一种皮芯结构驱蚊抗菌纤维及其制备方法与流程

本发明涉及纤维加工制备领域，尤其涉及一种皮芯结构防蚊抗菌纤维及其制备方法。

背景技术：

在炎热的夏季，蚊虫叮咬让人的皮肤变得红肿和感到刺痒，更是传播病菌的主要渠道之一。每年都会向全球1亿多人的人口传播疾病，这个问题不容忽视，我们急切需要找到有效的防蚊措施。很长一段时间内，人们使用不同的防蚊剂或者生物制剂抑制蚊子的滋生，但是这些防蚊剂由于浓度较高并且会直接与人体接触，在驱避或者灭蚊的同时会对人体健康造成不好的影响。随着人们物质生活水平的提高，消费者对服装的要求不断改变，除注重服装舒适性、款式新颖外，对纺织品的功能性提出了更多的要求。人们期盼服装能够具有防蚊、驱蚊的功效，这样就可以消除被蚊虫叮咬的困扰。因此，近些年，对于防蚊纺织品的研究备受关注。

研究初始阶段，人们多采用涂层、直接浸渍、微胶囊、环糊精一驱蚊剂超分子包合物法、纳米树脂粘合等后整理的方法赋予纤维或织物防蚊功能，但制成的产品耐水洗性、手感和穿着舒适性都存在不足。现阶段，研究者开始采用共混或复合纺丝法，在纺丝过程中添加防蚊剂制备防蚊纤维，使纺制的纤维具有较好的防蚊功效。目前关于防蚊抗菌纤维主要是采用皮芯结构，通过制孔技术解决防蚊剂释放的问题，但同时造成了纤维强度的下降及后续手感不良的问题，严重制约了防蚊纤维应用市场。

技术实现要素：

为解决目前防蚊抗菌纤维强度下降及后续手感不良的问题，本发明提出了一种皮芯结构驱蚊抗菌纤维及其制备方法，制备的防蚊纤维能够避免后续制孔过程对同芯构型防蚊纤维力学性能和防蚊剂含量的影响，同时皮芯型防蚊抗菌纤维手感柔软光滑，可以避免后整理法导致的防蚊纺织品手感发硬、舒适性不良等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种皮芯结构驱蚊抗菌纤维为皮芯相切型结构，皮层包括聚合物树脂、抗菌剂，芯层包括聚合物树脂、驱蚊剂，所述的皮层占驱蚊抗菌纤维总重量的20～80％，优选为20～60wt％。

所述皮层中抗菌剂的质量百分比含量为0.1-2％，芯层中驱蚊剂的质量百分比含量为1～30％。

聚合物树脂选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚乳酸中的任意一种或几种。

作为优选，所述抗菌剂为纳米抗菌剂，优选为纳米银、纳米氧化锌粉体、纳米氧化钛粉体、纳米磷酸锆载银抗菌剂中的一种或几种，更优选为纳米银。

作为优选，驱蚊剂为驱蚊微胶囊，驱蚊微胶囊芯材为拟除虫菊酯化合物，壁材为合成高分子材料，所述芯材包覆在壁材之内，所述驱蚊胶囊颗粒平均粒径1-8μm，芯材与壁材的质量比1∶4-4∶1。

作为优选，拟除虫菊酯化合物选自氯氰菊酯、溴菊酯、胺菊酯、苄呋菊酯、环戊烯丙菊酯、甲醚菊酯和氯菊酯中的一种或多种。

作为优选，所述合成高分子材料包括但不限于聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚脲、聚酰胺。

所述驱蚊胶囊通过界面聚合法制备，制备出具有核壳结构的微粒。主要分为油相配制、水相配制、乳化及胶囊化四个步骤。将油溶性单体多异氰酸酯溶在含防蚊活性成分的油相中，而后将水溶性单体多元醇或多元胺分散到连续相中，通过两种单体在乳液滴的油-水界面发生聚合反应而生成聚合物囊壁。具体制备方法为以下步骤：

(a)油相配制：将拟除虫菊酯化合物充分溶解于环己酮中，加入多异氰酸酯混合均匀；

作为优选，油相中拟除虫菊酯化合物的质量浓度为0.1％-1.2％。

作为优选，所述多异氰酸酯选自甲苯-2，4-二异氰酸酯(tdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)中的一种。

(b)水相配制：将复配乳化剂分散到去离子水中，在高剪切速率下制成乳化剂/水体系；

作为优选，复配乳化剂为tween-80与span-80按质量比1∶1混合得到，复配乳化剂在水相中的质量浓度为3％-7％。

所述的高剪切速率为大于400r/min。

(c)乳化：将步骤(a)的油相加入到步骤(b)的水相中，搅拌后得到乳液；

作为优选，油相与水相的质量比为1∶4-4∶1。

作为优选，以200-600r/min转速搅拌，获得均匀稳定的白色乳液为止。

(d)微胶囊化：将乳液转移到反应容器中，加入多元醇或二多元胺，搅拌并升温至35-65℃，保温反应1-5h，得到悬浮液；

作为优选，所述多元醇或二多元胺选自聚乙二醇400、聚乙二醇1000、聚丙二醇2000、二乙烯三胺(deta)，乙二胺(eda)、三乙烯四胺等中的一种；

作为优选，以200-600r/min速度搅拌。

(e)过滤，洗涤并干燥，得到驱蚊胶囊。

本发明驱蚊剂采用微胶囊的形式添加，可以实现驱蚊剂可控释放，能够保证经过水洗后的纺织品其有效成分仍可从纤维内部至表面迁移，随着水洗次数的增加，驱蚊剂仍能够达到较大的释放量，最终获得防蚊灭蚊效果较好且长久的纺织品。

一种皮芯结构驱蚊抗菌纤维的制备方法为以下步骤：

(1)将抗菌剂与聚合物树脂进行预捏合，然后熔融共混制得纳米抗菌剂的抗菌母粒，然后将抗菌母粒与聚合物树脂预分散，得到皮层组分；将驱蚊胶囊与聚合物预分散，得到芯层组分；预分散为共混过程。

作为优选，纳米抗菌剂含量为抗菌母粒的10～50wt％。

作为优选，所述的捏合的温度为60℃～150℃，时间为30～120min。

(2)将芯层组分与皮层组分分别用双螺杆挤出机组熔融输送，分配到喷丝板的各个喷丝孔，从喷丝孔中射出，最后冷却凝固、上油、导丝、卷绕即得到皮芯结构驱蚊抗菌纤维。

本发明采用双螺杆挤出机机组，优点是皮层与芯层是带有功能母粒的混合切片，采用双螺杆机组不仅起到熔融输送作用，而且能更有效地将抗菌剂和驱蚊剂分散在聚合物树脂中。作为优选，皮层组分的螺杆在四个区的温度依次为220-275℃、245-292℃、245-292℃、245-292℃，芯层组分的螺杆在四个区的温度依次为220-275℃、245-290℃、245-290℃、245-290℃；

本发明中皮层与芯层组分分别用双螺杆挤出机组挤出熔融输送，熔体分别经分配管道进入纺丝箱体，熔体分别经过各自计量泵精确计量后，按一定比例(皮层复合组份占复合纤维总重量的20wt％～80wt％)进入复合纺丝组件复合，然后被均匀分配到喷丝板的各个喷丝孔，从喷丝孔中射出，形成熔体细流。熔体细流被冷却风冷却，凝固成丝条，其中侧吹风风压为50～500pa，风速为0.2～1.2m/s；风温为15～20℃，风湿度为65％～80％。冷却后丝束经导丝器由专用油剂上油后，通过甬道到达卷绕工序，经上下导丝盘改变走向、调节张力后，进入卷绕机卷绕成丝饼，牵伸卷绕速度为2500～4500m/min；

作为优选，加弹过程中，第一热箱温度为145-180℃，第二热箱温度为130-135℃，牵伸比为1.52-1.78，d/y比为1.4-1.7，加工速度为450-600m/min。

所述喷丝板中芯喷丝孔与皮喷丝孔相切。本发明的喷丝孔使所述的皮芯型防蚊纤维的芯层与皮层相切，防蚊剂则从切口处缓缓释出，以达到较为持久的驱蚊目的。

与现有技术相比。本发明的有益效果是：

(1)本发明的皮芯相切型防蚊抗菌纤维通过芯层与皮层构相切的特殊结构，使得无需对皮层进行制孔就可实现芯层的防蚊剂从切口处向外缓慢释放，从而赋予了纤维持久的防蚊效果，并保留了纤维本身的力学性能；

(2)本发明在皮层中添加抗菌功能母粒，从而实现纤维多功能性，更能满足现代家用纺织品要求；

(3)制得的皮芯型防蚊抗菌纤维手感柔软光滑。

附图说明

图1为防蚊微胶囊电镜图；

图2为实施例皮芯相切型防蚊抗菌纤维的横截面示意图；

其中，a为皮层，b为芯层。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

将20公斤纳米银抗菌剂与80公斤聚酰胺切片进行预捏合，捏合温度为120℃，捏合时间为60min；然后经过双螺杆挤出机熔融共混制得纳米抗菌剂含量为20wt％的母粒，将聚酰胺切片与抗菌母粒按90∶10的比例进行共混，作为组分a。

将溴菊酯充分溶解于环己酮中，加入甲苯-2，4-二异氰酸酯混合均匀制得含0.5wt％溴菊酯的油相；将复配乳化剂(吐温80和司班80以质量比1∶1的复配)分散到去离子水中制得含5wt％复配乳化剂的水相；在400r/min高剪切速率下制成乳化剂/水体系；配制好的油相加入到水相乳化剂/水体系中，以400r/min转速搅拌，获得均匀稳定的白色乳液；将乳化好的乳液转移到反应容器中，按照芯壁质量比为1∶2，加入二乙烯三胺(deta)，以400r/min速度搅拌，升温至50℃，保温反应2h，获得悬浮液；过滤，洗涤并干燥获得杀虫剂微胶囊颗粒，该微胶囊平均粒径为4μm，防蚊微胶囊电镜图如图1所示。将防蚊微胶囊和聚丙烯切片按10∶90的比例进行共混，作为b组分。

将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用复合纺丝技术，且所述双组份复合纺丝机的喷丝板中的喷丝孔截面形状为偏心皮芯结构，如图2(1)所示。其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆，皮芯比为35：65。a组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、275℃、275℃、274℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为220℃、245℃、245℃、245℃。其中复合纺丝组件中喷丝板中的喷丝孔截面形状为偏心皮芯结构，如图2(1)所示。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺poy纤维，皮层和芯层的体积比例为1∶4。其中喷丝板规格为48孔，其中侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。所得纤维经加弹工艺后，即得防蚊抗菌dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为170-180℃，第二热箱温度为130-135℃，牵伸比为1.50-1.52，d/y比为1.5-1.6，加工速度为500m/min。

实施例2

将15公斤纳米银抗菌剂与85公斤聚酰胺切片进行预捏合，捏合温度为150℃，捏合时间为30min；然后经过双螺杆挤出机熔融共混制得纳米抗菌剂含量为15wt％的母粒。将聚酰胺切片与抗菌母粒按99∶1的比例进行共混，作为组分a。

采用实施例1所述的界面聚合法制备以聚脲为壁材，氯氰菊酯为芯材的微胶囊，只是所用异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，粒径为2μm，芯壁比为1∶3。其中加入复配乳化剂(吐温80和司班80以质量比1∶1的复配)4％，搅拌速度为500r/min，反应温度为45℃，反应时间为2h。将驱蚊微胶囊和聚酰胺切片按5∶95的比例进行共混，作为b组分。

将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用复合纺丝技术，其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆，皮芯比为40∶60。a组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、275℃、275℃、274℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、278℃、278℃、275℃。其中复合纺丝组件中喷丝板中的喷丝孔截面形状如图2(2)所示。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺fdy纤维，皮层和芯层的体积比例为20∶80。其中喷丝板规格为48孔，其中侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，牵伸比为1.2，热辊温度80℃分别为纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。

所得纤维经加弹工艺后，即得防蚊抗菌dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为145-150℃，第二热箱温度为130-135℃，牵伸比为1.60-1.78，d/y比为1.4-1.7，加工速度为600m/min。

实施例3

将10公斤纳米银抗菌剂与90公斤聚酯切片进行预捏合，捏合温度为100℃，捏合时间为100min；然后经过双螺杆挤出机熔融共混制得纳米抗菌剂含量为10wt％的母粒，将聚酯切片与抗菌母粒按95∶5的比例进行共混，作为组分a

将胺菊酯充分溶解于环己酮中，加入甲苯-2，4-二异氰酸酯混合均匀制得含0.73wt％的油相；将复配乳化剂(吐温80和司班80以质量比1∶1的复配)分散到去离子水中制得含复配乳化剂5wt％的水相，在500r/min高剪切速率下制成乳化剂/水体系；配制好的油相加入到水相乳化剂/水体系中，以500r/min转速搅拌，获得均匀稳定的白色乳液；将乳化好的乳液转移到反应容器中，按照芯壁质量比为2∶1加入聚乙二醇-400，以500r/min速度搅拌，升温至55℃，保温反应3h，获得悬浮液；过滤，洗涤并干燥获得杀虫剂微胶囊颗粒，该微胶囊平均粒径为4.8μm，将防蚊微胶囊和聚酰胺切片按10∶90的比例进行共混，作为b组分。

将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用复合纺丝技术，其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆。a组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、275℃、275℃、274℃270℃、290℃、292℃、292℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、278℃、278℃、275℃。其中复合纺丝组件中喷丝板中的喷丝孔截面形状如图2(3)所示。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺fdy纤维，皮层和芯层的体积比例为30∶70。其中喷丝板规格为48孔，其中侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，牵伸比为1.2，热辊温度分别为纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。

所得纤维经加弹工艺后，即得防蚊抗菌dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160-180℃，牵伸比为1.50-1.58，d/y比为1.4-1.7，加工速度为450m/min。

实施例4

将20公斤纳米银抗菌剂与80公斤聚酯切片进行预捏合，捏合温度为80℃，捏合时间为120min；然后经过双螺杆挤出机熔融共混制得纳米抗菌剂含量为20wt％的母粒，将聚酯切片与抗菌母粒按95∶5的比例进行共混，作为组分a。

采用实施例3所述的界面聚合法制备以聚氨酯为壁材，氯菊酯为芯材的微胶囊，所用多元醇为聚丙二醇-2000，粒径为2μm，芯壁比为1∶3。其中加入复配乳化剂(吐温80和司班80以质量比1∶1的复配)4％，搅拌速度为500r/min，反应温度为45℃，反应时间为2h。将防蚊微胶囊和聚丙烯切片按10∶90的比例进行共混，作为b组分。

将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用复合纺丝技术，其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆。a组分螺杆在四个区的温度依次为270℃、290℃、292℃、292℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为220℃、245℃、245℃、245℃。其中复合纺丝组件中喷丝板中的喷丝孔截面形状如图2(4)所示。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺fdy纤维，皮层和芯层的体积比例为40∶60。其中喷丝板规格为48孔，其中侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。所得纤维经加弹工艺后，即得防蚊抗菌dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160-180℃，牵伸比为1.50-1.58，d/y比为1.4-1.7，加工速度为450m/min对比例1

将20公斤纳米银抗菌剂与80公斤聚酰胺切片进行预捏合，捏合温度为120℃，捏合时间为60min；然后经过双螺杆挤出机熔融共混制得纳米抗菌剂含量为20wt％的母粒，

将聚酰胺切片与抗菌母粒按99∶1的比例进行共混，作为组分a，将驱蚊剂和聚丙烯切片按10∶90的比例进行共混，作为b组分。将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用同心皮芯复合纺丝技术，其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆。a组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、275℃、275℃、274℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为220℃、245℃、245℃、245℃。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺poy纤维，皮层和芯层的体积比例为20：80。其中喷丝板规格为48孔，其中侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。所得纤维经加弹工艺后，即得防蚊抗菌dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为170-180℃，第二热箱温度为130-135℃，牵伸比为1.50-1.52，d/y比为1.5-1.6，加工速度为500m/min。

对比例2

将25wt％碳酸钡母粒和聚酰胺切片按照0.5∶99.5质量比进行共混，作为a组分；将防蚊剂与聚酰胺切片按照5∶95质量比进行共混，作为b组分。将a、b组分分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥后，采用双组份复合纺丝技术，其中a组分走皮层螺杆，b组分走芯层螺杆。a组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、275℃、275℃、274℃，b组分螺杆在四个区的温度依次为250℃、278℃、278℃、275℃。

两组分原料经螺杆熔融挤出、喷丝、冷却固化、上油、卷绕，即得皮芯相切型聚酰胺poy纤维，皮层和芯层的体积比例为30∶70。其中喷丝板规格为48孔，a、b组分螺杆计量泵规格均为1.8cc/r，a螺杆计量泵转速为15r/min，b螺杆计量泵转速为30r/min，侧吹风速度为0.6m/s，风温为22℃，纺丝速度为4200m/min，上油率为1.2％。

所得纤维经加弹工艺后，即得皮芯相切型多孔防蚊聚酰胺dty纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为145-150℃，第二热箱温度为130-135℃，牵伸比为1.60-1.78，d/y比为1.4-1.7，加工速度为600m/min

将制备的dty纤维采用连续化酸处理设备进行制孔处理，工序包括酸处理、清洗、烘干、上油、卷绕。

制孔工艺包括，三个酸洗槽盐酸浓度分别为200g/l、100g/l、50g/l，各槽内停留时间为5min；三个水洗槽停留均为5min；烘干5min，热风温度100℃；上油率0.8wt％，卷绕即得皮芯型多孔防蚊抗菌纤维

测试例

将上述实施例与对比例制备得到的纤维材料进行性能检测，具体检测依据如下：(1)拉伸性能测试方法《gb/t14344-2008化学纤维长丝拉伸性能试验方法》(1)防蚊效果测试方法《gb/t13917.9-2009农药登记卫生杀虫剂室内药效试验及评价第9部分：驱避剂》及《gb/t30126-2013纺织品防蚊性能的检测和评价》；(2)抑菌检测方法《gb/t20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》。检测结果如表1所示。

表1防蚊纤维性能测试结果

从上表中可以看出，本发明的复合纤维兼具抗菌以及显著的防蚊功能，采用微胶囊技术及皮芯相切结构实现了同芯驱蚊纤维所无法实现的驱蚊效果，同时又避免了制孔造成的纤维力学性能下降，并且从多次洗涤晾晒后的驱蚊率的数据可以看到本发明提供的驱蚊抗菌纤维在洗涤晾晒15次后依然有＞80％的驱蚊率，故由其织成的面料对蚊虫具有良好的长期驱避效果。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。