一种温感壳聚糖纤维及其制备方法与流程

文档序号:19161040发布日期:2019-11-16 01:22阅读:321来源:国知局

本发明属于功能性纺织品纤维材料领域,具体涉及一种温感壳聚糖纤维及其制备方法。



背景技术:

温感纤维的研发一直是功能性纺织品材料开发的热点问题之一。目前,市场上现有的温感纤维的开发主要为以下两个方面:一类是通过添加无机粉体,实现远红外发射功能(如cn201410546018.1),但是这种温感纤维不适用于孕妇、儿童这类特殊人群的用品,并且对于心脏不好的人群也不宜使用;另一类是通过纤维吸湿放热从而达到发热的效果(如cn201110098693.9),但是该类纤维在材料方面存在一定的限制,并且发热效果也不佳。

壳聚糖作为一种新兴的纤维材料,具有生物相容性好以及抗菌等优良属性。然而壳聚糖由于大量的分子间和分子内氢键,导致其难以溶解,同时,常规使用酸性溶剂制备得到的壳聚糖材料存在力学性能较脆的问题,此外,壳聚糖纤维作为一种新型的纺织纤维,赋予其不同的功能性可以进一步拓展其应用范围。

辣椒素作为辣椒中的活性成分,可以对一种叫serca的肌肉蛋白产生影响,通常情况下,serca消耗atp(一种分子燃料)将钙离子"泵"过细胞膜上的钙离子通道。一定条件下,辣椒素能够促进serca消耗的atp只能以热量的形式释放,从而达到使穿戴部位升温的效果。此外,辣椒素作为天然生物碱具有十分良好的生物相容性,促进血液循环。目前制备壳聚糖/辣椒素纤维工作的报道较为少见,其主要原因在于辣椒素也不易溶于一般的溶剂,能够将纤维素与辣椒素共同溶于一种溶剂的技术较难实现。



技术实现要素:

本发明的目的是针对上述现有发明中存在的问题,提供一种新型温感壳聚糖纤维及其制备方法。具体技术方案如下:

一种温感壳聚糖纤维的制备方法,所述温感壳聚糖纤维的成分为壳聚糖和辣椒素,包括辣椒素/壳聚糖溶液的制备和湿法纺丝制备纤维材料两步。

其中辣椒素/壳聚糖溶液的制备包括如下流程:步骤一:将辣椒素分散在lioh/尿素水溶液中,快速搅拌均匀,得到辣椒素混合溶液;步骤二:在上述溶液中同时加入壳聚糖和koh,机械搅拌5-30分钟,降低体系温度至-30~-50℃,最终得到辣椒素/壳聚糖溶液,该辣椒素/壳聚糖溶液中lioh、koh和尿素的含量分别为2~6wt%,5~10wt%和10~16wt%。

所加入的辣椒素为天然辣椒素,辣椒素的含量为0.5~1.5wt%。

将辣椒素/壳聚糖溶液经湿法纺丝制备温感壳聚糖纤维的步骤为:将溶解后的辣椒素/壳聚糖溶液经过过滤除杂、真空脱泡后制得纺丝原液,纺丝原液在打压条件下经喷丝板浸入凝固浴中再生,再生后初生纤维经水洗、上油、烘干步骤得到长丝纤维。

由于在长丝制备过程中对于初生纤维的强度要求较高,制备长丝纤维时,凝固浴可为乙二醇或者硫酸钠的水溶液,凝固浴温度为35-75℃。

为保证湿法纺丝的可纺性,并且使得制备得到的纤维材料具有较好的力学性能,壳聚糖的粘均分子量应控制在8×104~15×104的范围内;由于壳聚糖在加工过程中容易发脆,烘干过程应采用阶梯式升温烘干的方法,烘干温度为60-90℃。

本发明的又一目的是提供上述温感壳聚糖纤维的应用,采用本发明制备的温感壳聚糖纤维能够应用于制作内衣、袜子、发热护膝、发热护腰带制品。

与已报道的方法相比,本发明具有明显的技术优势和显著的使用效果。

1)将辣椒素有机均匀分散在壳聚糖纤维基质中,选用辣椒素为发热成分,生物相容性好、可降解、安全性高。

2)本发明使用同一种碱/脲溶剂,有效利用溶剂中各组分与羟基、氨基和羰基形成氢键的能力,将辣椒素和壳聚糖共同溶解于该溶剂中,且我们研究发现依次将辣椒素和壳聚糖纤维分散到溶剂中能够达到最优的共溶解和分散效果。通过选用合适的凝固剂,制备得到的温感壳聚糖纤维,具有多孔结构使得辣椒素均匀分散,制得的纤维强度可以达到1.5-3.8cn/dtex,断裂伸长率达到7-15%。由于辣椒素可以均匀的分散在壳聚糖基质中,因此该纤维并且具有稳定、耐洗涤的优点。用1-3wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤,洗涤20-80次不等,保持原发热功能性的95%以上。、

3)此种温感壳聚糖纤维的应用前景广,利用价值高,制成的内衣、袜子、发热护膝、发热护腰带制品,具有驱寒保暖和一定的保健功效。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案和应用作进一步说明,而不是对本发明进行限制。

实施例1

将0.5wt%的辣椒素分散在lioh/尿素水溶液中,快速搅拌均匀,得到辣椒素混合溶液,同时往上述溶液中加入分子量为8×104的壳聚糖和koh,机械搅拌后,降低体系温度至-35℃,最终经解冻后得到辣椒素/壳聚糖溶液,该辣椒素/壳聚糖溶液中lioh、koh和尿素的含量分别为3.5wt%,6wt%和12wt%。再将上述辣椒素/壳聚糖溶液经过滤除杂、真空脱泡后得到纺丝原液备用;

纺丝原液在打压条件下经喷丝板挤出后进入乙二醇溶液凝固再生,凝固浴温度为45℃,再生后初生纤维经水洗、上油、烘干后得到负载有辣椒素的壳聚糖长丝纤维;所使用的三个烘干辊温度分别为60℃、75℃和90℃。纤维强度可以达到1.5cn/dtex,断裂伸长率达到15%。使用该纤维织成布料,25℃环境条件下,覆盖皮肤5分钟后,通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由37℃变为37.6℃,上升0.6℃。用2wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤,洗涤30次时,保持原发热功能性的95%以上。

实施例2

将1wt%的辣椒素分散在lioh/尿素水溶液中,快速搅拌均匀,得到辣椒素混合溶液,同时往上述溶液中加入分子量为10×104的壳聚糖和koh,机械搅拌后,降低体系温度至-40℃,最终经解冻后得到辣椒素/壳聚糖溶液,该辣椒素/壳聚糖溶液中lioh、koh和尿素的含量分别为4.5wt%,7wt%和13wt%。再将上述辣椒素/壳聚糖溶液经过滤除杂、真空脱泡后得到纺丝原液备用;

纺丝原液在打压条件下经喷丝板挤出后进入乙二醇溶液凝固再生,凝固浴温度为55℃,再生后初生纤维经水洗、上油、烘干后得到负载有辣椒素的壳聚糖长丝纤维;所使用的三个烘干辊温度分别为65℃、75℃和90℃。制得的纤维强度可以达到2.7cn/dtex,断裂伸长率达到9%。使用该纤维织成布料,25℃环境条件下,覆盖皮肤5分钟后,通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36.5℃变为37.5℃,上升1.0℃。用2wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤,洗涤50次时,保持原发热功能性的95%以上。

实施例3

将1.5wt%的辣椒素分散在lioh/尿素水溶液中,快速搅拌均匀,得到辣椒素混合溶液,同时往上述溶液中加入分子量为12×104的壳聚糖和koh,机械搅拌后,降低体系温度至-40℃,最终经解冻后得到辣椒素/壳聚糖溶液,该辣椒素/壳聚糖溶液中lioh、koh和尿素的含量分别为6wt%,9wt%和15wt%。再将上述辣椒素/壳聚糖溶液经过滤除杂、真空脱泡后得到纺丝原液备用;

纺丝原液在打压条件下经喷丝板挤出后进入乙二醇溶液凝固再生,凝固浴温度为70℃,再生后初生纤维经水洗、上油、烘干后得到负载有辣椒素的壳聚糖长丝纤维;所使用的三个烘干辊温度分别为70℃、80℃和90℃。制得的纤维强度可以达到3.8cn/dtex,断裂伸长率达到12%。使用该纤维织成布料,25℃环境条件下,覆盖皮肤5分钟后,通过红外线成像仪拍摄的结果表明覆盖处体温由36.8℃变为39.1℃,上升2.3℃。用2wt%的十二烷基磺酸钠溶液对所得自发热纤维进行洗涤,洗涤80次时,保持原发热功能性的95%以上。

应用实施例

通过上述方法得到的温感壳聚糖纤维,具有优异的发热性能和耐洗涤性能;此外还具有除臭抗菌的功效和一定的保健功效,应用于制作内衣、袜子、发热护膝、发热护腰带、运动服内衬等产品。

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