一种抗菌远红外保健腈纶纤维及其制备方法和应用与流程

本发明属于纤维加工领域，特别涉及一种抗菌远红外保健腈纶纤维及其制备方法和应用。
背景技术：
太极石是一种天然矿石其主要成分是二氧化硅，还有少量二氧化钛，以及多种微量的金属矿物元素。它的高频共振频率与人体细胞分子的共振频率相当接近可促进人体吸收和聚集正能量，具有多种优异功能如远红外辐射性能、抗紫外线性能及一定的抗菌性能。据调查研究发现穿着含有太极石制备的内衣可以明显促进人体血液微循环，提升新陈代谢。随着太极石天然保健功能的发现，多种与太极石相关的纺织功能产品相继见市。这其中包括纤维、纱线及面料，但无论哪一种产品关于太极石的应用，大都采用在纺丝过程将太极石与纺丝液共混将纺丝液加工成纤维，或者再将纤维纺织成纱线，或者最后再将含有太极石的纱线织成面料中。例如，中国专利申请(cn104153031a)公开了一种能够促进人体微循环的保健纤维及其制造方法通过将太极石超细微粉与纤维基料混合、干燥，加入聚合物助纺剂，造粒得到太极石母粒，然后将太极石母粒和同质纤维切片混合最终制得保健纤维；中国专利申请(cn103726125a)公开了一种防螨抗菌涤纶短纤维及其制备方法，其是将含有太极石的微米级蓄热防螨陶瓷粉末和载银纳米二氧化钛复合抗菌粉体通过酯化聚合纺丝方式制备得到，或者将粉末制成母粒后与聚酯切片混合后纺丝制备得到，经纺丝后得到的防螨抗菌涤纶短纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有较强的抗菌效果；上述两篇中国专利中涉及的保健纤维中虽然均含太极石原料，但其均是在纺丝液中加入太极石纳米粉体，这种通过在纺丝液中加入太极石纳米粉体的方式其太极石纳米粉体的可加入量特别有限，为了保证可纺性及纺丝均匀性，加入量一般不超过5wt％，其太极石的作用和功效难以很好发挥；中国专利(cn104153098a)公开了一种能够促进人体微循环的保健面料，该面料中采用了太极石聚丙烯腈纤维(腈纶纤维)，但该纤维的生产是在纺丝的过程中，加入具有促进人体微循环功能且富有含多种微量金属矿物元素和远红外功能的太极石超细微纳米粉体，与同质纤维切片混合均匀后，抽丝纺纱得到太极石纤维，其同样存在前述的技术问题。技术实现要素：本发明正是为了解决现有的在纺丝液中加入太极石纳米粉体量有限，太极石纤维/丝线不能很好的发挥太极石的远红外、抗菌功效，而提出了一种通过后整理方式将太极石化学法结合于腈纶纤维表面，使其纤维制品最大化发挥太极石作用和功效的抗菌远红外保健腈纶纤维及其制备方法和应用。本发明所提供的技术方案如下：一种抗菌远红外保健腈纶纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)太极石表面抗菌增强改性将一定量的太极石纳米粉体分散于去离子水中，使太极石纳米粉体与去离子水的比例为10～20g/100ml，加入占太极石纳米粉体1～5wt％的无极分散剂，搅拌使其充分分散形成均匀的分散液，然后在搅拌的同时在所述分散液中滴加抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵，使所述抗菌增强剂与所述分散液的比例为0.5～1.2g/100ml，调节ph值为4～7后，在60～80℃下条件下持续反应12～24小时，待反应结束后采用沉淀剂离心提纯，离心提纯后将最终产物在真空干燥箱内室温烘干，得到抗菌增强改性太极石纳米粉体；(2)抗菌远红外保健腈纶纤维的制备将经步骤(1)得到的抗菌增强改性太极石纳米粉体与氨基偶联剂以5：1～5：2的质量比充分分散于去离子水中形成分散液，使去离子水与所述抗菌增强改性太极石纳米粉体的比例为50～80ml/g，然后将腈纶纤维以浴比1:20～1：50添加至所述分散液中，然后在40～100℃反应8～12h，待反应结束后先通过大量的有机溶剂冲洗，然后再用大量去离子水洗涤，最后在自然条件下晾干，即得到抗菌远红外保健腈纶纤维。优选地，步骤(1)中，所述无极分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠。优选地，步骤(1)中，ph值通过添加稀硝酸、醋酸或磷酸进行调节。优选地，步骤(1)中，所述沉淀剂采用无水乙醇，添加量为反应后溶液体积的1/5～1/3。优选地，步骤(2)中，所述氨基偶联剂为氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。优选地，步骤(2)中，所述有机溶剂为四氢呋喃与去离子水、乙醇与去离子水或乙酸乙酯与去离子水的混合物。优选地，步骤(1)中，所述太极石纳米粉体分散于去离子水中前进行充分干燥去除表面水分。另外，本发明还提供一种上述抗菌远红外保健腈纶纤维的制备方法所制备的抗菌远红外保健腈纶纤维。另外，本发明还提供一种上述抗菌远红外保健腈纶纤维的用途，特征在于，应用于内衣、内裤、袜子、运动衣、泳装、防晒衣及家纺面料中。本发明所获得的有益技术效果：1.本发明打破常规的在纺丝液中添加太极石纳米粉体制备含太极石原料纤丝的方法，通过后整理方式将太极石化学法结合于腈纶纤维表面，使其纤维制品能够持久地最大化发挥太极石的抗菌和远红外功效；2.本发明首先通过无极分散剂及抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵对太极石纳米粉体进行表面的抗菌增强改性，三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵中含有阳离子抗菌基团，抗菌性能稳定，其分子中的硅氧碳键在水中易水解与无机物表面的羟基反应形成硅醇，少量的三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵与太极石表面部分羟基反应形成共价键就可以使得太极石具有更佳的抗菌性能；太极石纳米粉体表面抗菌增强改性后将其与氨基偶联剂及去离子水形成分散溶液，将腈纶纤维以一定浴比和反应条件浸泡在该分散液中进行反应；氨基硅烷偶联剂具有硅氧碳键，一方面可与太极石表面剩余羟基反应，另一面具有氨基可以作为腈类聚合物的粘结促进剂，会将抗菌增强太极石与腈纶纤维紧密结合在一起，从而使得太极石的抗菌、远红外功效更加显著，且进行多次水洗，其抗菌、远红外功效几乎不减弱；3.本发明的后整理处理方法简单、性价比高，处理工艺条件温和，对腈纶纤维性能损伤小，本发明通过多次试验，对后整理工艺参数进行优化，赋予了太极石腈纶纤维制品持久、显著的抗菌、远红外的保健功效；其远红外发射率达到93％以上；对金黄葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌的抗菌性分别达到97.8％、94.2％及96.5％以上。附图说明图1为本发明代表实施例(实施例2)中抗菌远红外保健腈纶纤维表面形态的显微镜图；图2为本发明代表实施例(实施例2)中抗菌远红外保健腈纶纤维的抗菌测试对照结果图，其中a为金黄色葡萄球空白样琼脂平皿图；b为金黄色葡萄球测试样琼脂平皿图；c为大肠杆菌球空白样琼脂平皿图；d为大肠杆菌测试样琼脂平皿图；e为白色念珠菌空白样琼脂平皿图；f为白色念珠菌测试样琼脂平皿图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，其仅为本发明的优选地或较佳的实施方式；此外应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围内。实施例1一种抗菌远红外保健腈纶纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)太极石表面抗菌增强改性。将10g市售的太极石纳米粉体分散于100ml去离子水中，加入占太极石纳米粉体1wt％的三聚磷酸钠,搅拌使其充分分散，形成均匀的分散液，然后在搅拌的同时在所述分散液中滴加抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵0.5g，再滴加稀硝酸或醋酸或磷酸，调解ph为4后，在60℃下条件下持续反应12小时，三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵中含有阳离子抗菌基团，抗菌性能稳定，其分子中的硅氧碳键在水中易水解与无机物表面的羟基反应形成硅醇，少量的三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵与太极石表面部分羟基反应就可以使得太极石具有更佳的抗菌性能，待反应结束后采用占反应后溶液体积1/5的无水乙醇离心提纯，离心提纯后将最终产物在真空干燥箱内室温烘干，得到抗菌增强改性太极石纳米粉体。(2)抗菌远红外保健腈纶纤维的制备。将经步骤(1)得到的抗菌增强改性太极石纳米粉体与氨丙基三甲氧基硅烷以5：1的质量比充分分散于去离子水中形成分散液，使去离子水与所述抗菌增强改性太极石纳米粉体的比例为50ml/g，然后将腈纶纤维以浴比1:20添加至上述分散液中，然后在40℃反应8h，氨基硅烷偶联剂具有硅氧碳键，一方面可与太极石表面剩余羟基反应，另一面具有氨基可以作为腈类聚合物的粘结促进剂，会将抗菌增强太极石与腈纶纤维紧密结合在一起，待反应结束后先通过大量的体积比为7:3的四氢呋喃与去离子水的混合溶剂冲洗，然后再用大量去离子水洗涤，最后在自然条件下晾干，即得到抗菌远红外保健腈纶纤维。实施例2一种抗菌远红外保健腈纶纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)太极石表面抗菌增强改性。将15g市售的太极石纳米粉体进行充分干燥去除表面水分后分散于100ml去离子水中，充分干燥便于太极石纳米粉体在有分散剂的水溶液中快速分散均匀，加入占太极石纳米粉体3wt％的六偏磷酸钠,搅拌使其充分分散，形成均匀的分散液，然后在搅拌的同时在所述分散液中滴加抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵0.8g，再滴加稀硝酸或醋酸或磷酸，调解ph为6后，在75℃下条件下持续反应16小时，三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵中含有阳离子抗菌基团，抗菌性能稳定，其分子中的硅氧碳键在水中易水解与无机物表面的羟基反应形成硅醇，少量的三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵与太极石表面部分羟基反应就可以使得太极石具有更佳的抗菌性能，待反应结束后采用占反应后溶液体积1/4的无水乙醇离心提纯，离心提纯后将最终产物在真空干燥箱内室温烘干，得到抗菌增强改性太极石纳米粉体。(2)抗菌远红外保健腈纶纤维的制备。将经步骤(1)得到的抗菌增强改性太极石纳米粉体与3-氨基丙基三乙氧基硅烷以10：3的质量比充分分散于去离子水中形成分散液，使去离子水与所述抗菌增强改性太极石纳米粉体的比例为65ml/g，然后将腈纶纤维以浴比1:35添加至上述分散液中，然后在70℃反应10h，氨基硅烷偶联剂具有硅氧碳键，一方面可与太极石表面剩余羟基反应，另一面具有氨基可以作为腈类聚合物的粘结促进剂，会将抗菌增强太极石与腈纶纤维紧密结合在一起，待反应结束后先通过大量的体积比为7:3的乙醇与去离子水的混合溶剂冲洗，然后再用大量去离子水洗涤，最后在自然条件下晾干，即得到抗菌远红外保健腈纶纤维。本实施例作为代表实施例，本申请的发明人以该实施例样品作为观察对象，对其制备的抗菌远红外保健腈纶纤维进行了扫描电镜观察，其腈纶纤维表面清晰的分布有较密实的抗菌增强改性太极石纳米粉体微粒，其电镜图如图1所示。实施例3一种抗菌远红外保健腈纶纤维的制备方法，其包括以下步骤：(1)太极石表面抗菌增强改性。将20g市售的太极石纳米粉体进行充分干燥去除表面水分后分散于100ml去离子水中，加入占太极石纳米粉体5wt％的焦磷酸钠,搅拌使其充分分散，形成均匀的分散液，然后在搅拌的同时在所述分散液中滴加抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵1.2g，再滴加稀硝酸或醋酸或磷酸，调解ph为7后，在80℃下条件下持续反应24小时，三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵中含有阳离子抗菌基团，抗菌性能稳定，其分子中的硅氧碳键在水中易水解与无机物表面的羟基反应形成硅醇，少量的三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵与太极石表面部分羟基反应就可以使得太极石具有更佳的抗菌性能，待反应结束后采用占反应后溶液体积1/3的无水乙醇离心提纯，离心提纯后将最终产物在真空干燥箱内室温烘干，得到抗菌增强改性太极石纳米粉体。(2)抗菌远红外保健腈纶纤维的制备。将经步骤(1)得到的抗菌增强改性太极石纳米粉体与γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷以5：2的质量比充分分散于去离子水中形成分散液，使去离子水与所述抗菌增强改性太极石纳米粉体的比例为80ml/g，然后将腈纶纤维以浴比1:50添加至上述分散液中，然后在100℃反应12h，氨基硅烷偶联剂具有硅氧碳键，一方面可与太极石表面剩余羟基反应，另一面具有氨基可以作为腈类聚合物的粘结促进剂，会将抗菌增强太极石与腈纶纤维紧密结合在一起，待反应结束后先通过大量的体积比为7:3的乙酸乙酯与去离子水的混合溶剂冲洗，然后再用大量去离子水洗涤，最后在自然条件下晾干，即得到抗菌远红外保健腈纶纤维。采用本发明上述实施例1-3所制备的抗菌远红外保健腈纶纤维具有很好的抗菌性和远红外特性，其腈纶纤维特别适宜应用于内衣、内裤、袜子、运动衣、泳装、防晒衣及家纺面料中。实施例1-3后整理后的腈纶纤维的性能测试1.按照《gb/t30127-2013纺织品远红外性能的检测和评价》对本发明实施例1-3所制备的腈纶纤维进行远红外性能测试，其测试结果如表1所示。表1实施例1-3抗菌远红外保健腈纶纤维远红外性能测试结果测试试样来源远红外发射率远红外波长范围远红外辐射温升值实施例193％10～15μm1.7℃实施例295％10～15μm1.7℃实施例395％10～15μm1.7℃根据其测试结果，本发明生产方法所生产的抗菌远红外保健腈纶纤维其远红外发射率达到了93％以上，远红外辐射温升值1.7℃，超过了纺织材料对远红外性能测试的远红外发射率≥88％，远红外辐射温升值≥1.4℃的技术要求，且其远红外波长范围接近人体波长，所发出的远红外被人体吸收后，能够促进人体血液循环，和新陈代谢，提高人体免疫力，有益于健康。2.按照gb/t20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，对本发明实施例1-3所制备的腈纶纤维进行金黄葡萄球菌(aatcc6538)、大肠杆菌(aatcc8739)及白色念珠菌(aatcc10231)的抗菌效果测试，其测试结果如表2所示。表2实施例1-3抗菌远红外保健腈纶纤维抗菌性能测试结果采用本发明的方法，太极石纳米粉体因通过抗菌增强剂三甲基[3-(三甲氧基硅烷基)丙基]氯化铵的表面改性，最终使得其结合的腈纶纤维具有更高的抗菌性能，氨基硅烷偶联剂具有的氨基可以作为腈类聚合物的粘结促进剂，将抗菌增强太极石与腈纶纤维紧密结合在一起；本发明腈纶纤维的抗菌、远红外功效显著，其能够保持永久的抗菌和远红外性能，对本发明实施例1-3所后整理后的腈纶纤维进行多次浸泡、洗涤，测试浸泡水洗30次后的测试样品的抗菌性、远红外性能几乎不减弱。以上为本发明技术方案的实施例及试验所测试结果，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和工艺参数变更均落入本发明的保护范围内。当前第1页12