一种具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维及其制备方法与流程

本发明属于聚酯纤维领域，具体地涉及一种具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维及其制备方法。

背景技术：

纺织纤维因其多孔式物体形状和高分子聚合物的化学结构有利于微生物附着，同时，在人体穿着过程中，会沾上汗液、皮脂以及其它各种人体分泌物和环境污染物，为各种微生物提供营养源，因此，纺织品的抗菌功能研究和开发有着极其重要的意义。具有抗菌除臭功能的纤维都是在制备过程中加入抗菌防臭的药物，经过长时间的穿着或者洗涤，药物容易脱落失效。并且大部分的功能性纤维只具有单一的功能性，并没有将多种功能性实现完美的复合。为了提高服用产品对市场的适应度，就需要开发出具有抗菌除臭及保健功能的复合纤维。

技术实现要素：

本发明的目的在于公开一种具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维及其制备方法，该聚酯纤维不仅具有良好的抗菌除臭能力和保温能力，而且具有促进人体微循环、消炎镇痛、加速伤口愈合、活化基体、促进体内废物排放、消除疲劳、调节神经等保健功效。

本发明设计的一种具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维，该聚酯纤维为皮芯结构，且聚酯构成皮芯结构的芯层，聚乙烯醇-乙烯共聚物在芯层的外围，围合形成皮芯结构的皮层；所述聚乙烯醇-乙烯共聚物沿皮芯结构的径向方向向外连接有聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与二价铜离子络合形成聚酯纤维的抗菌层，且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的末端连接有聚乙二醇，形成聚酯纤维表面的亲肤、亲水层。

进一步地，二氧化锆纳米粒子嵌在聚酯纤维的聚酯芯层中，且二氧化锆纳米粒子的质量为聚酯芯层质量的1.5～4.0％。

再进一步地，所述二氧化锆纳米粒子的平均粒径为30～60nm。

更进一步地，所述聚酯纤维的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度为7～15μm，且聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层上含有若干个孔，孔径为20～50nm，孔隙率为40～50％。

更进一步地，所述聚酯纤维的聚酯芯层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，且聚酯芯层的平均直径为14～20μm。

更进一步地，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯通过配位键与二价铜离子络合，且甲基丙烯酸二甲氨乙酯与二价铜离子的摩尔比为2～3：1。

更进一步地，所述聚乙二醇的分子量为3.0～5.0kDa，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量为8.0～10.0kDa。

本发明还提供了一种聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将二氧化锆纳米粒子和聚对苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合体系I、氯化钠和聚乙烯醇-乙烯共聚物共混形成混合体系II，再将混合体系I和混合体系II熔融共混，通过皮芯纺丝法，制备得到皮芯结构的聚酯纤维，且皮芯结构的聚酯纤维中的皮层为含有氯化钠的聚乙烯醇-乙烯共聚物层，皮芯结构的聚酯纤维中的芯层为含有二氧化锆纳米粒子芯层，氯化钠为纳米粒度氯化钠；

2)将步骤1)制备得到的皮芯结构的聚酯纤维置于水中浸渍、洗涤，溶出氯化钠晶体，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层中含有若干个孔的皮芯纤维；

3)将步骤2)制备得到的皮芯纤维浸渍在溴代异丁酰溴溶液中，发生自由基活化反应，充分洗涤纤维，得到具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维；

4)将步骤3)制备得到的具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维，在氮气的保护氛围下，浸渍在含有溴化亚铜、双吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，发生聚合反应，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维；

5)将步骤4)制备得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维，在相转移催化剂的条件下，与聚乙二醇钾盐发生亲核取代反应，得到末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维。

6)将步骤5)制备得到的末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维浸渍在二价铜离子溶液中发生络合反应，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维。

进一步地，所述步骤3)中的反应时间为30～60min，所述步骤4)中的反应条件为，逐渐升温至65～80℃，再保温反应16～20h。

再进一步地，所述步骤5)中的相转移催化剂为四丁基溴化铵，所述步骤6)中的二价铜离子溶液的浓度为0.45～0.55mol/ml，络合反应时间为1～2h。

作为本发明的技术优选，所述聚乙二醇的分子量优选为4.0kDa。

作为本发明的技术优选，所述二氧化锆纳米粒子的粒径优选为50nm，质量百分含量为2.0～3.5％。

本发明制备的聚酯纤维的原理：

将聚酯纤维设计成皮芯结构，其中皮层富含多孔，达到除臭的目的，芯层嵌有ZrO₂(二氧化锆)纳米粒子，具有保温和保健功能，且皮层表面还键接有二价铜离子(Cu²⁺)络合而形成抗菌层，此外还引入聚乙二醇，提高聚酯纤维的穿着舒适性。

本发明的有益效果在于：

1、该聚酯纤维除具有保温效果，还具有促进人体微循环、消炎镇痛、加速伤口愈合、活化基体、促进体内废物排放、消除疲劳、调节神经等保健功效；此外，还能除臭抗菌，因此是一种同时兼具多种功能的聚酯纤维。

2、该聚酯纤维的制备方法操作可行，能同时制备兼具多种功能的产品，操作简单可行，且成本较低，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例抗菌除臭保健功能聚酯纤维的纤维截面图；

图2为图1的纤维剖面图；

其中，图中各标号如下：

1—聚乙烯醇-聚乙烯共聚物皮层、2—聚乙烯醇-聚乙烯共聚物皮层中的多孔结构、3—聚酯芯层、4—抗菌层、5—亲水、亲肤层、6—ZrO₂纳米粒子。

具体实施方式

下面结合附图和对本发明的较佳实施例进行细致的阐述，使本发明的特征和优点能够被本领域技术人员更容易的接受，并对本发明的保护范围做出更加清楚的界定。

实施例1

如图1所示，本发明公开的具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维为皮芯结构，聚酯构成皮芯结构中的芯层，成为聚酯芯层3，而且聚酯芯3的平均直径优选为14μm(聚酯芯层的直径控制在14～20μm之间)，直径适当的聚酯芯层能与聚合物较好的连接；本实施例中的聚酯优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯，在聚对苯二甲酸乙二醇酯芯层中嵌有ZrO₂纳米粒子6，因为ZrO₂纳米粒子作为远红外材料，除具有保温效果外，还具有促进人体微循环、消炎镇痛、加速伤口愈合、活化基体、促进体内废物排放、消除疲劳、调节神经等保健功效。同时，在本实施例中，ZrO₂纳米粒子的粒径为50nm，含量为2％(ZrO₂纳米粒子的含量优选控制在2.0～3.5％之间)，若ZrO₂纳米粒子含量过高则会影响纤维的强度，过低则会使保温和保健能力变差。

再次结合图1可知，聚乙烯醇-乙烯共聚物在聚酯芯层的外围，围合形成皮芯结构的皮层，成为聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层1，且在本实施中聚乙烯醇-乙烯共聚物皮1的厚度为9μm(聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度可以控制在7～15μm之间)，与此同时，为了保证吸附效果，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层为多孔结构，如图1中聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层中的多孔结构2所示，孔隙率达到40～50％，而孔径为20～50nm，因为过低的孔隙率导致臭气分子的吸附能力不足，而过高的孔隙率会影响聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的力学性能，并影响后期聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯和Cu²⁺形成络合物的抗菌层的接枝密度，最终会影响到纤维的抗菌能力。因此，本实施中具有多孔结构的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层，能够对人体代谢过程中产生的臭气分子，如硫化氢、硫醇等，具有优异的吸附能力，明显减少了因异味分子引起的对中枢神经、口腔、咽喉和胃部的刺激性不良反应。

结合图1、图2可知，在聚乙烯醇-乙烯共聚物沿皮芯结构的径向方向向外连接有聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯，且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量在本实施例中为9.0kDa(聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量控制在8.0～10.0kDa之间)，聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯通过配位键与Cu²⁺络合形成络合物，构成聚酯纤维的抗菌层4，Cu²⁺通过配位键牢固的结合到聚酯纤维上，发挥持久的抗菌能力，并且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯也具有优异的抗菌能力，和Cu²⁺发挥协同抗菌性能够显著提高聚酯纤维的抗菌性；甲基丙烯酸二甲氨乙酯与Cu²⁺的摩尔比优选为2～3:1，若甲基丙烯酸二甲氨乙酯的含量较低，则会导致甲基丙烯酸二甲氨乙酯与Cu²⁺的结合力不牢固，影响抗菌的耐久性；若Cu²⁺的的含量较低，则会影响络合物的抗菌能力。本实施制备的聚酯纤维抗菌层中的聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯与Cu²⁺的结合能力较强，经过30次洗涤之后，Cu²⁺抗菌离子几乎没有损失，仍然保持了较好的抗菌性能，抑菌率仍能保持在86％以上。

再次结合图1和图2可知，在聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的末端连接有聚乙二醇，且本实施中的聚乙二醇的分子量优选为4.0kDa，聚乙二醇的亲水性能够提高聚酯纤维的亲肤性，因此在聚酯纤维的表面形成亲水、亲肤层，如图1和图2中的亲水、亲夫层5所示，在形成亲水、亲肤层的同时，还能赋予聚酯纤维一定的抗菌静电能力，因此在实用性上有效提高了穿着的舒适性，并且赋予了聚酯纤维一定的抗静电能力。

因此本实施例的聚酯纤维兼具多种功能。

实施例2

本实施例公开了该聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将粒径为30nm的ZrO₂纳米粒子和分子量为8.0kDa的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合体系I，且ZrO₂纳米粒子的质量为ZrO₂纳米粒子和聚对苯二甲酸乙二醇酯的总质量的2.0％，纳米粒度氯化钠和分子量为3.0kDa的聚乙烯醇-乙烯共聚物熔融共混形成混合体系II，再将混合体系I和混合体系II熔融共混，通过复合纤维纺丝法，制备皮芯结构的聚酯纤维，且皮芯结构的聚酯纤维中的皮层为含有氯化钠的聚乙烯醇-乙烯共聚物层，皮芯结构的聚酯纤维中的芯层为含有ZrO₂纳米粒子芯层；

2)将步骤1)制备得到的皮芯结构的聚酯纤维置于水中浸渍、洗涤，溶出氯化钠晶体，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层中含有若干个孔的皮芯纤维，且孔径为20～30nm，孔隙率为45％，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度约为9μm；

3)将步骤2)制备得到的皮芯纤维浸渍在溴代异丁酰溴溶液中，反应40min后，充分洗涤纤维，得到具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维；

4)将步骤3)制备得到的具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维，在氮气的保护氛围下，浸渍在含有溴化亚铜、双吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，且溴化亚铜与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔量之比为2：1，逐渐升温至65℃，保温反应18h，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维；

5)将步骤4)中制备得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维，在相转移催化剂四丁基溴化铵的催化作用下，与聚乙二醇钾盐发生亲核取代反应，得到末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维。

6)将步骤5)制备得到的末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维浸渍在浓度为0.5mol/ml的二价铜离子溶液中发生络合反应，反应1.5h，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维。

制备的聚酯纤维的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度为9μm，孔径为20～30nm，孔隙率为45％；聚酯芯层的平均直径为18μm。

实施例3

本实施例中的聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将粒径为50nm的ZrO₂纳米粒子和分子量为10kDa的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合体系I，且ZrO₂纳米粒子的质量为ZrO₂纳米粒子和聚对苯二甲酸乙二醇酯的总质量的3.5％，纳米粒度氯化钠和分子量为5.0kDa的聚乙烯醇-乙烯共聚物熔融共混形成混合体系II，再将混合体系I和混合体系II熔融共混，通过复合纤维纺丝法，制备皮芯结构的聚酯纤维，且皮芯结构的聚酯纤维中的皮层为含有氯化钠的聚乙烯醇-乙烯共聚物层，皮芯结构的聚酯纤维中的芯层为含有ZrO₂纳米粒子芯层；

2)将步骤1)制备得到的皮芯结构的聚酯纤维置于水中浸渍、洗涤，溶出氯化钠晶体，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层中含有若干个孔的皮芯纤维，且孔径为40～50nm，孔隙率为50％，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度约为13μm；

3)将步骤2)制备得到的皮芯纤维浸渍在溴代异丁酰溴溶液中，反应60min后，充分洗涤纤维，得到具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维；

4)将步骤3)制备得到的具有原子转移自由基聚合引发活性的纤维，在氮气的保护氛围下，浸渍在含有溴化亚铜、双吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，且溴化亚铜与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔量之比为3：1，逐渐升温至80℃，保温反应16h，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维；

5)将步骤4)中制备得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维，在相转移催化剂四丁基溴化铵的催化作用下，与聚乙二醇钾盐发生亲核取代反应，得到末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维。

6)将步骤5)制备得到的末端连有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纤维浸渍在浓度为0.45mol/ml的二价铜离子溶液中发生络合反应，反应2.0h，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纤维。

制备的聚酯纤维的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮层的厚度为13μm，孔径为40～50nm，孔隙率为50％；聚酯芯层的平均直径为14μm。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。