专利名称：蚕丝烧制产品及其制造方法和采用该产品的抗菌材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用作抗菌材料的蚕丝烧制产品，以及该产品的制备方法。
背景技术：
在专利文件1中，通过烧制和炭化蚕丝材料而制成的蚕丝烧制产品，被用作电磁波屏蔽材料。
该蚕丝烧制产品由以下步骤形成蚕丝材料在低温下(例如，400-450℃)经初级烧制；冷却上述蚕丝材料；以及，该蚕丝材料在1100-1200℃温度下经次级烧制。
请注意，专利文件1为第2002-220745号日本专利公报。
发明内容
本发明的发明人研究了蚕丝烧制产品的各种用途，他们发现在低温下(也就是1000℃或更低的温度)烧制的蚕丝烧制产品，具有吸附和抗菌性能。
本发明的蚕丝烧制产品，其特征在于在1000℃或更低的温度下烧制和炭化蚕丝材料。
通过低温烧制，氨基酸衍生的氮成分依然保持高比例。抗菌性能就是由高比例的残余氮成分表现出来的。
因此，该蚕丝烧制产品适用作面罩等中的抗菌材料。
蚕丝烧制产品优选包括18-35重量％的氮元素。
蚕丝烧制产品可经过活化处理而使得表面积扩大，从而进一步提高吸附和抗菌性能。
本发明的方法包含以下步骤蚕丝材料以100℃/小时或更小的升温速度，直到达到第一温度进行初级烧制；维持第一温度数小时；上述蚕丝材料以100℃/小时或更小的升温速度，直到达到第二温度进行次级烧制，第二温度高于第一温度，为1000℃或更低；以及，维持第二温度数小时。其中上述步骤都在惰性气氛中进行。
较好地，已经过初级烧制的蚕丝材料一旦冷却至室温，就接着对该蚕丝材料进行次级烧制。
较好地，初级烧制步骤和次级烧制步骤中的升温速度为50℃/小时或更小。
请注意，适于蚕丝材料次级烧制的第二温度为1000℃或更低；考虑到蚕丝烧制产品的柔性，优选第二温度为500-900℃，更优选为600-800℃。
所述方法可还包含步骤如下将已经过次级烧制的蚕丝材料暴露于高温蒸汽中，作为活化处理。
发明效果本发明中，蚕丝烧制产品通过在1000℃或更低的温度下烧制和炭化蚕丝材料而制成，因此可制得未石墨化且具有足够柔性的光亮黑色蚕丝烧制产品；该蚕丝烧制产品具有高抗菌性能，所以它可用作面罩中的抗菌材料，等等。
此外，该蚕丝烧制产品保持了蚕丝材料的形态；与其他碳纤维不同，该蚕丝烧制产品为柔性材料，因此它不会刺手。
附图概述
图1为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在2000℃温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。
图2为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在700℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图3为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在1000℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图4为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在1400℃温度下烧制颗粒蚕丝材料制得的。
图5为一种经700℃温度烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。
图6为一种经2000℃温度烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。
本发明的具体实施方式
本发明的蚕丝烧制产品是通过在较低的温度下(也就是1000℃或更低的温度)蚕丝烧制材料而制成的。
在以下描述中，蚕丝材料包括由养殖蚕丝或野蚕丝制成的机织物、针织品、粉末、布、线，等等。所述蚕丝烧制产品是通过烧制上述蚕丝材料一种或多种制成的。
蚕丝材料应该在1000℃或更低的温度下进行烧制。烧制环境应该是惰性气氛，例如氮气环境，氩气环境，或真空环境，以便不使蚕丝材料烧制成灰烬。
蚕丝材料应该经分段烧制，而不是快速烧制。
例如，蚕丝材料在惰性气体环境中进行初级烧制，以100℃/小时或更小的低升温速度，优选为50℃/小时或更小，直到达到第一温度(例如，500℃)，然后维持第一温度数小时。该蚕丝材料一旦冷却至室温后，就在相同的气氛下进行次级烧制，以100℃/小时或更小的较低升温速度，优选为50℃/小时或更小，直到达到第二温度(例如，700℃)，并维持第二温度数小时。然后，上述蚕丝材料或蚕丝烧制产品冷却至室温，并从炉子中取出。请注意，蚕丝材料可在初级烧制之后进行次级烧制而不经冷却步骤。
烧制条件并不限于上述实施方式，它们可根据蚕丝材料的种类、蚕丝烧制产品的功能等等任选更改。
通过蚕丝材料的分段烧制，以低升温速度烧制以及在1000℃或更低的温度下烧制，可以避免蛋白质高有序结构的快速分解，该结构内组合了一打(dozen)氨基酸的结晶和非结晶形式，尤其多种功能可通过高比例的残余氮组分获得。
通过蚕丝材料的低温例如500-1000℃烧制，可制得柔软(柔性)的光亮黑色烧制产品，而未被石墨化。
图1为一种烧制产品的拉曼光谱图，该烧制产品是通过在2000℃温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。在2681cm-1、1570cm-1和1335cm-1处观察到了特征峰，可见粗颗粒蚕丝材料被石墨化。
图2-4为烧制产品的拉曼光谱图，这些烧制产品是分别通过在700℃、1000℃和1400℃的温度下烧制粗颗粒蚕丝材料制得的。经1400℃烧制，光谱强度有所降低，但在上述相同3个位置观察到了特征峰。通过1000℃或更低的温度烧制，没有观察到高特征峰，可见烧制产品未被石墨化。
表1
表1显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的针织品，在氮气环境中经700℃烧制。
测试条件如下加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表1所示，大量氮元素依然保持，也就是，27.4重量％。此外，其它氨基酸衍生元素也依然得以保持。
表2
表2显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的针织品，在氮气环境中经1400℃烧制。
测试条件如下加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表2所示，残余氮元素减少至15.7重量％。
表3
表3显示了一种烧制产品的元素分析(半定量分析)结果，采用电子束微量分析仪。该产品是由养殖蚕丝制成的非织造布，在氮气环境中经700℃烧制。
测试条件如下加速电压15kV；照射电流1μA；以及探头直径100μm.请注意，表中值表示测得元素的趋势，但它们不是被保证的值。
如表3所示，大量氮元素依然保持，也就是24.5重量％。
图5为经700℃烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片。该蚕丝烧制材料的一个表面被薄膜覆盖，所述薄膜为来自于氨基酸的烧制残余物，例如氮元素。
另一方面，图6为经2000℃烧制的蚕丝材料的FE-SEM照片，但该蚕丝烧制材料的表面清晰，没有被薄膜覆盖。
表4
表4表示烧制产品的抗菌试验结果，所述烧制产品为由养殖蚕丝制成的机织物，在氮气气氛中经700℃烧制。
上述试验为JIS L 1902定量试验(统一标准试验)。
标准棉布用作未处理布。未处理布中的细菌数表示未烧制布中已培植和生长的细菌数。
例如，表中的“2.2E+04”表示2.2×104，值“4.3”则是该值的对数值。
如表4所示，细菌在未处理布中生长相当大；另一方面，所有细菌在样品(也就是，烧制布)中均大大减少，因此我们发现该烧制产品具有抗菌性能。
通过蚕丝材料的多级分段烧制，采用1000℃或更低的温度，以及较低的升温速度进行烧制，样品中依然保持大量氨基酸的衍生元素，例如氮元素，因此样品能具有抗菌性能。
由于蚕丝烧制产品具有抗菌性能，因此该产品适用作面罩材料，等等。
将蚕丝烧制产品用作抗菌滤材的情况下，可选用片状蚕丝材料进行烧制而制成片状烧制产品，该片状蚕丝材料可以是机织布、针织物、粉末或非织造布。通过调节机织布、针织物、粉末或非织造布的密度，蚕丝烧制产品的透气性能可得到调整。
活化处理可应用于蚕丝烧制产品，使得蚕丝烧制产品的一个表面形成不规则状，并提高该表面的表面积，从而吸附性和抗菌性能可得以提高。
例如，活化处理是将蚕丝烧制产品暴露于温度约850℃(1000℃或更低温度)的高温蒸汽中；该活化处理的结果是，许多微细孔(直径为0.1nm至数打nm)在蚕丝烧制产品的表面内形成。
实施例1蚕丝材料在氮气气氛中以较低的升温速度50℃/小时加热，直到达到第一温度(450℃)，然后该材料在第一温度下烧制5小时，作为初级烧制。接下来，所述烧制材料一旦冷却至室温后，就再在氮气气氛中以较低的升温速度50℃/小时加热，直到达到第二温度(700℃)，然后该材料在第二温度下烧制5小时，作为次级烧制。更进一步地，上述烧制材料冷却至室温，从而制成图5中所示的蚕丝烧制产品。
使蚕丝烧制产品暴露于温度为850℃的蒸汽中，作为活化处理，因此，许多微细孔在蚕丝烧制产品的表面形成；蚕丝烧制产品的表面积可扩大约1000倍。
权利要求
1.一种蚕丝烧制产品，它是通过在1000℃或更低温度下烧制和炭化蚕丝材料而形成的。
2.如权利要求1所述的蚕丝烧制产品，其特征在于，所述蚕丝烧制产品包括18-35重量％的氮元素。
3.如权利要求1或2所述的蚕丝烧制产品，其特征在于，所述蚕丝烧制产品经活化处理，从而在该蚕丝烧制产品的表面形成许多微细孔。
4.一种由蚕丝烧制产品制成的抗菌材料，该蚕丝烧制产品是通过在1000℃或更低温度下烧制和炭化蚕丝材料而形成的。
5.如权利要求4所述的抗菌材料，其特征在于，所述蚕丝烧制产品包括18-35重量％的氮元素。
6.如权利要求4或5所述的抗菌材料，其特征在于，所述蚕丝烧制产品经活化处理，从而在该蚕丝烧制产品的表面形成许多微细孔。
7.一种制备蚕丝烧制产品的方法，它包含以下步骤以100℃/小时或更小的升温速度对蚕丝材料进行初级烧制，直到达到第一温度；保持第一温度数小时；以100℃/小时或更小的升温速度对上述蚕丝材料进行次级烧制，直到达到第二温度，第二温度高于第一温度，且为1000℃或更低；以及保持第二温度数小时，其中所述步骤均在惰性气氛中进行。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，经过初级烧制的蚕丝材料一旦冷却至室温，然后就对该蚕丝材料进行次级烧制。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，初级烧制步骤和次级烧制步骤中的升温速度为50℃/小时或更小。
10.如权利要求7、8或9所述的方法，它还包括如下步骤将经过次级烧制的蚕丝材料暴露于高温蒸汽中，作为活化处理。
全文摘要
本发明提供一种新颖蚕丝烧制产品。本发明的蚕丝烧制产品，其特征在于将蚕丝材料在1000℃或更低温度下的烧制和炭化步骤。通过低温烧制，氨基酸衍生的氮成分依然保持高比例。抗菌性能就是由高比例的残余氮成分表现出来的。因此，该蚕丝烧制产品适用作面罩等中的抗菌材料。
文档编号D01F9/18GK1809658SQ20048001705
公开日2006年7月26日 申请日期2004年7月15日 优先权日2003年7月16日
发明者橋爪仁, 清水诚, 八幡富男, 木村睦 申请人:信浓绢糸株式会社