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CN115522294B - 一种生物基抗菌花式纱制备方法 - Google Patents

一种生物基抗菌花式纱制备方法 Download PDF

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CN115522294B CN202211141809.7A CN202211141809A CN115522294B CN 115522294 B CN115522294 B CN 115522294B CN 202211141809 A CN202211141809 A CN 202211141809A CN 115522294 B CN115522294 B CN 115522294B
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Abstract

本发明公开了一种生物基抗菌花式纱制备方法，包括依次进行的以下步骤：S1.制备纳米复合抗菌剂；S2.纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺共混制备生物基抗菌母粒；S3.生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺经熔融纺丝制备生物基抗菌聚酰胺长丝；S4.制备花式聚乳酸粗纱；S5.将生物基抗菌聚酰胺长丝与花式聚乳酸粗纱制备成生物基抗菌花式纱。本发明的制备方法将两根生物基抗菌聚酰胺长丝作为外包纱，两根花式聚乳酸粗纱作为芯纱，在配有全聚赛络纺、双包缠纱装置的细纱机上复合制成生物基抗菌花式纱，该花式纱具有高效持久的抗菌性和可生物降解性，而且美观、舒适可以用作贴身用品或装饰品如手表带、背带、腰带、书包带等。

Description

一种生物基抗菌花式纱制备方法
技术领域
本发明属于纺织品制备技术应用领域，涉及一种花式纱，具体地说是一种生物基抗菌花式纱制备方法。
背景技术
目前的花式绳、织带一般用普通的锦纶或涤纶制作，透气性与舒适度较差，在使用中，为微生物的生长繁殖提供了载体，在适宜的温湿度下，可能会导致病菌大量繁殖，危害人们的身心健康。因此纺织品中需要添加抗菌剂，目前，市面上的抗菌纺织品种类繁多、质量参差不齐，存在鱼目混珠的现象，一方面存在抗菌剂的适用性和效能问题，如单一组分的抗菌剂很难具备多种抗菌功效；另一方面存在不能达到持久抗菌的效果，如经过多次洗涤后会失去抗菌作用。
另外现有的花式绳、织带其废弃物很难降解，对环境造成污染。随着人们消费水平的提高，绿色可持续的理念逐渐深入人心，绿色消费已成为一种时尚。生物基化学纤维作为有望缓解资源危机和环境污染的绿色新材料，原料来源于可再生的植物和微生物代谢有机体，聚乳酸PLA纤维具有亲肤抑菌和生物可降解性能，聚酰胺纤维具有吸湿快干、优异的染色性能（上染速度快、色牢度高）、轻量柔软、高耐磨性能等优点。
发明内容
本发明的目的，旨在要提供一种生物基抗菌花式纱制备方法，以解决现有花式绳、织带等纺织品抗菌性能差且材料难以降解、污染环境等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种生物基抗菌花式纱制备方法，包括依次进行的以下步骤：
S1.制备纳米复合抗菌剂；
S2.纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺共混制备生物基抗菌母粒;
S3.生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺经熔融纺丝制备生物基抗菌聚酰胺长丝；
S4.制备花式聚乳酸粗纱；
S5.将生物基抗菌聚酰胺长丝与花式聚乳酸粗纱制备成生物基抗菌花式纱。
作为一种限定，所述步骤S1具体包括：
S11.电气石酸化刻蚀内腔，酸化至电气石重量减轻至处理前的60~80%，用去离子水洗涤、真空干燥，得到多孔电气石；
S12.将干燥后的多孔电气石加入到含胍基有机高分子抗菌剂溶液中混合、超声处理、放入压力表显示值为-0.1~-0.02MPa的真空室中1~3h，形成功能性杂化材料；
S13.将功能性杂化材料和苯并三唑研磨成粉末，加入去离子水，在温度为80~90℃的条件下真空抽滤，干燥，形成复合功能性杂化材料；
所述真空抽滤时压力表显示值为-0.1~-0.02MPa,时间为1~5min；
S14.将复合功能性杂化材料加入到金属离子溶液中浸泡1~2h，用50~100m/s水流冲洗表面后，真空干燥，用185~254nm的紫外光照射10~30min，即得纳米复合抗菌剂。
作为进一步限定，所述含胍基有机高分子抗菌剂、金属离子和多孔电气石的质量比为1：1~10：1~10；
所述金属离子与苯并三唑的摩尔比为1：1~3；
所述含胍基有机高分子抗菌剂为聚六亚甲基胍盐酸盐、聚六亚甲基双胍盐酸盐和聚六亚甲基胍磷酸盐中的至少一种；
所述金属离子为氯化铜、硫酸铜、硝酸银、硫酸锌、硫酸镁和氯化锌中的至少一种。
作为第二种限定，所述生物基聚酰胺为聚酰胺56、聚酰胺1010或聚酰胺610，优选的为聚酰胺56；
所述步骤S2与S3中所用的生物基聚酰胺为同一种。
作为第三种限定，所述步骤S2具体包括：
S21.纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺预混，电磁搅拌，将混合物研磨成粉体；
S22.制备的粉体与生物基聚酰胺共混，在260~280℃下挤出，即得生物基抗菌母粒；
所述电磁搅拌时间为1～2h；
所述生物基抗菌母粒中纳米复合抗菌剂占质量分数为10%。
作为第四种限定，所述步骤S3具体包括：
S31.将生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺切片按1:9质量比混合均匀，混合物干燥至含水率小于0.05%；
S32.混合物在220~290℃下熔融、在60~80℃下牵伸、在130℃下热定型、在1800~3000m/min下卷绕，即得生物基抗菌聚酰胺长丝；
所述的生物基抗菌聚酰胺长丝规格为40D~70D。
作为第五种限定，所述步骤S4具体包括：
S41.将聚乳酸纤维经过抓棉、混棉、开棉形成延棉，梳棉制成20~25g/5m的生条，经头并、二并制成15~20g/5m的聚乳酸熟条；
S42.聚乳酸熟条经过粗纱导条架从粗纱机的第四罗拉喂入，有色聚乳酸粗纱从第三罗拉喂入，一起经过牵伸、加捻、卷绕，制备花式聚乳酸粗纱。
作为进一步限定，所述有色聚乳酸粗纱、聚乳酸熟条和生物基抗菌聚酰胺长丝为不同颜色；
所述花式聚乳酸粗纱，捻系数为80~110，定量5~8g/10m。
作为第六种限定，所述步骤S5具体包括：
S51.两根花式聚乳酸粗纱在中间，从配有全聚赛络纺、双包缠纱装置的细纱机的后罗拉喂入；
S52.两根生物基抗菌聚酰胺复合长丝分布在两侧，经过1.2~1.3倍预牵伸，从细纱机前罗拉喂入；
S53.经过牵伸、加捻、卷绕、成形，即得生物基抗菌花式纱。
作为进一步限定，所述细纱机钳口隔距为3.5~4.5mm，后区牵引倍数为1.56；
所述生物基抗菌花式纱的捻系数为380~440;
所述生物基抗菌花式纱定量为30~100tex。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
①本发明提供的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其中，纳米复合抗菌剂采用多孔电气石为载体，利用其吸附含胍基有机高分子抗菌剂后，通过在80~90℃干燥，提高苯并三唑的负载量，利用苯并三唑和游离的金属离子加大金属离子在复合材料中的负载量，而且能在功能杂化材料表面形成的护封膜，防止内部抗菌成分直接曝露在空气或溶液中，提高材料本身的耐水洗性和抗氧化性；本发明在多孔电气石制备中，通过控制酸化处理后电气石质量，来调控抗菌剂的负载量；通过水流速度为50~100m/s高速冲洗，改变电气石的表面电子排布，使之带正电性，有利于吸引带负电的细菌，从而提高抗菌效果；抗菌纳米复合材料经紫外光照射，使材料表面的BTA缓慢分解，其中金属元素与空气接触部分缓慢氧化生成金属氧化物，提高材料的抗菌效果；
②本发明提供的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其中，制备的生物基抗菌聚酰胺复合长丝，具有高效、持久、稳定的抗菌性，同时具有吸湿快干、优异的染色性能（上染速度快、色牢度高）、轻量柔软、高耐磨性能；花式聚乳酸粗纱是由聚乳酸熟条与有色聚乳酸粗纱在粗纱工序经过牵伸、加捻、卷绕、成形，形成的花式聚乳酸粗纱，其色彩具有一定的规律性、周期性，色彩若隐若现给人一种朦胧感，同时又呈现出一种彩霞般的花式效果；全聚赛络纺是采用全聚纺装置结合赛络纺技术而形成的一种新型纺纱方式，既能实现纤维须条的集聚又能实现单纱合股，其成纱特点3mm及以上有害毛羽大幅减少，保留了1~2mm毛羽，纱线紧密柔软、耐磨性好；制备的生物基抗菌花式纱，表面紧密光洁、具有优良的吸湿快干性、高效持久稳定的抗菌性和可生物降解性，有彩霞般的花式效果，可直接应用花式绳或织带的编织，省去了在后道繁琐的颜色搭配，简化了工艺，原料绿色、环保、健康，不污染环境对人体无副作用，可直接贴肤使用。
本发明的制备方法将两根生物基抗菌聚酰胺长丝作为外包纱，两根花式聚乳酸粗纱作为芯纱，在配有全聚赛络纺、双包缠纱装置的细纱机上复合制成生物基抗菌花式纱，该花式纱具有高效持久的抗菌性和可生物降解性，而且美观、舒适可以用作贴身用品或装饰品如手表带、背带、腰带、书包带等。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解所描述的实施例仅用于解释本发明，并不限定本发明。
实施例1 一种生物基抗菌花式纱制备方法
本实施例中用的聚乳酸纤维（规格1.67 dtex×38mm）、有色聚乳酸粗纱（粗纱定量4.5g/10m）为外购，有色聚乳酸粗纱，采用植物染料染色。
本实施例包括依次进行的以下步骤：
S1.制备高效抗菌的纳米复合抗菌剂
取30g铁电气石颗粒用硫酸H2SO4处理，在60℃的温度下加热活化，待电气石质量为22g（处理前的73.3%）后，用去离子水离心清洗，洗至上清液和多孔电气石颗粒均呈现中性，真空干燥，研磨成粉末；
取2.2g聚六亚甲基胍盐酸盐溶解于80mL水，将22g多孔铁电气石加入溶液中并彻底混合，然后超声处理30min后，置于压力表显示为-0.02Mpa的真空室1h；重复3次超声处理后，用去离子水清洗表面，在烘箱中60℃干燥后研磨成细粉，得功能性杂化材料；
取2.2g苯并三唑（BTA）与上述功能性杂化材料混合研磨成粉，加入去离子水，在80℃的条件下真空抽滤1min(真空抽滤时压力表显示为-0.1MPa)，干燥得复合功能性杂化材料；
将2.98g硫酸锌（与苯并三唑的摩尔比为1：1）溶解在100mL水中形成硫酸锌溶液，向溶液中加入上述干燥后的复合功能性杂化材料浸泡1h，取出后用50m/s水流冲洗表面，真空干燥1h后，在250nm波长的紫外灯下照射20min，得到高效抗菌的纳米复合抗菌剂；
S2.制备生物基抗菌母粒
纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺56预混，电磁搅拌时间为1h，将混合物研磨成粉体,再与生物基聚酰胺56共混，用双螺杆挤出机在260℃的工艺条件下，制备生物基抗菌母粒，生物基抗菌母粒中纳米复合抗菌剂占比10%；
S3.制备生物基抗菌聚酰胺56长丝
将生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺56切片按1:9质量比混合均匀，放入真空转鼓干燥箱中在110℃条件下进行干燥，干燥至含水率小于0.05%，通过熔融、牵伸、定型、卷绕制备生物基抗菌聚酰胺56长丝；
其中纺丝温度为280℃，卷绕速度2800m/min，牵伸温度75℃，热定型温度130℃，生物基抗菌聚酰胺56长丝规格为40D；
S4.制备花式聚乳酸粗纱
将聚乳酸纤维经过抓棉、混棉、开棉形成延棉，梳棉制成20g/5m的生条，经头并、二并制成16g/5m的聚乳酸熟条；
聚乳酸熟条从粗纱机的第四罗拉喂入，有色聚乳酸粗纱从粗纱机的第三罗拉喂入，一起经过牵伸、加捻、卷绕，制备花式聚乳酸粗纱；
其中花式聚乳酸粗纱定量6.5g/10m，捻系数95；
S5.制备生物基抗菌花式纱
两根花式聚乳酸粗纱（定量6.5g/10m）从配有全聚赛络纺、双包缠纱装置的细纱机的后罗拉喂入，两根生物基抗菌聚酰胺56长丝（规格为40D），经过1.2倍的预牵伸从细纱机的前罗拉喂入，且两根生物基抗菌聚酰胺56长丝分布在两根花式聚乳酸粗纱两侧，经过牵伸、加捻、卷绕、成形，即得生物基抗菌花式纱α1；
其中，为提高纱线耐磨性、减少成纱毛羽，生物基抗菌花式纱的捻系数设计440；
因花式聚乳酸粗纱捻度较大，防止在细纱工序牵伸不开“吐硬头”，细纱钳口隔距与后区牵伸倍数适当放大，钳口隔距3.5mm，细纱后区牵伸倍数1.56；
制备的生物基抗菌花式纱定量为30tex。
实施例2~6 生物基抗菌花式纱制备方法
本实施例分别制备了生物基抗菌花式纱α2~α6，它们的步骤与实施例1中制备生物基抗菌花式纱α1的步骤基本相同，不同之处仅在于原料用量及工艺参数的不同，具体参见表1：
表1 工艺参数一览表
实施例2~6其它部分的内容，与实施例1相同，制得的生物基抗菌花式纱分别为α2~α6。
实施例7 生物基抗菌花式纱性能对比
按照实施例1中的步骤S4，制备花式聚乳酸粗纱，然后在步骤S5的细纱设备上，制备生物基花式纱为α0，其捻系数设计为440，定量为30tex，钳口隔距3.5mm，细纱后区牵伸倍数1.56，与实施例1制备的生物基抗菌花式纱不同的是，生物基花式纱α0中不添加生物基抗菌聚酰胺56长丝。
（一）捻度测试
按GB/T 2543.2—2001《纺织品 纱线捻度的测定 第2部分：退捻加捻法》规定，利用Y331LN数字纱线捻度仪，测试花式纱α0~α6捻度，结果转化为捻系数，预加张力(0.5±0.05)cN/tex，测试长度500mm；
（二）断裂强力测试
按GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》规定，利用XL-2纱线强伸度仪，测试花式纱α0~α6断裂强力，夹持隔距500mm，拉伸速度500mm/min，预加张力(1±0.1)cN/tex，测试20次，其结果取平均值；
（三）抗菌性测试
按GB/T 20944.3-2008《抗菌性能评价 第3部分：振荡法》，测试花式纱α0~α6对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抗菌性；
测试结果如表2所示：
表2 生物基花式纱性能测试结果
由表2可知，生物基花式纱α0中不含生物基抗菌聚酰胺长丝，抑菌率较低；生物基抗菌花式纱α1~α6中含生物基抗菌聚酰胺长丝，因此具有较好的抗菌性，且随着长丝含量的增加，抗菌效果更好；尽管生物基抗菌花式纱α4~α6中长丝含量低，但仍具有高效的抗菌性；
对比花式纱α0和α1，生物基抗菌聚酰胺长丝的加入可以明显提高纱线强力，以增加耐磨性；对比花式纱外观，α1~α6由于生物基抗菌聚酰胺长丝的包缠作用，纱表面光洁，且呈现出一种彩霞般的花式效果。

Claims (8)

1.一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：
S1.制备纳米复合抗菌剂；
S2.纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺共混制备生物基抗菌母粒;
S3.生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺经熔融纺丝制备生物基抗菌聚酰胺长丝；
S4.制备花式聚乳酸粗纱；
S5.将生物基抗菌聚酰胺长丝与花式聚乳酸粗纱制备成生物基抗菌花式纱；
所述步骤S1具体包括：
S11.电气石酸化刻蚀内腔，酸化至电气石重量减轻至处理前的60~80%，用去离子水洗涤、真空干燥，得到多孔电气石；
S12.将干燥后的多孔电气石加入到含胍基有机高分子抗菌剂溶液中混合、超声处理、放入压力表显示值为-0.1~-0.02MPa的真空室中1~3h，形成功能性杂化材料；
S13.将功能性杂化材料和苯并三唑研磨成粉末，加入去离子水，在温度为80~90℃的条件下真空抽滤，干燥，形成复合功能性杂化材料；
所述真空抽滤时压力表显示值为-0.1~-0.02MPa,时间为1~5min；
S14.将复合功能性杂化材料加入到金属离子溶液中浸泡1~2h，用50~100m/s水流冲洗表面后，真空干燥，用185~254nm的紫外光照射10~30min，即得纳米复合抗菌剂；
所述含胍基有机高分子抗菌剂、金属离子和多孔电气石的质量比为1：1~10：1~10；
所述金属离子与苯并三唑的摩尔比为1：1~3；
所述含胍基有机高分子抗菌剂为聚六亚甲基胍盐酸盐、聚六亚甲基双胍盐酸盐和聚六亚甲基胍磷酸盐中的至少一种；
所述金属离子为氯化铜、硫酸铜、硝酸银、硫酸锌、硫酸镁和氯化锌中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述生物基聚酰胺为聚酰胺56、聚酰胺1010或聚酰胺610；
所述步骤S2与S3中所用的生物基聚酰胺为同一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21.纳米复合抗菌剂与生物基聚酰胺预混，电磁搅拌，将混合物研磨成粉体；
S22.制备的粉体与生物基聚酰胺共混，在260~280℃下挤出，即得生物基抗菌母粒；
所述电磁搅拌时间为1～2h；
所述生物基抗菌母粒中纳米复合抗菌剂占质量分数为10%。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31.将生物基抗菌母粒与生物基聚酰胺切片按1:9质量比混合均匀，混合物干燥至含水率小于0.05%；
S32.混合物在220~290℃下熔融、在60~80℃下牵伸、在130℃下热定型、在1800~3000m/min下卷绕，即得生物基抗菌聚酰胺长丝；
所述的生物基抗菌聚酰胺长丝规格为40D~70D。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41.将聚乳酸纤维经过抓棉、混棉、开棉形成延棉，梳棉制成20~25g/5m的生条，经头并、二并制成15~20g/5m的聚乳酸熟条；
S42.聚乳酸熟条经过粗纱导条架从粗纱机的第四罗拉喂入，有色聚乳酸粗纱从第三罗拉喂入，一起经过牵伸、加捻、卷绕，制备花式聚乳酸粗纱。
6.根据权利要求5所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述有色聚乳酸粗纱、聚乳酸熟条和生物基抗菌聚酰胺长丝为不同颜色；
所述花式聚乳酸粗纱，捻系数为80~110，定量5~8g/10m。
7.根据权利要求1或2所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51.两根花式聚乳酸粗纱在中间，从配有全聚赛络纺、双包缠纱装置的细纱机的后罗拉喂入；
S52.两根生物基抗菌聚酰胺复合长丝分布在两侧，经过1.2~1.3倍预牵伸，从细纱机前罗拉喂入；
S53.经过牵伸、加捻、卷绕、成形，即得生物基抗菌花式纱。
8.根据权利要求7所述的一种生物基抗菌花式纱制备方法，其特征在于，所述细纱机钳口隔距为3.5~4.5mm，后区牵引倍数为1.56；
所述生物基抗菌花式纱的捻系数为380~440;
所述生物基抗菌花式纱定量为30~100tex。
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