CN104047068A - 一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法。该方法包括如下步骤:1.将含有羧基官能团的抗菌剂、羧酸活化剂分别加入离子液体中,反应温度为30~70℃,机械搅拌1~6h,然后加入纤维素制成均匀的混合物;其中抗菌剂与羧酸活化剂的摩尔比为1∶1;纤维素与离子液体的质量比为10∶90~30∶60;纤维素的脱水葡萄糖单元与抗菌剂的摩尔比为1∶8;2.将混合物喂入双螺杆挤出机,通过反应挤出,即获得改性纤维素抗菌初生丝;3.初生丝经拉伸、水洗、热定型和卷曲等一系列处理后,即制得所述改性纤维素抗菌纤维。经该方法所制备的纤维素抗菌纤维抗菌效果突出,力学性能优异,且该加工工艺流程简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性抗菌纤维技术,具体为一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法。
背景技术
纤维素是自然界赐予人类的最丰富的天然高分子物质,是自然界馈赠给人类的珍贵礼物,它不仅来源丰富,而且是可再生的资源。与合成纤维相比,由纤维素纺成的纤维素纤维具有吸湿好、透气性强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工及生物可降解性等特点,因此越来越受到人们的重视。然而其与大部分纺织品一样,在服用过程中极易附着微生物或病菌,并为其繁殖和传播创造,严重影响人类的健康。此外,随着人们生活水平的提高和对卫生意识的增强,特别是近年来各类流行病毒的肆虐,如SARS、禽流感和***等,市场对抗菌纺织品的需求迅速提高,对抗菌纺织品的抗菌性能也提出了更高的要求。因此,研究和开发抗菌纤维素纤维具有不可忽视的现实意义。
CN101871167A公开了一种抗菌纤维素织物的制备方法。该方法首先先用尿素溶液浸剂纤维素织物,然后在一定条件下使织物纤维表面生成氨基甲酸酯基团,最后与次卤酸盐反应生成具有强氧化性的N-卤代胺结构,从而赋予纤维素织物抗菌性。尽管该方法制得的抗菌织物具有广谱抗菌性,但是该方法需用强氧化剂(次卤酸盐)对织物进行预处理,会对织物的力学性能及外观产生损伤。此外,杀菌之后纤维素织物抗菌性的再生还需用次卤酸盐进行漂洗。该方法生产过程不环保,持久抗菌性有待进一步论证。CN102776594A公开了一种纤维素纤维负载纳米银抗菌材料及其制备方法。该法首先对纤维素纤维进行化学预处理,然后对其进行TEMPO选择性氧化,最后将其与硝酸银混合溶液置于微波炉中,通过短时间微波加热的方式制备出纳米银粒子抗菌纤维素纤维。尽管该方法无需添加任何还原剂,并且制备出的抗菌纤维避免了纳米银易聚集的问题,但是该方法只是通过纳米银与纤维的物理吸附,其抗菌耐水洗性不强。CN1800453A公开了一种具有抗菌功能的粘胶纤维及其生产方法。该方法首先对抗菌剂竹酸液进行处理,滤除悬浮物质。然后在纤维素磺化过程结束时加入已处理好的竹酸液溶液,经均匀混合形成粘胶纺丝原液。最后将该粘胶纺丝原液经纺丝工艺制备出具有抗菌功能的粘胶纤维。尽管该方法制备出的抗菌粘胶纤维具有良好的抗菌性能,对多种菌类有抑制和防治作用,但是该方法的抗菌剂竹酸液有效利用率不高,在纺丝和后处理过程中容易流失,易造成纤维抗菌效果的消退。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种反应挤出制备改性纤维素 抗菌纤维的方法。更具体而言,该改性纤维素抗菌纤维力学性能优异,抗菌剂与纤维素为化学键的方式结合,永久抗菌。该方法工艺简单、反应时间短、生产效率高、绿色环保无污染、适合现代工业生产。
本发明解决所述阻燃纤维技术问题的技术方案是:设计一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法,该制备方法的具体步骤如下:
1.将含有羧基官能团的抗菌剂、羧酸活化剂分别加入离子液体中,反应温度为30~70℃,机械搅拌1~6h,然后加入纤维素制成均匀的混合物;其中抗菌剂与羧酸活化剂的摩尔比为1∶1;纤维素与离子液体的质量比为10∶90~30∶60;纤维素的脱水葡萄糖单元与抗菌剂的摩尔比为1∶8。
所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种,其聚合度为400~1000。
所述离子液体是氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AminCl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑(BminCl)和氯化1-乙基-3-甲基咪唑(EminCl)中的一种。
所述的含有羧基(-COOH)官能团的抗菌剂,具体为4-羧丁基三苯基溴化磷。
所述羧酸活化剂为磺酰氯化合物、N,N′-二环己基碳二亚胺和N,N′-羰基二咪唑中的一种。
所述磺酰氯化合物为对甲苯磺酰氯或甲磺酰氯。
2.将混合物喂入双螺杆挤出机,通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性纤维素的初生丝。
所述双螺杆挤出机长径比为20~100,螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为70~100℃、80~110℃及100~140℃,转速为10~100转/分,纺丝模头温度为120~160℃。
3.初生丝经拉伸、水洗、热定型和卷曲等一系列处理后,即制得所述改性纤维素抗菌纤维。
与现有的技术相比,本发明具有以下特点:
1.本发明使用了新兴绿色溶剂-离子液体作为纤维素与抗菌剂的溶解与反应介质,该溶剂无毒、不挥发、易回收,降低生产成本,符合现代绿色环保要求。
2.本发明中的抗菌剂接枝在纤维素主链上,不易脱落,永久抗菌,并且具有优良的抗菌效果。此外,该发明的改性纤维素抗菌纤维稳定性好,不含任何有毒成分,不会刺激人体皮肤。
3.本发明所制备出的抗菌纤维力学性能优异,所得纤维的断裂强度可达到3cN/dtex以上,符合现代纺织工艺要求。
4.本发明在双螺杆挤出机中同步实施溶解、反应和纺丝成形,缩短工艺流程,简化制备过程,生产效率高,适用连续化生产。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
本发明设计一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法,该制备方法的具体步骤如下:
1.将含有羧基官能团的抗菌剂、羧酸活化剂分别加入离子液体中,反应温度为30~70℃,机械搅拌1~6h,然后加入纤维素制成均匀的混合物;其中抗菌剂与羧酸活化剂的摩尔比为1∶1;纤维素与离子液体的质量比为10∶90~30∶60;纤维素的脱水葡萄糖单元与抗菌剂的摩尔比为1∶8。
所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种,其聚合度为400~1000。
所述离子液体是氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AminCl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑(BminCl)和氯化1-乙基-3-甲基咪唑(EminCl)中的一种。
所述的含有羧基(-COOH)官能团的抗菌剂,具体为4-羧丁基三苯基溴化磷。
所述羧酸活化剂为磺酰氯化合物、N,N′-二环己基碳二亚胺和N,N′-羰基二咪唑中的一种。
所述磺酰氯化合物为对甲苯磺酰氯或甲磺酰氯。
2.将混合物喂入双螺杆挤出机,通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性纤维素的初生丝。
所述双螺杆挤出机长径比为20~100,螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为70~100℃、80~110℃及100~140℃,转速为10~100转/分,纺丝模头温度为120~160℃。
3.初生丝经拉伸、水洗、热定型和卷曲等一系列处理后,即制得所述改性纤维素抗菌纤维。
本发明未述及之处适用于现有技术。
以下给出本发明的具体事例。这些具体实施例的意义在于举例说明本发明的实际方法,而非限制本发明权利要求的范围。
实施例1
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷246.1g、羧酸活化剂对甲苯磺酰氯105.9g分别加入1620gAminCl中,反应温度30℃,机械搅拌6h,然后加入粉碎的纤维素(DP=400)180g均匀混合,最后喂入长径比为35的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为70℃、90℃、100℃及120℃,螺杆转速为10转/分。对上述初生丝进行拉伸水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为0.37,干态断裂强度为2.78cN/dtex,抗菌性能见附表1。
实施例2
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷590.7g、羧酸活化剂甲磺酰氯152.6g分别加入720gBminCl中,反应温度45℃,机械搅拌5h,然后加入粉碎的纤维素(DP=620)180g均匀混合,最后喂入长径比为35的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为80℃、100℃、110℃及130℃,螺杆转速为20转/分。对上述初生丝进行拉伸、水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为0.61,干态断裂强度为3.10cN/dtex,抗菌性能见附表2。
实施例3
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷738.4g、羧酸活化剂N,N′-二环己基碳二亚胺343.7g分别加入540gEminCl中,反应温度50℃,机械搅拌3h,然后加入粉碎的纤维素(DP=750)180g均匀混合,最后喂入长径比为55的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为85℃、100℃、120℃及130℃,螺杆转速为40转/分。对上述初生丝进行拉伸、水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为0.85,干态断裂强度为3.3cN/dtex,抗菌性能见附表3。
实施例4
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷984.5g、羧酸活化剂N,N′-羰基二咪唑360g分别加入420gEminCl中,反应温度56℃,机械搅拌2.5h,然后加入粉碎的纤维素(DP=820)180g均匀混合,最后喂入长径比为75的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为90℃、110℃、120℃及130℃,螺杆转速为50转/分。对上述初生丝进行拉伸、水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为1.02,干态断裂强度为3.5cN/dtex,抗菌性能见附表4。
实施例5
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷1476.8g、羧酸活化剂对甲苯磺酰氯635.3g分别加入420gBminCl中,反应温度65℃,机械搅拌1.8h,然后加入粉碎的纤维素(DP=820)180g均匀混合,最后喂入长径比为75的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、 反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为90℃、110℃、120℃及130℃,螺杆转速为75转/分。对上述初生丝进行拉伸、水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为1.23,干态断裂强度为3.56cN/dtex,抗菌性能见附表5。
实施例6
将抗菌剂4-羧丁基三苯基溴化磷1969.1g、羧酸活化剂对甲苯磺酰氯847.1g分别加入540gAminCl中,反应温度70℃,机械搅拌1h,然后加入粉碎的纤维素(DP=1000)180g均匀混合,最后喂入长径比为95的双螺杆挤出机。通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性抗菌纤维的初生丝。挤出机进料段、熔融段、计量段以及纺丝模头温度分别为100℃、120℃、140℃及160℃,螺杆转速为100转/分。对上述初生丝进行拉伸、水洗、热定型和卷曲所得纤维为改性纤维素抗菌纤维。
经检测,本实施所得改性纤维素抗菌纤维的取代度为1.51,干态断裂强度为3.42cN/dtex,抗菌性能见附表6。
附表1实施例1改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例1中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%
附表2实施例2改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例2中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%
附表3实施例3改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例3中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%
附表4实施例4改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例4中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%
附表5实施例5改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例5中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%
附表6实施例6改性纤维素抗菌纤维的抑菌效果
注:实验组为实施例6中的改性纤维素抗菌纤维
对照组为纯纤维素纤维
抑菌测试的条件:测试在25℃下进行,振荡次数为120rpm,振荡时间为4h,实验重复3次。
抑菌率=[(样本振荡前平均菌落数-样本震荡后平均菌落数)/样本振荡前菌落数]×100%。
Claims (7)
1.一种反应挤出制备改性纤维素抗菌纤维的方法,该制备方法的具体步骤如下:
(1)将含有羧基官能团的抗菌剂、羧酸活化剂分别加入离子液体中,反应温度为30~70℃,机械搅拌1~6h,然后加入纤维素制成均匀的混合物;其中抗菌剂与羧酸活化剂的摩尔比为1∶1;纤维素与离子液体的质量比为10∶90~30∶60;纤维素的脱水葡萄糖单元与抗菌剂的摩尔比为1∶8;
(2)将混合物喂入双螺杆挤出机,通过反应挤出方法,同步实施纤维素的溶解、反应和挤出,即获得改性纤维素抗菌初生丝;
(3)初生丝经拉伸、水洗、热定型和卷曲等一系列处理后,即制得所述改性纤维素抗菌纤维。
2.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述纤维素为木浆、棉浆、半纤维素中的一种,其聚合度为400~1000。
3.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述离子液体是氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AminCl)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑(BminCl)和氯化1-乙基-3-甲基咪唑(EminCl)中的一种。
4.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的含有羧基(-COOH)官能团的抗菌剂,具体为4-羧丁基三苯基溴化磷。
5.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述羧酸活化剂为磺酰氯化合物、N,N′-二坏己基碳二亚胺和N,N′-羰基二咪唑中的一种。
6.根据权利要求5,其特征在于:所述磺酰氯化合物为对甲苯磺酰氯或甲磺酰氯。
7.根据权利要求1的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述双螺杆挤出机长径比为20~100,螺杆机的进料段、熔融段和计量段的温度分别为70~100℃、80~110℃及100~140℃,转速为10~100转/分,纺丝模头温度为120~160℃。
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