CN108315835A - 一种抗菌性能良好的聚酯纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成抗菌剂混合物，然后将纯PET切片与抗菌剂混合物共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维；所述抗菌剂A为TiO₂/沸石抗菌剂，所述抗菌剂B为Cu₂O/沸石抗菌剂。

Description

一种抗菌性能良好的聚酯纤维

技术领域

本发明涉及聚酯纤维领域，尤其涉及一种抗菌性能良好的聚酯纤维。

背景技术

随着经济的发展和现代生活水平的不断提高，人们越来越重视环境清洁及自我保护。微生物和人们的日常生活联系十分紧密，人们生活在微生物的包围之中，然而，有些微生物对人们危害巨大，其在适宜的环境下会大量繁殖，导致致病细菌的传播及蔓延。日常用到的聚酯纤维用品由于具有多孔性、潮湿性等，特别适合细菌的繁殖，不仅会散发出难闻的气味，更会刺激皮肤诱发各种疾病，因此，聚酯纤维的抗菌性显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在提供一种抗菌性能良好的聚酯纤维，以解决上述提出问题。

本发明的实施例中提供了一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成抗菌剂混合物，然后将纯PET切片与抗菌剂混合物共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维；所述抗菌剂A为TiO₂/沸石抗菌剂，所述抗菌剂B为Cu₂O/沸石抗菌剂。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明通过对抗菌剂进行改性，将两种抗菌剂混合形成混合抗菌剂，然后，将混合抗菌剂与PET切片共混，然后再熔融纺丝得到抗菌聚酯纤维。一方面，抗菌剂中采用沸石作为载体，能够增强抗菌剂在聚酯中的分散性，另一方面，将PET切片与混合抗菌剂共混，该混合抗菌剂可以充分发挥抗菌效果，起到了意料不到的技术效果，使得聚酯纤维的抗菌性、耐洗性得到大幅提高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明所述抗菌剂混合物构成示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

结合图1，本发明的实施例涉及一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成抗菌剂混合物，然后将纯PET切片与抗菌剂混合物共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维。

在实施方式上，该抗菌剂A为TiO₂/沸石抗菌剂，该抗菌剂B为Cu₂O/沸石抗菌剂。

在抗菌方面，无机抗菌剂具有无机成分稳定性、抗菌广谱、化学稳定性好、耐洗性能好、抗菌效果持久、热稳定性好等优点。将无机抗菌剂与聚酯纤维结合，可以起到良好的抗菌效果。

目前，无机抗菌剂的开发和制备是抗菌聚酯纤维的重点，现有技术方案中，针对抗菌聚酯纤维，通常是在纤维表面化学电镀抗菌金属或者是将抗菌剂直接添加到聚酯中，其得到的聚酯纤维抗菌性能不够理想，并且耐洗性较差。

本发明技术方案中，通过对抗菌剂进行改性，将两种抗菌剂混合形成混合抗菌剂，然后，将混合抗菌剂与PET切片共混，然后再熔融纺丝得到抗菌聚酯纤维。一方面，抗菌剂中采用沸石作为载体，能够增强抗菌剂在聚酯中的分散性，另一方面，将PET切片与混合抗菌剂共混，该混合抗菌剂可以充分发挥抗菌效果，起到了意料不到的技术效果，使得聚酯纤维的抗菌性、耐洗性得到大幅提高。

上述聚酯纤维中，按照重量百分比包括：抗菌剂A 0.7～1.4wt.％、抗菌剂B 0.3～0.8wt.％、聚酯纤维余量。

通过控制抗菌剂的百分比例，能够最大化的发挥抗菌性能。

关于抗菌剂A：

该抗菌剂A为采用凝胶-溶胶法制备的TiO₂/沸石抗菌剂，沸石为载体，TiO₂中掺杂有金属Ca²⁺离子。

二氧化钛是一种具有光催化性质的半导体，其在废水治理、挥发性有机物降解及杀菌方面具有实际应用。

然而，一方面由于二氧化钛是宽带隙半导体，主要对紫外光有响应，光催化及杀菌效率低；另一方面，纳米二氧化钛由于粒径较小，难以有效固着和分散，其在聚酯纤维中作为抗菌剂效果并不理想。

沸石是一种天然的载体物质，具有多孔结构的特点，具有优异的吸附、离子交换及催化性能，其在水处理、饲料、工业催化、建筑行业、医药行业等均有应用，沸石材料用于工业催化的研究已有报道，但将其应用于聚酯纤维中的研究还未见报道。

基于上述背景，本发明在聚酯纤维中，创造性的将沸石作为载体，进而采用TiO₂/沸石作为抗菌剂，该种结构增强了抗菌剂在聚酯中的分散性，同时抗菌剂A中掺杂有金属Ca²⁺离子，Ca²⁺离子加入能够使得抗菌剂对于可见光波长范围吸收增强，抗菌性能增强，取得了意料不到的技术效果。

具体地，抗菌剂A，TiO₂/沸石中该TiO₂的负载量为35wt.％，Ca²⁺离子在TiO₂中掺杂质量分数为1.7wt.％。

上述抗菌剂A中，沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³，沸石选自灵川县某沸石矿的工业产品。

通过上述各物质含量及粒度尺寸的限定，使得抗菌剂A与抗菌剂B结合发挥抗菌效果达到最佳，产生了意料不到的技术效果。

制备该抗菌剂A的部分原料如下：

上述抗菌剂A的制备过程为：

S1、沸石改性：

首先，对购买的天然沸石用蒸馏水反复水洗，过滤后在100℃烘干12h；

然后，向烧瓶中加入盐酸、氢氧化钾、氯化钠溶液，再加蒸馏水稀释至80ml，控制盐酸、氢氧化钾、氯化钠浓度分别为0.5、0.4、0.9mol/L，加入8.9g沸石，水浴加热，在94℃下匀速搅拌6h，用蒸馏水洗涤至无Cl^-残留，然后在100℃煅烧12h，得到改性沸石；

S2、制备抗菌剂A

将钛酸四丁酯、无水乙醇、硝酸以6:24:1的体积比混合，加入氯化钙粉末，控制掺杂金属钙离子在TiO₂中的质量分数为1.7wt.％，室温下磁力搅拌30min，加入上述的改性沸石，使得TiO₂：沸石的质量比为35wt.％，搅拌10min，加入与硝酸溶液等体积的蒸馏水，搅拌30min，得到凝胶，将凝胶在110℃下干燥24h，使得其中有机物挥发完全，再在200℃下煅烧处理4h，研磨，得到所述TiO₂/沸石抗菌剂，即抗菌剂A。

关于抗菌剂B：

该抗菌剂B为采用凝胶-溶胶法制备的Cu₂O/沸石抗菌剂，沸石为载体，Cu₂O中掺杂有金属Ag⁺离子。

氧化亚铜为铜的一价氧化物，在杀菌剂方面，氧化亚铜是重要的无机抗菌剂，其抗菌性仅次于银，成本低，对人体毒性小，目前将铜氧化物与聚酯纤维复合后的抗菌材料已开始实际应用。例如，利用化学电镀的方法在纤维表面镀铜，广泛用于衣服、袜子等；然而，现有技术中，通常是在纤维表面通过电镀、化学镀等方法制备氧化铜，该种方法制备的抗菌纤维耐洗度低，不利于长时间保持抗菌性能，其在聚酯纤维中作为抗菌剂效果并不理想。

基于上述背景，本发明在聚酯纤维中，创造性的将沸石作为载体，进而采用Cu₂O/沸石作为抗菌剂，该种结构增强了抗菌剂在聚酯中的分散性，同时抗菌剂B中掺杂有金属Ag⁺离子，Ag⁺离子的加入能够使得抗菌剂的抗菌性能增强，取得了意料不到的技术效果。

具体地，抗菌剂B，Cu₂O/沸石中该Cu₂O的负载量为27wt.％，Ag⁺离子在Cu₂O中掺杂质量分数为0.9wt.％。

上述抗菌剂B中，沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³，沸石选自灵川县某沸石矿的工业产品。

通过上述各物质含量及粒度尺寸的限定，使得抗菌剂A与抗菌剂B结合发挥抗菌效果达到最佳，产生了意料不到的技术效果。

制备该抗菌剂B的部分原料如下：

上述抗菌剂B的制备过程为：

S1、沸石改性，参照抗菌剂A：

首先，对购买的天然沸石用蒸馏水反复水洗，过滤后在100℃烘干12h；

然后，向烧瓶中加入盐酸、氢氧化钾、氯化钠溶液，再加蒸馏水稀释至80ml，控制盐酸、氢氧化钾、氯化钠浓度分别为0.5、0.4、0.9mol/L，加入8.9g沸石，水浴加热，在94℃下匀速搅拌6h，用蒸馏水洗涤至无Cl-残留，然后在100℃煅烧12h，得到改性沸石；

S2、制备抗菌剂B

取2.5g五水硫酸铜溶解在20ml的蒸馏水中，然后连续搅拌，同时加入氯化银粉末和上述改性沸石，然后加入0.5mol/L、40ml的氢氧化钠形成氢氧化铜沉淀，此后，在室温下连续搅拌情况下加入1.2g、50ml的抗坏血酸溶液，搅拌60min，2000rpm下离心20min，最后用蒸馏水和无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到所述Cu₂O/沸石抗菌剂，即抗菌剂B。

抗菌剂的混合：

将上述抗菌剂A、抗菌剂B按照质量比例混合，研磨5h，得到混合物E，然后将混合物E放入质量分数为1.2％的碳酸氢钠溶液中，酸化处理2h，过滤、清洗，干燥12h后，得到抗菌剂混合物。

本发明技术方案中，通过将抗菌剂A和抗菌剂B混合、酸化处理，使得抗菌剂A、抗菌剂B能够相互掺杂，起到了意料不到的技术效果，使得聚酯纤维的抗菌性能大大增加。

共混法制备抗菌聚酯纤维：

首先，将抗菌剂混合物和乙二醇混合，搅拌后在室温下超声5h，得到混合液；然后将混合液与精对苯二甲酸、催化助剂进行酯化，聚合，得到聚酯母粒；其中，酯化温度为280℃，压力400KPa，酯化率达到大于94.5％时进行缩聚反应，缩聚温度为300℃，抽真空至50Mpa，缩聚至特性粘度为0.65时，出料，切料；

然后，将聚酯母粒熔融，然后送入过滤器进行过滤，经计量后，进入喷丝组件，在将喷出的丝束进行冷却、上油，经导辊后卷绕成预取向丝，其中，纺丝温度为290℃，纺丝速度为3200m/min；

然后，聚酯预取向丝经一辊、热箱、二辊、假捻器、卷绕后可制备成抗菌聚酯纤维，其中，牵伸速度为570m/min，牵伸比为3.1，一辊温度为90℃，二辊温度为140℃。

实施例1

本实施例中，一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成混合抗菌剂，然后将纯PET切片与混合抗菌剂共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维。

上述聚酯纤维中，按照重量百分比包括：抗菌剂A 0.7wt.％、抗菌剂B 0.3wt.％、聚酯纤维余量。

其中，该抗菌剂A为采用凝胶-溶胶法制备的TiO₂/沸石抗菌剂，沸石为载体，TiO₂中掺杂有金属Ca²⁺离子。TiO₂/沸石中该TiO₂的负载量为35wt.％，Ca²⁺离子在TiO₂中掺杂质量分数为1.7wt.％。

该抗菌剂B为采用凝胶-溶胶法制备的Cu₂O/沸石抗菌剂，沸石为载体，Cu₂O中掺杂有金属Ag⁺离子。Cu₂O/沸石中该Cu₂O的负载量为27wt.％，Ag⁺离子在Cu₂O中掺杂质量分数为0.9wt.％。

沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³，沸石选自灵川县某沸石矿的工业产品。

实施例2

本实施例中，一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成混合抗菌剂，然后将纯PET切片与混合抗菌剂共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维。

上述聚酯纤维中，按照重量百分比包括：抗菌剂A 1.0wt.％、抗菌剂B 0.5wt.％、聚酯纤维余量。

其中，该抗菌剂A为采用凝胶-溶胶法制备的TiO₂/沸石抗菌剂，沸石为载体，TiO₂中掺杂有金属Ca²⁺离子。TiO₂/沸石中该TiO₂的负载量为35wt.％，Ca²⁺离子在TiO₂中掺杂质量分数为1.7wt.％。

该抗菌剂B为采用凝胶-溶胶法制备的Cu₂O/沸石抗菌剂，沸石为载体，Cu₂O中掺杂有金属Ag⁺离子。Cu₂O/沸石中该Cu₂O的负载量为27wt.％，Ag⁺离子在Cu₂O中掺杂质量分数为0.9wt.％。

沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³，沸石选自灵川县某沸石矿的工业产品。

实施例3

本实施例中，一种抗菌性能良好的聚酯纤维，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成混合抗菌剂，然后将纯PET切片与混合抗菌剂共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维。

上述聚酯纤维中，按照重量百分比包括：抗菌剂A 1.4wt.％、抗菌剂B 0.8wt.％、聚酯纤维余量。

其中，该抗菌剂A为采用凝胶-溶胶法制备的TiO₂/沸石抗菌剂，沸石为载体，TiO₂中掺杂有金属Ca²⁺离子。TiO₂/沸石中该TiO₂的负载量为35wt.％，Ca²⁺离子在TiO₂中掺杂质量分数为1.7wt.％。

该抗菌剂B为采用凝胶-溶胶法制备的Cu₂O/沸石抗菌剂，沸石为载体，Cu₂O中掺杂有金属Ag⁺离子。Cu₂O/沸石中该Cu₂O的负载量为27wt.％，Ag⁺离子在Cu₂O中掺杂质量分数为0.9wt.％。

沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³，沸石选自灵川县某沸石矿的工业产品。

实施例4

本实施例参照实施例1，不同之处在于没有添加抗菌剂A。

实施例5

本实施例参照实施例1，不同之处在于没有添加抗菌剂B。

实施例6

本实施例参照实施例1，不同之处在于本实施例为纯聚酯纤维，没有添加所述抗菌剂A、抗菌剂B。

对于实施例1～6得到的聚酯纤维采用震荡法进行抗菌测试，如下表为纤维样品进行振荡接触30h后，聚酯纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌效果的测试结果：

根据GB 20944.3-2008-T可知，当纤维或者织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率≥70％时可以评价纤维或织物具有抗菌效果。

可以看到，实施例6中，纯聚酯纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率只有14.8％、17.3％，不具有抗菌效果；而实施例1-3中，通过添加抗菌剂A、抗菌剂B并形成抗菌剂混合物，其聚酯纤维具有优异的抗菌效果。

采用FZ/T73023-2006《抗菌针织品》中附录C的简化洗涤条件及程序，对实施例1～6中聚酯纤维进行标准洗涤，洗涤条件及步骤为：2g/L标准合成洗涤剂，浴比1∶30，水温40±3℃，投入试样，洗涤5min，然后在常温下用自来水清洗2min，计为洗涤1次。

如下表为实施例1～3中聚酯纤维洗涤300次后抗菌性能：

可以看到，经过100次洗涤后，抗菌聚酯纤维的抑菌率略有下降，但是仍然具有较好的抗菌效果，抗洗涤性能良好。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，将抗菌剂A、抗菌剂B混合形成抗菌剂混合物，然后将纯PET切片与抗菌剂混合物共混，制备抗菌改性PET切片，再通过熔融纺丝方式得到抗菌性能良好的聚酯纤维；所述抗菌剂A为TiO₂/沸石抗菌剂，所述抗菌剂B为Cu₂O/沸石抗菌剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述聚酯纤维中，按照重量百分比包括：

抗菌剂A 0.7～1.4wt.％、

抗菌剂B 0.3～0.8wt.％、

聚酯纤维 余量；

所述抗菌剂A为采用凝胶-溶胶法制备的TiO₂/沸石抗菌剂，沸石为载体，TiO₂中掺杂有金属Ca²⁺离子；

所述抗菌剂B为采用凝胶-溶胶法制备的Cu₂O/沸石抗菌剂，沸石为载体，Cu₂O中掺杂有金属Ag⁺离子。

3.根据权利要求2所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌剂A中，TiO₂/沸石中该TiO₂的负载量为35wt.％，Ca²⁺离子在TiO₂中掺杂质量分数为1.7wt.％。

4.根据权利要求2所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌剂B中，Cu₂O/沸石中该Cu₂O的负载量为27wt.％，Ag⁺离子在Cu₂O中掺杂质量分数为0.9wt.％。

5.根据权利要求2所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，抗菌剂A和抗菌剂B中，沸石的粒径为15μm，粒度为800目，密度为2.19g/cm³。

6.根据权利要求2所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌剂A的制备过程为：

S1、沸石改性：

首先，对购买的天然沸石用蒸馏水反复水洗，过滤后在100℃烘干12h；

然后，向烧瓶中加入盐酸、氢氧化钾、氯化钠溶液，再加蒸馏水稀释至80ml，控制盐酸、氢氧化钾、氯化钠浓度分别为0.5、0.4、0.9mol/L，加入8.9g沸石，水浴加热，在94℃下匀速搅拌6h，用蒸馏水洗涤至无Cl^-残留，然后在100℃煅烧12h，得到改性沸石；

S2、制备抗菌剂A

将钛酸四丁酯、无水乙醇、硝酸以6:24:1的体积比混合，加入氯化钙粉末，控制掺杂金属钙离子在TiO₂中的质量分数为1.7wt.％，室温下磁力搅拌30min，加入上述的改性沸石，使得TiO₂：沸石的质量比为35wt.％，搅拌10min，加入与硝酸溶液等体积的蒸馏水，搅拌30min，得到凝胶，将凝胶在110℃下干燥24h，使得其中有机物挥发完全，再在200℃下煅烧处理4h，研磨，得到所述TiO₂/沸石抗菌剂，即抗菌剂A。

7.根据权利要求6所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌剂B的制备过程为：

S1、沸石改性，参照抗菌剂A：

首先，对购买的天然沸石用蒸馏水反复水洗，过滤后在100℃烘干12h；

然后，向烧瓶中加入盐酸、氢氧化钾、氯化钠溶液，再加蒸馏水稀释至80ml，控制盐酸、氢氧化钾、氯化钠浓度分别为0.5、0.4、0.9mol/L，加入8.9g沸石，水浴加热，在94℃下匀速搅拌6h，用蒸馏水洗涤至无Cl^-残留，然后在100℃煅烧12h，得到改性沸石；

S2、制备抗菌剂B

取2.5g五水硫酸铜溶解在20ml的蒸馏水中，然后连续搅拌，同时加入氯化银粉末和上述改性沸石，然后加入0.5mol/L、40ml的氢氧化钠形成氢氧化铜沉淀，此后，在室温下连续搅拌情况下加入1.2g、50ml的抗坏血酸溶液，搅拌60min，2000rpm下离心20min，最后用蒸馏水和无水乙醇洗涤，80℃干燥10h，得到所述Cu₂O/沸石抗菌剂，即抗菌剂B。

8.根据权利要求7所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，将所述抗菌剂A、抗菌剂B按照质量比例混合，研磨5h，得到混合物E，然后将混合物E放入质量分数为1.2％的碳酸氢钠溶液中，酸化处理2h，过滤、清洗，干燥12h后，得到抗菌剂混合物。

9.根据权利要求8所述的一种抗菌性能良好的聚酯纤维，其特征在于，所述聚酯纤维制备方法为：首先，将抗菌剂混合物和乙二醇混合，搅拌后在室温下超声5h，得到混合液；然后将混合液与精对苯二甲酸、催化助剂进行酯化，聚合，得到聚酯母粒；其中，酯化温度为280℃，压力400KPa，酯化率达到大于94.5％时进行缩聚反应，缩聚温度为300℃，抽真空至50Mpa，缩聚至特性粘度为0.65时，出料，切料；

然后，将聚酯母粒熔融，然后送入过滤器进行过滤，经计量后，进入喷丝组件，在将喷出的丝束进行冷却、上油，经导辊后卷绕成预取向丝，其中，纺丝温度为290℃，纺丝速度为3200m/min；

然后，聚酯预取向丝经一辊、热箱、二辊、假捻器、卷绕后可制备成抗菌聚酯纤维，其中，牵伸速度为570m/min，牵伸比为3.1，一辊温度为90℃，二辊温度为140℃。