一种抗菌保暖聚氨酯复合面料及其制备工艺的制作方法

本发明属面料制备于领域，涉及一种抗菌保暖聚氨酯复合面料及其制备工艺。

背景技术：

对于冬季服装来说防寒保暖是检验其舒适度的重要指标，在保暖的同时人体出汗的汗液被衣服吸收后容易滋生细菌，进而使得衣物发霉变味，现有技术中制备保暖复合面料通过制备中空纤维，但是中空纤维不仅制备过程复杂，同时由于中空结构，使得其断裂强度较低，同时纤维在保暖同时又不能同时实现抗菌和舒适的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗菌保暖聚氨酯复合面料及其制备工艺，通过在纤维聚合物制备过程中添加石蜡，通过石蜡在高温下相变的性能，使得石蜡与聚合物共同纺丝后，石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡，此时通过热水对石蜡进行熔融后，纤维的表面石蜡占有的空间形成孔状结构，进而使得纤维表面和内部均含有多孔结构，同时由于制备聚合物的单体上含有季铵盐基团，单体具有亲水性，进而使得聚合后的纤维上含有大量的亲水基团，使得纤维具有较高的亲水性，在制备面料时，由于亲水基团的作用使得纤维能够快速吸附人体散发的汗液，并且由于纤维表面和内部含有大量的孔，进而提高纤维的比表面积，使得汗液快速传递至体外，并且由于较大的比较表面有利于汗液快速干燥，使得衣服干爽，进而提高了纤维的保暖性能，并且纤维结构表面大量的孔道结构使得纤维具有较高的透气舒适性，制备方法简单，并且制备的纱线具有较高的吸湿性，解决了现有保暖面料吸湿性和保暖性能较低的问题。

本发明制备的多孔发热聚氨酯纤维强度较低，但是抗菌高强度聚乙烯醇纤维制备过程中加入碳纳米管，由于碳纳米管具有加大的比表面积和作用位点，能够吸附银离子，同时碳纳米管本身具有一定的抗菌性能，吸附银离子后通过银离子的作用使其抗菌性能增强，由于聚乙烯醇具有一定的粘结性能，在于载银碳纳米管混合后，制得载银碳纳米管粘结在制备的纤维中，由于碳纳米管本身的强度较高，通过混合后制备的纤维具有较高的强度，解决了现有中空纤维在保暖的同时断裂强度较低的问题。

本发明的多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维复合后通过多孔发热聚氨酯纤维的吸湿作用可是实现对体内蒸发的水分吸收，使得复合纱线能够吸收水分，在吸收汗液后多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维都具有抗菌能力，使得复合纱线不会局部发霉变味；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料，是由多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维按照2.8：1的比例混合纺织成纱线后制备而成；

其中多孔发热聚氨酯纤维的具体制备过程如下：

步骤1：将3，5-二羟基苯甲酸加入水中，然后向反应容器中加入氢氧化钠，混合均匀后升温至80℃，然后向反应容器中滴加溴甲烷，滴加完全后恒温搅拌反应5h，然后用饱和氯化钠洗涤后得到有机相，有机相通过无水氯化钙干燥，然后进行减压蒸馏，得到产物a；3，5-二羟基苯甲酸中的酚羟基在碱性条件下与氯代烃反应，形成醚；其中每克3，5-二羟基苯甲酸中加入氢氧化钠0.31g，加入溴甲烷1.23-1.24g；

步骤2：将产物a加入丙酮溶液中，升温至60℃后向反应容器中加入氯化缩水甘油三甲基铵，搅拌反应3h，然后蒸发除去其中的溶剂后进行减压蒸馏，得到产物b；产物a中的苯甲酸基能够与氯化缩水甘油三甲基铵中的环氧基发生开环反应，进而将氯化缩水甘油三甲基铵引入产物a中；每克产物a中加入氯化缩水甘油三甲基铵1.65-1.66g；

步骤3：将产物b加入二氯甲烷中搅拌均匀，然后向其中加入三溴化硼，升温至80℃回流反应5h，将得到的产物进行减压蒸馏，得到亲水性单体，每克产物b中加入三溴化硼0.45g；此时单体中含有两个酚羟基和季铵盐基团，季铵盐基团具有较高的亲水性，使得单体具有亲水性；

步骤4：将步骤3中制备的亲水性单体加入丙酮中，升温至70℃后向其中加入石蜡，搅拌至石蜡完全溶解，然后向反应容器中逐滴加入异佛尔酮二异氰酸酯，滴加完全后恒温反应10h，得到聚合物溶液；每克亲水性单体中加入石蜡0.25-0.27g，加入异佛尔酮二异氰酸酯0.79-0.81g；由于亲水性单体中的酚羟基与异佛尔酮二异氰酸酯中的-nco基团反应，使得亲水性单体之间通过异佛尔酮二异氰酸酯进行交联形成聚合物，在制备聚合物过程中由于石蜡熔融在反应溶液中，反应过程中石蜡穿插在聚合物空间结构中；

步骤5：将步骤4中制备的聚合物溶液通过静电纺丝机进行静电纺丝，制备得到亲水性聚氨酯纤维，并将制备的亲水性聚氨酯纤维加入70℃的热水中搅拌30min后，热水的表面漂浮一层石蜡油，然后捞出亲水性聚氨酯纤维后用70℃的热水冲洗去掉纤维表面黏附的石蜡油，同时将反应热水表面的石蜡油通过分液回收，并将冲洗后的纤维在50℃的烘干室中进行烘干，得到表面多孔型多孔发热聚氨酯纤维；由于石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡，此时通过热水对石蜡进行熔融后，纤维的表面石蜡占有的空间形成孔状结构，进而使得纤维表面和内部均含有多孔结构，同时由于制备聚合物的单体上含有季铵盐基团，单体具有亲水性，进而使得聚合后的纤维上含有大量的亲水基团，使得纤维具有较高的亲水性，在制备面料时，由于亲水基团的作用使得纤维能够快速吸附人体散发的汗液，并且由于纤维表面和内部含有大量的孔，进而提高纤维的比表面积，使得汗液快速传递至体外，并且由于较大的比较表面有利于汗液快速干燥，使得衣服干爽，进而提高了纤维的保暖性能，并且纤维结构表面大量的孔道结构使得纤维具有较高的透气舒适性，同时季铵盐基团具有一定的抗菌性能，使得汗液经过纤维吸附散发过程中不会滋生细菌，防止衣服发霉和保留难闻的汗味，并且由于纤维的多孔结构使其比表面积增大，季铵盐基团的作用位点增多，进而使得制备的纤维抗菌性能提高；但是由于纤维表面和内部具有多孔结构，使得纤维的抗拉伸强度较低，单独使用改纤维制备衣物时在高强度作业时容易出现破损；

抗菌高强度聚乙烯醇纤维的具体制备过程如下：

①配置浓度为200mg/l的硝酸银溶液，将碳纳米管加入硝酸银溶液中在30℃下震荡10h后过滤洗涤干燥，得到载银碳纳米管；每毫升硝酸银溶液中加入2mg的碳纳米管；

②将聚乙烯醇加入100℃的热水中溶解后，向其中加入步骤①中制备的载银碳纳米管，混合搅拌均匀后通过溶液纺丝法制备抗菌高强度聚乙烯醇纤维；由于碳纳米管具有加大的比表面积和作用位点，能够吸附银离子，同时碳纳米管本身具有一定的抗菌性能，吸附银离子后通过银离子的作用使其抗菌性能增强，由于聚乙烯醇具有一定的粘结性能，在于载银碳纳米管混合后，制得载银碳纳米管粘结在制备的纤维中，由于碳纳米管本身的强度较高，通过混合后制备的纤维具有较高的强度；其中每千克聚乙烯醇中加入85-90g载银碳纳米管；

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，制备由多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维；

第二步，将第一步中制备的多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维复合后通过多孔发热聚氨酯纤维的吸湿作用可是实现对体内蒸发的水分吸收，使得复合纱线能够吸收水分，在吸收汗液后多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维都具有抗菌能力，使得复合纱线不会局部发霉变味；

第三步，将第二步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

本发明的有益效果：

本发明通过在纤维聚合物制备过程中添加石蜡，通过石蜡在高温下相变的性能，使得石蜡与聚合物共同纺丝后，石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡，此时通过热水对石蜡进行熔融后，纤维的表面石蜡占有的空间形成孔状结构，进而使得纤维表面和内部均含有多孔结构，同时由于制备聚合物的单体上含有季铵盐基团，单体具有亲水性，进而使得聚合后的纤维上含有大量的亲水基团，使得纤维具有较高的亲水性，在制备面料时，由于亲水基团的作用使得纤维能够快速吸附人体散发的汗液，并且由于纤维表面和内部含有大量的孔，进而提高纤维的比表面积，使得汗液快速传递至体外，并且由于较大的比较表面有利于汗液快速干燥，使得衣服干爽，进而提高了纤维的保暖性能，并且纤维结构表面大量的孔道结构使得纤维具有较高的透气舒适性，制备方法简单，并且制备的纱线具有较高的吸湿性，解决了现有保暖面料吸湿性和保暖性能较低的问题。

本发明制备的多孔发热聚氨酯纤维强度较低，但是抗菌高强度聚乙烯醇纤维制备过程中加入碳纳米管，由于碳纳米管具有加大的比表面积和作用位点，能够吸附银离子，同时碳纳米管本身具有一定的抗菌性能，吸附银离子后通过银离子的作用使其抗菌性能增强，由于聚乙烯醇具有一定的粘结性能，在于载银碳纳米管混合后，制得载银碳纳米管粘结在制备的纤维中，由于碳纳米管本身的强度较高，通过混合后制备的纤维具有较高的强度，解决了现有中空纤维在保暖的同时断裂强度较低的问题。

本发明的多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维复合后通过多孔发热聚氨酯纤维的吸湿作用可是实现对体内蒸发的水分吸收，使得复合纱线能够吸收水分，在吸收汗液后多孔发热聚氨酯纤维和抗菌高强度聚乙烯醇纤维都具有抗菌能力，使得复合纱线不会局部发霉变味。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明多孔发热聚氨酯纤维反应结构式。

具体实施方式

请参阅图1，结合如下实施例进行详细说明：

实施例1：

多孔发热聚氨酯纤维的具体制备过程如下：

步骤1：将1kg3，5-二羟基苯甲酸加入15l水中，然后向反应容器中加入0.31kg氢氧化钠，混合均匀后升温至80℃，然后向反应容器中滴加1.23kg溴甲烷，滴加完全后恒温搅拌反应5h，然后用饱和氯化钠洗涤后得到有机相，有机相通过无水氯化钙干燥，然后进行减压蒸馏，得到产物a，产率为93.6％；

步骤2：将1kg产物a加入丙酮溶液中，升温至60℃后向反应容器中加入1.65kg氯化缩水甘油三甲基铵，搅拌反应3h，然后蒸发除去其中的溶剂后进行减压蒸馏，得到产物b，产率为95.1％；

步骤3：将1kg产物b加入14l二氯甲烷中搅拌均匀，然后向其中加入0.45kg三溴化硼，升温至80℃回流反应5h，将得到的产物进行减压蒸馏，得到亲水性单体，产率为92.6％；

步骤4：将步骤3中制备的1kg亲水性单体加入丙酮中，升温至70℃后向其中加入0.25kg石蜡，搅拌至石蜡完全溶解，然后向反应容器中逐滴加入0.79kg异佛尔酮二异氰酸酯，滴加完全后恒温反应10h，得到聚合物溶液；

步骤5：将步骤4中制备的聚合物溶液通过静电纺丝机进行静电纺丝，制备得到亲水性聚氨酯纤维，并将制备的亲水性聚氨酯纤维加入70℃的热水中搅拌30min后，热水的表面漂浮一层石蜡油，然后捞出亲水性聚氨酯纤维后用70℃的热水冲洗去掉纤维表面黏附的石蜡油，同时将反应热水表面的石蜡油通过分液回收，并将冲洗后的纤维在50℃的烘干室中进行烘干，得到表面多孔型多孔发热聚氨酯纤维；由于石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡；

抗菌高强度聚乙烯醇纤维的具体制备过程如下：

①配置浓度为200mg/l的硝酸银溶液，将2kg碳纳米管加入1l硝酸银溶液中在30℃下震荡10h后过滤洗涤干燥，得到载银碳纳米管；

②将1kg聚乙烯醇加入100℃的热水中溶解后，向其中加入85g步骤①中制备的载银碳纳米管，混合搅拌均匀后通过溶液纺丝法制备抗菌高强度聚乙烯醇纤维。

实施例2：

多孔发热聚氨酯纤维的具体制备过程如下：

步骤1：将1kg3，5-二羟基苯甲酸加入15l水中，然后向反应容器中加入0.31kg氢氧化钠，混合均匀后升温至80℃，然后向反应容器中滴加1.24kg溴甲烷，滴加完全后恒温搅拌反应5h，然后用饱和氯化钠洗涤后得到有机相，有机相通过无水氯化钙干燥，然后进行减压蒸馏，得到产物a，产率为93.9％；

步骤2：将1kg产物a加入丙酮溶液中，升温至60℃后向反应容器中加入1.66kg氯化缩水甘油三甲基铵，搅拌反应3h，然后蒸发除去其中的溶剂后进行减压蒸馏，得到产物b，产率为94.8％；

步骤3：将1kg产物b加入14l二氯甲烷中搅拌均匀，然后向其中加入0.45kg三溴化硼，升温至80℃回流反应5h，将得到的产物进行减压蒸馏，得到亲水性单体，产率为93.1％；

步骤4：将步骤3中制备的1kg亲水性单体加入丙酮中，升温至70℃后向其中加入0.27kg石蜡，搅拌至石蜡完全溶解，然后向反应容器中逐滴加入0.79kg异佛尔酮二异氰酸酯，滴加完全后恒温反应10h，得到聚合物溶液；

步骤5：将步骤4中制备的聚合物溶液通过静电纺丝机进行静电纺丝，制备得到亲水性聚氨酯纤维，并将制备的亲水性聚氨酯纤维加入70℃的热水中搅拌30min后，热水的表面漂浮一层石蜡油，然后捞出亲水性聚氨酯纤维后用70℃的热水冲洗去掉纤维表面黏附的石蜡油，同时将反应热水表面的石蜡油通过分液回收，并将冲洗后的纤维在50℃的烘干室中进行烘干，得到表面多孔型多孔发热聚氨酯纤维；由于石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡；

抗菌高强度聚乙烯醇纤维的具体制备过程如下：

①配置浓度为200mg/l的硝酸银溶液，将2kg碳纳米管加入1l硝酸银溶液中在30℃下震荡10h后过滤洗涤干燥，得到载银碳纳米管；

②将1kg聚乙烯醇加入100℃的热水中溶解后，向其中加入90g步骤①中制备的载银碳纳米管，混合搅拌均匀后通过溶液纺丝法制备抗菌高强度聚乙烯醇纤维。

实施例3：

多孔发热聚氨酯纤维的制备方法与实施例1相同，将实施例1石蜡的加入量替换为0.29kg。

实施例4：

多孔发热聚氨酯纤维的制备方法与实施例1相同，将实施例1石蜡的加入量替换为0.23kg。

实施例5：

抗菌高强度聚乙烯醇纤维的制备过程与实施例1相同，将实施例1中载银碳纳米管的加入量替换为78g。

实施例6：

抗菌高强度聚乙烯醇纤维的制备过程与实施例1相同，将实施例1中载银碳纳米管的加入量替换为98g。

实施例7：

多孔发热聚氨酯纤维的具体制备过程如下：

步骤1：将1kg3，5-二羟基苯甲酸加入丙酮中，升温至70℃后向其中加入0.27kg石蜡，搅拌至石蜡完全溶解，然后向反应容器中逐滴加入0.67kg异佛尔酮二异氰酸酯，滴加完全后恒温反应10h，得到聚合物溶液；

步骤2：将步骤1中制备的聚合物溶液通过静电纺丝机进行静电纺丝，制备得到亲水性聚氨酯纤维，并将制备的亲水性聚氨酯纤维加入70℃的热水中搅拌30min后，热水的表面漂浮一层石蜡油，然后捞出亲水性聚氨酯纤维后用70℃的热水冲洗去掉纤维表面黏附的石蜡油，同时将反应热水表面的石蜡油通过分液回收，并将冲洗后的纤维在50℃的烘干室中进行烘干，得到表面多孔型多孔发热聚氨酯纤维；由于石蜡穿插在聚合物结构中，聚合物溶液静电纺丝制备的纤维中含有石蜡。

实施例8：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例1中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例1中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例9：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例2中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例2中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例10：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例1中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例3中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例11：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例1中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例4中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例12：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例5中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例1中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例13：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例6中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例1中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例14：

一种抗菌保暖聚氨酯复合面料的制备工艺，具体制备过程如下：

第一步，将实施例7中制备的多孔发热聚氨酯纤维和实施例1中制备的抗菌高强度聚乙烯醇纤维以2.8：1的比例混合后纺织，得到复合纱线；

第二步，将第一步中制备的复合纱线进行编制，得到抗菌保暖聚氨酯复合面料。

实施例15：

将实施例8、实施例9、实施例10和实施例11制备的多孔发热聚氨酯纤维进行氮气吸附分析测定和抗拉伸强度的测定，结果如表1所示：

表1：多孔发热聚氨酯纤维氮气吸附分析和抗拉伸强度测定结果

由表1可知，实施例8和9中多孔发热聚氨酯纤维的比表面积可以达到52.6m²/g，同时抗拉强度达到2.93cn/dtex，而实施例10中加入的石蜡量较多，使得限位内外孔较多，但是其抗拉伸强度较低，不能满足需求，而实施例11中加入石蜡量较少时其比表面积降低，使得纤维的吸湿发热能力降低。

实施例16：

将实施例8-14中制备的复合纱线和复合面料进行性能测试，具体测试过程如下：

(1)复合纱线的回潮率测试：按照gb/t9995-1997标准测试实施例8-14中制备的复合纱线的回潮率，将复合纱线在烘干箱中烘干至恒重，同时测定其质量为m0，然后将纱线放置在温度为20℃，湿度为65％rh的恒温恒湿箱中平衡48h，测定此时复合纱线的质量为m1，回潮率结果如表2所示：

(2)复合面料的吸湿发热性能测定：将两块均为100mm×100mm的相同复合面料缝合成袋状，在袋状的边缘留取一个插口，将热电偶插入插口中，然后将缝合后的袋状试样放置在烘干箱中烘干至恒重，然后在干燥器中冷却，再将试样放置在温度为20℃，湿度为65％rh的恒温恒湿箱中平衡1h，测定温度变化，结果如表2所示：

表2实施例8-14中制备的复合纱线和复合面料进行性能测试结果

由表2可知，实施例8和9中面料的回潮率、抗拉伸强度和吸湿发热性能基本相同，并且其吸湿发热性能满足国际标准(最高温度≧4℃，30min内平均温度≧3℃)，而实施例10中由于石蜡含量升高，使得制备的纤维内部和表面的孔道含量增多，使得其比表面积增大对于水分子的吸附负载量增大，进而使得其回潮率升高，并且其吸湿发热性能与实施例8和实施例9相比有所升高，但是由于孔道结构的增多使其抗拉伸强度降低；同时实施例11中则正好相反，石蜡含量降低时，纤维表面和内部的孔道减少，进而使得其抗拉伸强度升高，但是其吸湿发热性能和回潮率降低；而实施例12和实施例13中，当载银碳纳米管含量升高时，制备的复合纱线的抗拉伸强度明显升高，但是其断裂伸长率降低，使得制备的复合纱线质地不柔软，同时实施例14中制备多孔发热聚氨酯纤维时没有添加季铵盐有机物，使得制备的产物中没有亲水基团季铵盐基团，制备的纱线回潮率和吸湿发热性能大幅度降低，吸湿发热性能低于国际标准。

实施例17：

将实施例8-14制备的纱线进行抗菌性能测试，具体如下：

将纱线进行灭菌，选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在37℃的培养基上培养24h，将培养液离心洗涤后制成浓度为10⁷个/ml^-1的菌液，分别称取100ml大肠杆菌的菌液和金黄色葡萄球菌的菌液，向其中加入长度为1cm的灭菌后的纱线，在37℃下恒温震荡24h，然后分别量取0.1ml菌液，测定其中活菌的数量，结果如表3所示：

表3：实施例8-14制备的纱线抗菌性能测试结果

由表3可知，实施例12中载银碳纳米管含量降低时纱线的抗菌性能减低，同时纤维制备过程中不引入季铵盐时，其抗菌能力大幅度降低。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。