CN114391691B - 一种抗菌透气的防护服及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌透气的防护服，所述防护服由含有抗菌成分的聚醚酰亚胺微凝胶、聚丙烯腈、溶剂形成的微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布制成的功能面料裁制而成。本发明防护服的力学性能优良并精简了制备工序，省去了对面料进行进一步抗菌处理的操作，使防护服的透气性好，在具备良好抗菌效果的同时还能降低污物的附着及渗入，让防护性能得到了进一步提升。

Description

一种抗菌透气的防护服及其制备方法
技术领域
本发明涉及防护服技术领域，尤其涉及一种抗菌透气的防护服及其制备方法。
背景技术
防护服作为一种特种保护服装，广泛应用于需要隔绝有害微生物或污物的领域。防护服通常由人造纤维制成，具备良好的力学性能及化学稳定性；为使防护服具备抗菌的效果，现有技术中一般对防护服的面料进行特殊处理，进而将具有抗菌活性的物质引入防护服，为人提供保护效果。
专利CN 112323496 A公开了一种抗菌面料制备方法及使用该方法制备的面料及防风服，将面料在抗菌处理液中浸渍后进行热处理，得到了一种有抗菌效果的面料；但是浸渍通常需要使用过量的液体介质，产生的溶液不仅对环境有害，而且在一定程度上会降低了面料的舒适度。专利CN 105774121 A提供了一种带有复合织物层的抗菌面料，通过在面料表面制备抗菌涂层的方式达到抗菌效果；然而在实际使用中涂层主要分布在织物表面，在长期的使用过程中可能存在耐久性较差的问题。专利CN 113512797 A公开了一种抗菌面料、抗菌面料的织造方法及抗菌灭菌衣物，通过将抗菌纱线引入面料的纺织过程中，赋予面料抗菌性能；但是抗菌成分通常具有高共混率，同时纱线的负载能力有限，可能会阻碍这种方法的应用。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所解决的技术问题是：(1)提供一种防护服，使其具备良好的抗菌性能和透气性能；(2)提升防护服的力学性能，并使其具备抗污能力。
由于其特殊的使用环境，相比于普通衣物，防护服在抗菌性能方面具有更高的要求。为了使防护服具备一定的抗菌性能，现有技术中常采取浸泡处理或沉积抗菌涂层的方式将抗菌物质引入防护服的面料之中。采用抗菌剂溶液浸泡处理面料的方式具有操作简单的特点，但是处理过程中需要使用大量抗菌处理液，容易造成浪费并且废液对环境的污染较大；另外抗菌成分通过物理吸附的方式固定于面料之中，附着的能力有限，抗菌效果不稳定。通过在面料表面制备抗菌涂层，以接枝或交联的方式将面料和涂层结合是另一种常见的手段，由于涂层经接枝或交联后质地密实，导致防护服透气性差，长期穿戴过程中热量和汗液难以散发，将大幅降低穿着的舒适程度。
为了同时满足抗菌性和透气性的要求，在长期的生产实践中，发明人尝试将抗菌物质直接引入干法纺丝的纺丝原液中，使组成面料的纤维本体具备抗菌性。然而发明人观察到，为使纺丝原液能够顺利喷丝，纺丝原液须保持在较粘稠的状态，进而导致直接加入抗菌物质将存在分散性差的技术问题。由于抗菌物质颗粒细小容易聚集，在纺丝原液中难以分散展开，导致制备的面料出现了均一性不良的现象。发明人对此做出改进，首先制备得到一种具有壳核结构的微凝胶颗粒，将抗菌物质在黏度较低的环境下分散于微凝胶颗粒内部，得到了具备抗菌性能的微凝胶。由于微凝胶是一种具有分子内交联结构的聚合物微粒，和纺丝原液中的有机物原料及溶剂的相容性更好，微凝胶在纺丝原液中具有良好的分散性，进而促进了抗菌物质的分散，提升了面料中抗菌物质的均一性。具体的，发明人使用硝酸银作为抗菌银离子来源，以聚醚酰亚胺作为壳核结构微凝胶的外壳；相比于通过物理扩散形成的分散体系，银离子可以参与到聚醚酰亚胺形成氢键的过程，与聚醚酰亚胺壳表面的氨基或羰基紧密结合至外壳的聚合物网络中，有利于抗菌物质的保留。
一种抗菌透气的防护服，由含有抗菌成分的聚醚酰亚胺微凝胶、聚丙烯腈、溶剂形成的微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布制成的功能面料制成。
优选的，所述抗菌透气的防护服的制备方法为：
(1)将聚合单体溶液、聚醚酰亚胺混合均匀，加入过硫酸铵反应后去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶；
(2)将聚醚酰亚胺微凝胶、硝酸银的水溶液混合均匀，除去水相，得到含银微凝胶；
(3)将含银微凝胶与聚丙烯腈共溶于溶剂中混合均匀作为微凝胶纺丝原液，经干法纺丝、纺织成布，得到抗菌透气面料；
(4)抗菌透气面料经裁剪、缝合、上松紧、粘合压胶条，得到所述抗菌透气的防护服。
进一步优选的，所述抗菌透气的防护服的制备方法，包括如下步骤，以重量份计：
S1将14～18份单体溶于90～150份水，得到聚合单体溶液；
S2无氧环境下向步骤S1得到的聚合单体溶液中加入70～90份聚醚酰亚胺中，混合；混合完成后加入0.16～0.8份过硫酸铵，反应后经分离去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶；
S3将32.5～58份硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，经分散操作使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，随后分离去除水相，得到含银微凝胶；
S4取步骤S3得到的含银微凝胶、9～15份聚丙烯腈、15～30份溶剂混合均匀作为微凝胶纺丝原液，经干法纺丝、纺织成布，得到抗菌透气面料；
S5抗菌透气面料经裁剪、缝合、上松紧、粘合压胶条，得到所述抗菌透气的防护服。
优选的，所述单体为N-乙基丙烯酰胺。
优选的，步骤S2中所述反应的温度为105～120℃，反应时间为1～3h；所述分离使用离心分离，离心速率为12000～16000rpm，离心时间15～30min。
优选的，步骤S3中所述分散操作为：在80～100℃下经超声处理5～15min，超声功率为550～800W，超声频率为28～40kHz；所述分离使用离心分离，离心速率为12000～16000rpm，离心时间15～30min。
优选的，所述溶剂为四氢呋喃、三氟乙醇、二氯甲烷、氯仿中的任意一种。
优选的，步骤S4中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.12～0.2mm，凝固温度为70～85℃，卷取速度为200～400m/min。
在抗菌透气面料的生产过程中，发明人观察到，内核的形成是通过乳液聚合制备壳核结构微凝胶球的关键。N-乙基丙烯酰胺单体聚合后交联成核的过程较慢，实际生产中时常伴有内核过小导致难以形成外壳结构的现象，致使制备的微凝胶具有结构缺陷。出现结构缺陷的微凝胶难以有效固定抗菌成分，同时暴露在外的N-乙基丙烯酰胺内核会继续与单体反应形成长链，严重影响正常微凝胶的聚合。
出于操作性的考虑，纺丝原液的黏度应根据需要控制在一个合适范围，既要防止纺丝原液黏度过低难以成型，也需避免黏度过高导致的无法纺丝。纺丝原液中各成分具有一定流动性，随着纺丝的进行，原液中的有机成分经加热固化成丝。微凝胶和基体由液相转变为固相，在此过程中因原溶剂的去除，两者间的相容性降低，固化后内部的相结构可能发生改变，导致结构的统一性变弱以及综合性能的下降。
针对抗菌透气面料出现的缺陷，发明人做出进一步的优化，制备了一种防污抗菌面料。发明人在微凝胶的制备过程中加入了N,N-亚甲基双丙烯酰胺，N,N-亚甲基双丙烯酰胺可进行自交联，自交联后的N,N-亚甲基双丙烯酰胺与N-乙基丙烯酰胺反应，成核速度较快，有利于壳核结构的形成及提升微凝胶的稳定性。发明人将制备得到的微凝胶继续与乙烯基甲基二乙氧基硅烷反应，在微凝胶表面引入长链结构，有利于微凝胶的分散；在加热固化过程中，硅氧键之间受热发生反应形成了交叉排列的网状结构，进而提升了丝纤维的强度和面料的综合性能。由于硅氧键网状结构的存在，面料的疏水性增强，能够防止污物的附着及渗入，加强了防护服的保护效果。
进一步优选的，所述单体为N-乙基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺按质量比(14～18):(1.6～2.1)的混合。
进一步优选的，所述步骤S3还可以为：以重量份计，将32.5～58份硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，经分散操作使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，得到含银微凝胶悬浮液；得到的含银微凝胶悬浮液和3.5～14份乙烯基甲基二乙氧基硅烷反应，经分离去除水相得到抗菌聚醚酰亚胺微凝胶，备用。
进一步优选的，所述步骤S4还可以为：以重量份计，取步骤S3得到的抗菌聚醚酰亚胺微凝胶、9～15份聚丙烯腈、15～30份溶剂混合均匀作为微凝胶纺丝原液，经干法纺丝、纺织成布，得到抗菌透气面料。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明配方中部分原料的介绍及作用如下：
N-乙基丙烯酰胺：一种有机物，无色液体。本发明中作为乳液聚合制备微凝胶内核的单体原料。
N,N-亚甲基双丙烯酰胺：一种有机物，白色粉末状结晶，遇高温或强光可发生自交联。本发明中作为制备微凝胶的原料，通过其自交联特性首先成核，再与N-乙基丙烯酰胺反应形成微凝胶内核。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明通过将抗菌成分分散于微凝胶，并以微凝胶作为纺丝原液原料，通过干法纺丝、纺织成布制成具备抗菌性能的面料；精简了制备工序，省去了对面料进行进一步抗菌处理的操作。
相比于现有技术，本发明制备了具备壳核结构的微凝胶，和抗菌成分能够有效结合，提升了抗菌物质在纺丝原液中的分散性及稳定性，经多次洗涤后仍然能够保持防护服的抗菌活性。
与现有技术相比，本发明防护服的力学性能优良、透气性好；具备良好抗菌效果的同时还能降低污物的附着及渗入，使防护性能得到了进一步提升。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明对照例及实施例中部分原材料参数如下：
N-乙基丙烯酰胺，CAS号：5883-17-0；
N,N-亚甲基双丙烯酰胺，CAS号：110-26-9。
实施例1
一种抗菌透气的防护服，使用抗菌透气面料裁制而成，所述抗菌透气面料采用如下方法制备而来：
S1将14kg N-乙基丙烯酰胺溶于120kg水，得到聚合单体溶液，备用；
S2氮气保护下，在步骤S1得到的聚合单体溶液中加入78kg聚醚酰亚胺，混合；混合完成后加入0.35kg过硫酸铵，升温至115℃并在该温度下反应2h；反应后以14000rpm的速率离心分离25min以去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S3将4.5kg硝酸银溶于40kg水，得到硝酸银的水溶液；将硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，在85℃下超声处理8min，超声功率为550W，超声频率为40kHz；使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，然后以12000rpm的速率离心分离20min以去除水相，得到含银微凝胶，备用；
S4取步骤S3得到的含银微凝胶与12kg聚丙烯腈共溶于22kg四氢呋喃，得到微凝胶纺丝原液；微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布，得到所述抗菌透气面料，抗菌透气面料的密度为210T，纱织为70D*70D。
步骤S4中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.16mm，凝固温度为85℃，卷取速度为240m/min。
实施例2
一种抗菌透气的防护服，使用防污抗菌面料裁制而成，所述防污抗菌面料采用如下方法制备而来：
S1将14kg N-乙基丙烯酰胺和1.8kg N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于120kg水，得到聚合单体溶液，备用；
S2氮气保护下，在步骤S1得到的聚合单体溶液中加入78kg聚醚酰亚胺，混合；混合完成后加入0.35kg过硫酸铵，升温至115℃并在该温度下反应2h；反应后以14000rpm的速率离心分离25min以去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S3将4.5kg硝酸银溶于40kg水，得到硝酸银的水溶液；将硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，在85℃下超声处理8min，超声功率为550W，超声频率为40kHz；使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，然后以12000rpm的速率离心分离20min以去除水相，得到含银微凝胶，备用；
S4取步骤S3得到的含银微凝胶与12kg聚丙烯腈共溶于22kg四氢呋喃，得到微凝胶纺丝原液；微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布，得到所述防污抗菌面料，防污抗菌面料的密度为210T，纱织为70D*70D。、
步骤S4中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.16mm，凝固温度为85℃，卷取速度为240m/min。
实施例3
一种抗菌透气的防护服，使用防污抗菌面料裁制而成，所述防污抗菌面料采用如下方法制备而来：
S1将14kg N-乙基丙烯酰胺溶于120kg水，得到聚合单体溶液，备用；
S2氮气保护下，在步骤S1得到的聚合单体溶液中加入78kg聚醚酰亚胺，混合；混合完成后加入0.35kg过硫酸铵，升温至115℃并在该温度下反应2h；反应后以14000rpm的速率离心分离25min以去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S3将4.5kg硝酸银溶于40kg水，得到硝酸银的水溶液；将硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，在85℃下超声处理8min，超声功率为550W，超声频率为40kHz；使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，得到含银微凝胶悬浮液，备用；
S4向步骤S3得到的含银微凝胶悬浮液中加入7kg乙烯基甲基二乙氧基硅烷，于72℃反应1.5h；反应结束后以12000rpm的速率离心分离20min以去除水相，得到抗菌聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S5取步骤S4得到的抗菌聚醚酰亚胺微凝胶与12kg聚丙烯腈共溶于22kg四氢呋喃，得到微凝胶纺丝原液；微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布，得到所述防污抗菌面料，防污抗菌面料的密度为210T，纱织为70D*70D。、
步骤S5中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.16mm，凝固温度为85℃，卷取速度为240m/min。
实施例4
一种抗菌透气的防护服，使用防污抗菌面料裁制而成，所述防污抗菌面料采用如下方法制备而来：
S1将14kg N-乙基丙烯酰胺和1.8kg N,N-亚甲基双丙烯酰胺溶于120kg水，得到聚合单体溶液，备用；
S2氮气保护下，在步骤S1得到的聚合单体溶液中加入78kg聚醚酰亚胺，混合；混合完成后加入0.35kg过硫酸铵，升温至115℃并在该温度下反应2h；反应后以14000rpm的速率离心分离25min以去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S3将4.5kg硝酸银溶于40kg水，得到硝酸银的水溶液；将硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，在85℃下超声处理8min，超声功率为550W，超声频率为40kHz；使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，得到含银微凝胶悬浮液，备用；
S4向步骤S3得到的含银微凝胶悬浮液中加入7kg乙烯基甲基二乙氧基硅烷，于72℃反应1.5h；反应结束后以12000rpm的速率离心分离20min以去除水相，得到抗菌聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S5取步骤S4得到的抗菌聚醚酰亚胺微凝胶与12kg聚丙烯腈共溶于22kg四氢呋喃，得到微凝胶纺丝原液；微凝胶纺丝原液经干法纺丝、纺织成布，得到所述防污抗菌面料，防污抗菌面料的密度为210T，纱织为70D*70D。、
步骤S5中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.16mm，凝固温度为85℃，卷取速度为240m/min。
对照例1
一种抗菌透气的防护服，使用透气面料裁制而成，所述透气面料采用如下方法制备而来：取12kg聚丙烯腈溶于22kg四氢呋喃，得到纺丝原液；纺丝原液经干法纺丝、纺织成布，得到所述透气面料，透气面料的密度为210T，纱织为70D*70D。
测试例1
对抗菌透气的防护服面料进行取样，样品分为三组，每组取3个小样，小样的尺寸为10cm×10cm，平均剪成2块。三组样品中，第一组不进行洗涤操作，第二组洗涤50次，第三组洗涤100次；洗涤操作参照GB/T 8629-2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》中的具体步骤进行，洗涤使用C型标准洗衣机，洗涤程序编号为4N。对三组的抗菌性能进行测试，测试参考GB/T 20944.2-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》中的具体步骤进行。抑菌率结果按要求取算数平均值并修约至整数位。抗菌透气的防护服面料经洗涤后抗菌性能的结果见表1。
表1
Figure BDA0003481510690000121
根据GB/T 20944.2-2007中的定义，当抑菌率≥90％，样品具有抗菌效果；当或抑菌率≥99％，样品具有良好的抗菌效果。通过上述实施例和对照例的对比可以看出，防污抗菌面料经过多次洗涤后仍然可以保持良好的抗菌效果。产生这种现象的原因可能在于，抗菌物质在黏度较低的环境下分散于微凝胶颗粒内部，由于微凝胶是一种具有分子内交联结构的聚合物微粒，和纺丝原液中的有机物原料及溶剂的相容性更好，微凝胶在纺丝原液中具有良好的分散性，进而促进了抗菌物质的分散，提升了面料的抗菌性能；相比于通过物理扩散形成的分散体系，银离子可以参与到聚醚酰亚胺形成氢键的过程，与聚醚酰亚胺壳表面的氨基或羰基紧密结合至外壳的聚合物网络中，有利于抗菌物质的保留，经多次洗涤后面料中的抗菌成分仍然能够发挥效果。另外，防污抗菌面料的纤维在加热固化中，由于硅氧键之间受热发生反应形成了交叉排列的网状结构并增强了疏水性进而减少了污物的粘附，也可能对面料的抗菌性能有增益效果。
测试例2
抗菌透气的防护服的透气性能参考GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》中的具体要求进行。测试面积为20cm2，测试压降为100Pa，其余测试步骤依照上述标准。每组测试5件试样，结果取算术平均值。抗菌透气的防护服的透气性能测试结果见表2。
表2
测试组 透气率(mm/s)
实施例1 183
实施例2 186
实施例3 191
实施例4 197
对照例1 174
透气率的高低反映了衣物透气性能的优劣程度。通过上述实施例和对照例的对比可以看出，本发明使用的面料透气率均≥180mm/s，代表通过本发明加工方法制备得到的抗菌面料具有良好的透气性能，穿着之后不闷热，有助于提升防护服的舒适感。出现这种现象的原因可能在于，本发明将抗菌成分分散于微凝胶，并以微凝胶作为纺丝原液原料，通过干法纺丝、纺织成布直接制成具备抗菌性能的面料；相比于传统方法对面料进行后续浸泡处理或沉积涂层增加抗菌性，本发明面料纤维间更加疏松透气，表层也没有致密的抗菌涂层，有利于汗气的舒畅排出。
测试例3
在抗菌透气的防护服上取尺寸为200mm×50mm的矩形长条状试样，并测试试样的撕裂强度。撕裂强度的测试参照GB/T 3917.2-2009《纺织品织物撕破性能第2部分裤形试样(单缝)撕破强力的测定》的具体要求进行。将试样按要求从宽度方向的正中切开一长为100mm的平行于长度方向的裂口，并进行测试；测试的拉伸速度为100mm/min，隔距长度为100mm。每组测试5件试样，结果取算术平均值。抗菌透气的防护服的撕裂强度测试结果见表3。
表3
测试组 撕裂强度(N)
实施例1 36.5
实施例2 37.2
实施例3 40.3
实施例4 43.0
对照例1 38.1
撕裂强度体现了衣物纤维间结合的牢固程度。防护服作为一种保护衣服，应具备较高的撕裂强度以防止使用中出现的破损。通过上述实施例和对照例的对比可以看出，实施例4具有最高的撕裂强度。产生这种结果的原因可能在于，本发明将制备得到的微凝胶继续与乙烯基甲基二乙氧基硅烷反应，在微凝胶表面引入长链结构，有利于微凝胶的分散，防止了因局部聚集造成的结构缺陷；在加热固化过程中，硅氧键之间受热发生反应形成了交叉排列的网状结构，进而提升了丝纤维的强度和面料的撕裂强度。

Claims (5)

1.一种抗菌透气的防护服的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，以重量份计：
S1 将14~18份单体溶于90~150份水，得到聚合单体溶液；
S2 无氧环境下向步骤S1得到的聚合单体溶液中加入70~90份聚醚酰亚胺混合；混合完成后加入0.16~0.8份过硫酸铵，反应后经分离去除水相，得到聚醚酰亚胺微凝胶；
S3 以重量份计，将32.5~58份硝酸银的水溶液与步骤S2得到的聚醚酰亚胺微凝胶混合，经分散操作使银离子与聚醚酰亚胺微凝胶结合，得到含银微凝胶悬浮液；得到的含银微凝胶悬浮液和3.5~14份乙烯基甲基二乙氧基硅烷反应，经分离去除水相得到抗菌聚醚酰亚胺微凝胶，备用；
S4 以重量份计，取步骤S3得到的抗菌聚醚酰亚胺微凝胶、9~15份聚丙烯腈、15~30份溶剂混合均匀作为微凝胶纺丝原液，经干法纺丝、纺织成布，得到抗菌透气面料；
S5 抗菌透气面料经裁剪、缝合、上松紧、粘合压胶条，得到所述抗菌透气的防护服；
所述单体为N-乙基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺按质量比（14~18）:（1.6~2.1）的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌透气的防护服的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述反应的温度为105~120℃，反应时间为1~3h；所述分离使用离心分离，离心速率为12000~16000rpm，离心时间15~30min。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌透气的防护服的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述分散操作为：在80~100℃下经超声处理5~15min，超声功率为550~800W，超声频率为28~40kHz；所述分离使用离心分离，离心速率为12000~16000rpm，离心时间15~30min。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌透气的防护服的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述干法纺丝的喷丝板孔径为0.12~0.2mm，凝固温度为70~85℃，卷取速度为200~400m/min。
5.一种抗菌透气的防护服，其特征在于：采用如权利要求1~4任意所述的方法制备而成。
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