕丝烧制产品，使得蚕丝烧制产品的一个表面形成不规则状，并提高该表面的表面积，从而吸附性和抗菌性能可得以提高。
例如，活化处理是将蚕丝烧制产品暴露于温度约850℃(1000℃或更低温度)的高温蒸汽中；该活化处理的结果是，许多微细孔(直径为0.1nm至数打nm)在蚕丝烧制产品的表面内形成。
实施例1
蚕丝材料在氮气气氛中以较低的升温速度50℃/小时加热，直到达到第一温度(450℃)，然后该材料在第一温度下烧制5小时，作为初级烧制。接下来，所述烧制材料一旦冷却至室温后，就再在氮气气氛中以较低的升温速度50℃/小时加热，直到达到第二温度(700℃)，然后该材料在第二温度下烧制5小时，作为次级烧制。更进一步地，上述烧制材料冷却至室温，从而制成图5中所示的蚕丝烧制产品。
使蚕丝烧制产品暴露于温度为850℃的蒸汽中，作为活化处理，因此，许多微细孔在蚕丝烧制产品的表面形成；蚕丝烧制产品的表面积可扩大约1000倍。
Claims (10)
1.一种蚕丝烧制产品，它是通过在1000℃或更低温度下烧制和炭化蚕丝材料而形成的。
2.如权利要求1所述的蚕丝烧制产品，其特征在于，所述蚕丝烧制产品包括18-35重量％的氮元素。
3.如权利要求1或2所述的蚕丝烧制产品，其特征在于，所述蚕丝烧制产品经活化处理，从而在该蚕丝烧制产品的表面形成许多微细孔。
4.一种由蚕丝烧制产品制成的抗菌材料，该蚕丝烧制产品是通过在1000℃或更低温度下烧制和炭化蚕丝材料而形成的。
5.如权利要求4所述的抗菌材料，其特征在于，所述蚕丝烧制产品包括18-35重量％的氮元素。
6.如权利要求4或5所述的抗菌材料，其特征在于，所述蚕丝烧制产品经活化处理，从而在该蚕丝烧制产品的表面形成许多微细孔。
7.一种制备蚕丝烧制产品的方法，它包含以下步骤：以100℃/小时或更小的升温速度对蚕丝材料进行初级烧制，直到达到第一温度；保持第一温度数小时；以100℃/小时或更小的升温速度对上述蚕丝材料进行次级烧制，直到达到第二温度，第二温度高于第一温度，且为1000℃或更低；以及保持第二温度数小时，其中所述步骤均在惰性气氛中进行。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，经过初级烧制的蚕丝材料一旦冷却至室温，然后就对该蚕丝材料进行次级烧制。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，初级烧制步骤和次级烧制步骤中的升温速度为50℃/小时或更小。
10.如权利要求7、8或9所述的方法，它还包括如下步骤：将经过次级烧制的蚕丝材料暴露于高温蒸汽中，作为活化处理。
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| CN111961441A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-20 | 浙江理工大学桐乡研究院有限公司 | 一种基于桑蚕丝生物质炭的吸波材料制备方法 |
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