CN1888160A

CN1888160A - 纳米抗菌纤维材料及其生产方法

Info

Publication number: CN1888160A
Application number: CN 200610099288
Authority: CN
Inventors: 韩玉平; 韩爱民; 吴书军; 王莉莉
Original assignee: XINSHUN CHEMICAL FIBER CO Ltd NINGBO
Current assignee: XINSHUN CHEMICAL FIBER CO Ltd NINGBO
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2007-01-03

Abstract

本发明涉及纳米抗菌超细纤维材料及生产方法，尤其涉及熔融纺丝法生产纳米抗菌超细纤维材料。本发明的纳米抗菌超细纤维材料由高分子超细纤维和抗菌剂超细颗粒组成，其中各组成物按重量百分比为高分子超细纤维占98％～99.9％，纳米抗菌剂占0.1％～2％；制备时采用在母料制备阶段将纳米抗菌剂和高分子超细纤维均匀混合熔融，通过双螺杆挤出机的作用，制成纤维材料后经碱水解法进行剥离，得到纳米抗菌超细纤维材料。本发明产品具有透气性好、抗菌效果佳、过滤效率高、加工工艺简单、适用范围广、易于工业生产的优点。

Description

纳米抗菌纤维材料及其生产方法

技术领域：

本发明涉及纳米抗菌超细纤维材料及生产方法，尤其熔融纺丝法生产纳米抗菌超细纤维材料。

背景技术：

在人类生活的环境中生息着各种各样的微生物，日常所使用的各种纺织品如毛巾、棉被、内衣裤、玩具等都是微生物滋生繁衍的适宜场所，对人体健康影响巨大，甚至释放令人恶心的臭味，影响环境卫生；随着现代纤维技术的迅速发展，以及生活水平的提高，人们对日常生活中应用的纤维的功能提出了更高的要求，高科技纤维的比重将日益增加，抗菌型纺织品将在信息产业、生物医学工程、能源工程、环保工程、军事和民用的人体防护和卫生保健等领域都得到广泛应用，因此，开发具有抗菌防臭功能的纺织品成为国际纺织界关注的热点之一。

然而，通过文献检索发现，现有的抗菌纤维仍存在着许多缺陷：首先，现有抗菌纤维的直径较粗，通常在3微米以上，限制了纤维材料在过滤超细粒子和含有病毒的极细颗粒和气溶胶方面的应用，特别是在服装、医学方面的应用；其次，现有的抗菌纤维主要采用后处理法和原丝改良法，然而前者溶出的抗菌防臭剂可能对人体存在安全隐患和耐久性问题，而后者容易出现毛丝或断头，很难获得高质量的织物手感；再次，有专利报道(中国专利申请号03131864.9)纳米抗菌超细纤维材料中抗菌剂占总重量的2％～40％，大量贵重抗菌剂的应用以及静电纺丝的制备方法，也不利于工业化的生产；最后，现有的纳米抗菌超细纤维大多依赖于进口，国产化技术含量低，迫切需要提高工业化中的技术含量。因此，开发新型绿色纳米抗菌超细纤维及其工业化具有十分重要的意义。

因此，有必要研制一种纤维材料其直径小于1微米，甚至达到十几纳米，通过在母料中直接添加的纳米抗菌颗粒，不仅可以有效的抑菌，而且其较大的抗菌比表面积显著增强了抗菌效果。

本专利致力于熔融纺丝法生产抗菌超细纤维，在母料制备阶段将无机纳米抗菌剂和聚酯/聚酰胺聚合物均匀混合，通过双螺杆挤出机(上海迅达橡塑机械制造有限公司的XD-双金属精密纺丝挤出机)的作用，制成纤维材料后经碱水解法进行剥离，得到直径在100纳米～1微米之间的超细纤维。该纤维既有超细纤维比表面积大的特点，又具有抗菌纤维抗菌性显著的优点，并且易于实现工业化。

发明内容：

本发明的目的是提供一种透气性好、抗菌效果佳、过滤效率高、加工工艺简单、适用范围广、易于工业生产的纳米抗菌超细纤维材料及其生产工艺。

本发明的纳米抗菌超细纤维材料由高分子超细纤维和纳米抗菌剂组成，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的98％～99.9％，纳米抗菌剂占材料总重量的0.1％～2％。

纳米抗菌剂是指含多纳米孔道的银或锌或铜离子的无机纳米颗粒；或是含银或锌或铜离子的多纳米孔道的无机沸石纳米颗粒；或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛、硫酸铜纳米颗粒中的一种或多种的混合物；或是甲壳素、壳聚糖纳米颗粒，以上纳米抗菌剂颗粒的粒度均小于1微米。

高分子超细纤维是指聚酯类和聚酰胺类高分子，高分子超细纤维可以是选自两类高分子物质中的一种，或是两种或两种以上聚酯、聚酰胺类高分子的共混物。高分子超细纤维的直径在10纳米～3微米之间，其优选直径在20纳米～1微米之间。

高分子超细纤维混合物中聚酯类高分子包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺类高分子包括尼龙6、尼龙66。

纳米抗菌超细纤维材料的生产方法为：将一种或多种高分子超细纤维材料分散后与纳米抗菌剂共混均匀后，通过双螺杆挤出机的作用，制成纤维材料后经碱水解法进行剥离，得到纳米抗菌超细纤维材料。

碱水解法又称为化学剥离法，是涤锦复合超细纤维的剥离开纤中所用三种方法中的一种，另两种方法分别是机械法和溶胀法，这三种方法均能达到降低纤维直径的作用。碱水解法是利用复合纤维两种组分均可被碱加速水解的机理，在碱水(或再加某些促进剂)溶液中复合纤维两组分的界面发生水解，减弱粘合力，使之易于剥离，达到开纤的目的，从而得到0.1微米～几微米之间的超细纤维。

纳米抗菌超细纤维材料还可以通过下述方法进行制造：将一种或多种高分子超细纤维材料分散后与纳米抗菌剂均匀混合，高温下熔融，熔融液通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压正电场，铜网接地，通过静电纺丝制得。

本发明的技术和生产方法与现有技术相比有如下一些优点：

1)本发明提供的抗菌纳米纤维材料是含纳米抗菌颗粒的高分子超细纤维的复合材料，其中，纳米抗菌颗粒的重量百分含量在0.1％～2％，远远低于现有技术的2％～40％，大大节省了生产成本。

2)本发明提供的纳米抗菌颗粒是含银或锌或铜离子的无机纳米颗粒，或是含银或锌或铜离子的的无机沸石纳米颗粒；或是选自氧化锌、硫酸锌、二氧化钛、硫酸铜纳米颗粒中的一种颗粒或多种颗粒组成的混合物；或是甲壳素、壳聚糖纳米颗粒，上述物质粒度均小于1微米，与原有的技术的超细颗粒相比，纳米抗菌颗粒比表面积显著增加，抗菌效果明显增强。

3)本发明提供的纳米抗菌超细纤维材料具有加工工艺简单，适用范围广的特征，因此，在熔融纺丝、干法纺丝、湿法纺丝和静电纺丝中都能适用，不需要对原有的工艺进行太大的改动。

4)本发明提供的纳米抗菌超细纤维材料透气性好、抗菌效果佳、过滤效率高、适用范围广，抗菌测试方法如下：主要采用测定接种后的活菌数的菌(落)数减少法之一的改进AATCC试验法100进行评定。先将测试样和对照样接种测试菌，然后加入已知总量的中和液并振荡，将菌从试样上洗脱下来，测定洗脱液中的菌含量，计算抗菌试样上细菌减少的百分率。其计算公式为：

式中，M为细菌减少的百分率；A为试样接种细菌并培养18～24h后洗脱液中的菌浓度；B为试样接种细菌后立即洗脱液中的菌浓度；C为对照样与细菌零接触时间洗脱液中的菌浓度。实验表明采用该纳米抗菌纤维后洗脱的菌浓度为普通纤维(对照样)的菌浓度的0.8％，抗菌效率达到了99％以上，该抗菌率由德国Regensburg大学微生物系GMBH实验室于2005年9月对本发明的产品进行检测后得出。

5)本发明提供的抗菌纳米纤维材料对葡萄球菌、大肠杆菌等细菌具有特别好的杀菌作用。实验表明采用该纳米抗菌纤维后洗脱的葡萄球菌和大肠杆菌的菌浓度为普通纤维(对照样)的菌浓度的0.3％，抗菌效率达到了99.5％以上，该抗菌率由德国Regensburg大学微生物系GMBH实验室于2005年9月对本发明的产品进行检测后得出。

本发明所提出的纳米抗菌超细纤维材料可用于日常防护材料、杀菌过滤材料、日用毛巾、日用桌布以及高级化妆材料等方面。

具体实施方式：

本发明的纳米抗菌超细纤维材料包括高分子超细纤维、抗菌剂超细颗粒，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的98％～99.9％，纳米抗菌剂占材料总重量的0.1％～2％。纳米抗菌剂是含银或锌或铜离子的无机纳米颗粒，或是含银或锌或铜离子的多纳米孔道的无机沸石纳米颗粒，或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛、硫酸铜纳米颗粒中的一种或多种的混合物，或是甲壳素、壳聚糖纳米颗粒，其粒度均小于1微米。

高分子超细纤维是聚酯、聚酰胺类高分子，或是其中两种或两种以上聚酯、聚酰胺类高分子的共混物。纤维的直径在10纳米～3微米之间，其优选直径在20纳米～1微米之间。在具体实施过程中选取了直径为10纳米、20纳米、100纳米、1微米和3微米的高分子超细纤维。

高分子超细纤维混合物中聚酯类高分子包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚酰胺类高分子包括尼龙6、尼龙66。

一种纳米抗菌超细纤维材料的生产方法为：将一种或多种高分子材料分散后与纳米抗菌剂共混均匀后，通过双螺杆挤出机的作用，制成纤维材料后经碱水解法进行剥离，得到纳米抗菌超细纤维材料。

在本发明产品的制备过程中由双螺杆挤出机作用制得纤维材料后碱水解法进行剥离过程中的原料和方法均属于本领域技术人员和生产人员公知的技术内容，因此在具体实施例中对这部分内容予以省略，纳米抗菌超细纤维的直径的多少与碱水解所用的原料和溶液浓度及PH值无关，仅仅是剥离次数的增加。

下述实施例中未对双螺杆挤出机进行限定，是因为双螺杆挤出机的生产厂家和型号虽然不同，但并不影响有色纳米抗菌超细纤维的制备。

实施例1

在某化纤厂中将200公斤的尼龙6、200公斤的聚对苯二甲酸乙二醇酯和1公斤含银的纳米孔道沸石超细颗粒相混合，其中含银的纳米孔道沸石超细颗粒的尺寸为100纳米，在高温下熔融，通过双螺杆挤出机的作用，得到一种含有纳米抗菌颗粒的聚酰胺/聚酯纳米抗菌纤维，经碱水解后得到纤维的直径在150纳米的纳米抗菌超细纤维。

实施例2

在某化纤厂中将10公斤的尼龙6、10公斤的对苯二甲酸丁二醇酯和0.1公斤颗粒尺寸含二氧化钛的纳米孔道沸石超细颗粒在甲酸中相混合，其中含二氧化钛的纳米孔道沸石超细颗粒的尺寸为100纳米，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压正电场，铜网接地，喷射头与铜网间距离控制在10cm左右，溶液流速为300ml/h，电压为10kv，进行静电纺丝，得到一种含有纳米抗菌颗粒的尼龙6/对苯二甲酸丁二醇酯纳米抗菌超细纤维，纤维的直径在100纳米。

实施例3

在某化纤厂中将200公斤的尼龙6、200公斤的对苯二甲酸丁二醇酯和0.5公斤含银的纳米孔道沸石超细颗粒、0.5公斤二氧化钛超细颗粒相混合，其中含银的纳米孔道沸石超细颗粒的尺寸为100纳米，在高温下熔融，通过双螺杆挤出机的作用，得到一种含有纳米抗菌颗粒的尼龙6/对苯二甲酸丁二醇酯纳米抗菌纤维，经碱水解后得到纤维的直径在150纳米的纳米抗菌超细纤维。

实施例4

在某化纤厂中将200公斤的尼龙66、200公斤的聚对苯二甲酸乙二醇酯和0.4公斤含锌的多纳米孔道的无机纳米颗粒相混合，其中含银的纳米孔道沸石超细颗粒的尺寸为100纳米，在高温下熔融，通过双螺杆挤出机的作用，得到一种含有纳米抗菌颗粒的尼龙66/聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米抗菌纤维，经碱水解后得到纤维的直径在150纳米的纳米抗菌超细纤维。

实施例5

在某化纤厂中将20公斤的尼龙6和0.39公斤含银的纳米孔道沸石超细颗粒相混合，其中含银的纳米孔道沸石超细颗粒的尺寸为100纳米，在高温下熔融，通过双螺杆挤出机的作用，得到一种含有纳米抗菌颗粒的聚酰胺类纳米抗菌纤维，经碱水解后得到纤维的直径在150纳米的纳米抗菌超细纤维。

Claims

1、一种纳米抗菌超细纤维材料，其特征在于：所述的纳米抗菌超细纤维材料由重量百分比为98％～99.9％的高分子超细纤维和0.1％～2％的纳米抗菌剂组成。

2、根据权利要求1所述的纳米抗菌超细纤维材料，其特征在于：所述的高分子超细纤维选自聚酯、聚酰胺类高分子中的一种，或其中两种或两种以上聚酯、聚酰胺类高分子的共混物，高分子超细纤维的直径在10纳米～3微米之间。

3、根据权利要求2所述的纳米抗菌超细纤维材料，其特征在于：所述的聚酯类高分子选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种；所述的聚酰胺类高分子选自尼龙6、尼龙66中的一种。

4、根据权利要求2所述的纳米抗菌超细纤维材料，其特征在于：所述的高分子超细纤维的直径在100纳米～1微米之间。

5、根据权利要求1所述的纳米抗菌超细纤维材料，其特征在于：所述的纳米抗菌剂选自以下物质中的一种：

(1)、含银离子、锌离子或铜离子中一种的多纳米孔道的无机纳米颗粒；或，

(2)、含银离子、锌离子或铜离子中一种的多纳米孔道的无机沸石纳米颗粒；或，

(3)、氧化锌纳米颗粒、硫酸锌纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒和硫酸铜纳米颗粒中的一种或多种的组合；或，

(4)、甲壳素纳米颗粒、壳聚糖纳米颗粒；

以上物质的粒度均小于1微米。

6、权利要求1所述的纳米抗菌超细纤维材料的制备方法，它包含以下步骤：

(1)原材料混合熔融制成纳米抗菌纤维，

(2)纳米抗菌纤维通过碱水解法进行剥离，得到纳米抗菌超细纤维材料，

其特征在于：所述的步骤(1)的方法为：将所述重量百分比的高分子超细纤维和纳米抗菌剂共混，高温熔融下搅拌均匀，通过双螺杆挤出机得到纳米抗菌纤维材料。