CN111020734A - 一种长效抗菌聚酯纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌剂及抗菌聚酯纤维的制备方法,先采用对羧基苯磺酰胺对PHMG的化学结构进行修饰,解决PHMG高温下容易发生交联反应和不具有能和聚酯纤维化学键合官能团的问题。改性后的PHMG含有酰胺、磺酰胺等官能团,可以很好的与聚酯纤维中的端醇羟基、酯基反应,故改性PHMG可作为抗菌添加剂添加到纺丝原液中,制备出的聚酯纤维具有长久稳定且优异的抗菌性能。
Description
技术领域
本发明属于抗菌助剂技术领域,更具体是涉及一种抗菌剂及抗菌聚酯纤维的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高,人们对纺织品的功能性越来越重视,抗菌纺织品已部分用于服用和家纺领域,尤其是在老年人、孕产妇及婴幼儿服装及国防军事服用纺织品方面具有巨大的应用潜力。聚酯纤维是合成纤维中的一个重要品种,其产量目前在世界上已经占据合成纤维总量的80%左右,被广泛应用在服装、工业和医疗卫生等领域。具有广谱抗菌性的耐久功能的纺织品需求更为迫切。赋予聚酯纤维抗菌功能,已成为当今功能纤维中重要的研究热点,尤其是具有耐久抗菌性纤维的研制已成为该领域的急于解决的关键难题。
目前,用于聚酯纤维的抗菌整理剂有无机、有机和天然抗菌整理剂。无机抗菌剂抗菌范围广、耐热性和持续性好,但添加量大,易导致织物变色;有机抗菌剂抗菌效果好、价格低廉,但耐热性和耐久性差;天然抗菌剂具有良好的生物相容性、安全性和广谱抗菌性,但抗菌性和耐久性差。聚六亚甲基胍(PHMG) 是近年刚发展起来的一种新型抗菌整理剂,具有良好的抗菌活性,安全性高,但不耐高温,且没有和聚酯纤维分子发生化学反应的官能团。因此,以PHMG 为研究基础,对其结构进行改造,使之能够和聚酯纤维制备成广谱长效抗菌聚酯纤维具有非常重要的意义。
采用具有氨基、羟基或羧基的多取代苯基对PHMG的化学结构进行修饰,解决PHMG高温下容易发生交联反应和不具有能和聚酯纤维化学键合官能团的问题。结构式如下:
其中:R1=COOH,OH,NH2;R2=COOH,OH,NH2;
R3=COOH,OH,NH2;R4=COOH,OH,NH2;
R5=COOH,OH,NH2;n=5-50。
使消毒剂和聚酯纤维以化学键结合在一起,增加聚酯纤维抗菌性的持久性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌剂及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种抗菌剂,即改性PHMG,优选地,所述的PHMG为聚六亚甲基胍盐酸盐,溶剂为水,对其化学结构进行修饰的多取代苯基为对羧基苯磺酰胺。
优选地,按照重量分数,所述的聚六亚甲基胍盐酸盐和对羧基苯磺酰胺的比为3:2。
优选地,反应温度为60℃,反应时间为4h。
优选地,所述抗菌剂的制备方法,具体步骤包括:
步骤1,称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。
步骤2,三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。
步骤3,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~1000rpm,搅拌4h。
步骤4,反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
PHMG与对羧基苯磺酰胺反应方程式
为实现抗菌应用,本发明提供如下技术方案:
一种抗菌纤维,优选地,所用的化纤采用聚酯纤维,采用熔融纺丝。
优选地,所述抗菌纤维的制备方法,具体步骤包括:
步骤1,把改性PHMG随聚酯纤维的纺丝原料共同加入到螺杆挤压机。
步骤2,原料由固态变为熔融态,由喷丝孔喷出,在冷空气甬道中固化成丝,再经过卷曲、上油剂等制得成卷的具有抗菌性能的涤纶丝。
创新点
本产品采用对羧基苯磺酰胺对PHMG的化学结构进行修饰,解决PHMG高温下容易发生交联反应和不具有能和聚酯纤维化学键合官能团的问题。通过对羧基苯磺酰胺的羧基与PHMG的端胺基反应,从而获得功能化的PHMG,极大的提高了PHMG的水溶性,PHMG与磺酰胺类基团也通过协同作用获得了更为优良、长久稳定的抗菌性能。改性后的PHMG含有酰胺等官能团,可以很好的与聚酯纤维中的端醇羟基、酯基反应,使其更牢固的与聚酯纤维结合,可作为纺丝原液的抗菌添加剂,纺制出更加长久稳定且优异的抗菌性能的涤纶丝。
聚六亚甲基胍(PHMG)是一种阳离子杀菌剂,是由于胍基NH2C(=NH)阳离子的共轭效应而呈强碱性,易水解,由于其三个N都可提供电子,反应活性强。PHMG在水溶液中产生电离,它的亲水基部分含有强烈的正电性,可吸附通常呈负电性的各类细菌、病毒,抑制细菌进入细胞膜。其酸盐聚六亚甲基盐酸胍(PHGC)是一种直链、线性的胍盐,由于端胺基的反应活性强,可与羟基、羧基等多种基团发生化学反应,从而使PHGC具有更好的水溶性和更稳定的结构,从而能和聚酯纤维更好的键合在一起,从而赋予纤维及纤维制品良好的抗菌性能。
磺酰胺类化合物在医药和农药上具有广泛的生物活性,如杀菌、除草、杀虫、抗菌等。在苯磺酰胺分子中,由于苯磺酰基强烈的吸收电子,使N-H键的极性大大加强,此外磺酰基呈酸性,故磺酰胺基作为一类具有广泛生物活性的药效基团,具有潜在巨大的开发价值和应用前景。
对羧基苯磺酰胺中的羧基-COOH或可与碱性官能团胍基NH2C(=NH)中的 NH2-发生酸碱中和反应,即羟基去H+,NH2-得H+。反应机理是羧基中羰基的氧诱导作用吸电子,使羧基中-OH氧电负性减弱,对H的束缚能力减小。另外氨基中N有孤对电子,可提供电子对,是路易斯碱可以结合H+,这就很容易的制备出改性PHMG,赋予了PHMG长链上酰胺、磺酰胺等官能团,可通过与聚酯纤维中的醇羟基、酯基等发生化学反应而牢固的结合在一起,从而赋予聚酯纤维抗菌性能。
附图说明
图1为实施例1的抗菌效果图;
图2为对照例1的抗菌效果图;
图3为对照例2的抗菌效果图;
图4为对照例3的抗菌效果图;
图5为对照例4的抗菌效果图;
图6为对照例5的抗菌效果图;
图7为对照例6的抗菌效果图;
图8为对照例7的抗菌效果图;
图9为对照例8的抗菌效果图;
图10为对照例9的抗菌效果图;
具体实施方式
实施例1
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~ 1000rpm条件酰胺搅拌4h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例1
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在50℃,800~ 1000rpm条件酰胺搅拌4h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例2
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在70℃,800~1000rpm条件酰胺搅拌4h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例3
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~ 1000rpm条件酰胺搅拌2h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例4
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入20g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~ 1000rpm条件酰胺搅拌6h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例5
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入10g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~1000rpm条件酰胺搅拌4h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例6
称取30g的PHMG于三口瓶中,加入300mL水,搅拌1h使其完全溶解。三口瓶内通入氮气保护,开启加热搅拌,并加上冷凝回流装置。开启加热搅拌,待瓶内液体到达60℃时,加入30g的对羧基苯磺酰胺。保持体系在60℃,800~ 1000rpm条件酰胺搅拌4h。反应结束后,反应液自然冷却至室温,放入冷冻干燥机48h后,即可得到提纯后的改性PHMG,即可作为抗菌剂。
将改性PHMG作为抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出抗菌聚酯纤维。
对照例7
将市面上所用的纳米银离子抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出纳米银抗菌聚酯纤维。
对照例8
将市面上所用的天然壳聚糖抗菌剂添加到聚酯纤维的纺丝原液中通过熔融纺丝纺制出壳聚糖抗菌聚酯纤维。
对照例9
未添加任何抗菌剂所纺制的聚酯纤维。
测试结果
将本上述实施例与对照例所纺制的的涤纶布与一般的涤纶布、加入壳聚糖抗菌剂纺制备的涤纶布、加入纳米银抗菌剂纺制的涤纶布等做对比,均按照中国纺织行业标准FZ/T 73023-2006水洗50次,用显微镜观察涤纶布下方细菌滋生情况,计算抗菌率。实施例1~对照例9的抗菌效果图见说明书附图。
细菌滋生率=细菌滋生的面积/布的总面积×100%
抗菌率=1-细菌滋生率
结果显示,本产品抗菌效果更好,且纳米银、壳聚糖等抗菌剂原料较为昂贵。实施例1取得了最优的抗菌效果。即为本实验制备的最优选方案。
上述实施例1~对照例6,通过对制备过程中某些因素如温度、反应时长、对羧基苯磺酰胺的用量等的改变,从而确定出本发明制备的最优选方案,对照例7~对照例9的对比则更加直观的反应出本产品的优异抗菌性能。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种抗菌剂,其特征在于:所述抗菌剂包括如下重量份数的原料:聚六亚甲基胍(PHMG)、对羧基苯磺酰胺。
2.根据权利要求1所述的抗菌剂,其特征在于:以质量份数计,所述聚六亚甲基胍(PHMG):对羧基苯磺酰胺=3:2。
3.一种抗菌剂的制备方法,其特征在于:包括,
溶解:聚六亚甲基胍盐酸盐,溶于水中;
反应:调节温度,加入对羧基苯磺酰胺搅拌下进行反应;
提纯:反应结束后的反应液进行冷冻干燥,提取高分子产物,即为改性后的PHMG。
4.权利要求1~3所述的抗菌剂应用于聚酯纤维纺丝。
5.一种采用权利要求4的抗菌聚酯纤维的制备方法,其特征在于:具体步骤包括:
把改性PHMG随聚酯纤维的纺丝原料共同加入到螺杆挤压机,原料由固态变为熔融态,由喷丝孔喷出,在冷空气甬道中固化成丝,再经过卷曲、上油剂制得成卷的具有抗菌性能的涤纶丝。
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