一种静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的批量化制备方法与流程

本发明属于纺织加工领域，特别涉及一种静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的批量化制备方法。

背景技术：

织品的功能化一直是提高纺织品产品档次和附加值、拓展纺织产品应用领域的研究热点之一。而抗菌纺织品可以在保证使用对人体无毒副作用的抗菌剂条件下，抑制细菌的生长，显著降低人类因细菌而引起的身体患病风险，因而备受消费者的青睐。

目前市面上已存在大量的抗菌纺织品，而这些抗菌纺织品大多采用纺织品后处理法制得。其中包括(1)对成衣表面进行抗菌涂层处理，这种方法虽然工业化生产效率高，且抗菌织物的抗菌性能优异，但是由于抗菌剂与纤维或织物间的结合方式为物理作用，因此，抗菌剂易脱落，抗菌织物的耐洗性较差；另外抗菌剂的涂层严重地影响了包括织物透气性在内的各项服用性能；(2)在纤维或纱线表面接枝抗菌剂，这种方法虽然可以赋予织物较好的抗菌性，但生产效率低，且制备过程繁琐，可控度较差。由此可见，真正意义上满足消费者需求和纺织加工双重要求的抗菌纺织品仍有待进一步的研究和开发。

静电纺作为一种能够连续批量制备微纳米纤维的新兴技术，已成为目前制备纳米纤维最广泛的应用方法。通过静电纺丝制备的纳米纤维直径通常在几十到几百纳米之间，具有显著的纳米效应，由于其比表面积高、表面能高、长径比大等诸多优点，被广泛用于过滤、生物组织工程、抗菌、药物缓释、传感检测、能源等研究领域。

将静电纺丝技术与传统纺织技术相结合，不仅有利于实现静电纺丝技术的产业化应用，而且还能在基本不改变纺织品服用性能的基础上赋予传统纺织品新的功能性，提升纺织品附加值和产品档次，该方向已成为纺纱与静电纺丝交叉领域的研究热点。目前已有部分研究人员对此作了相关的研究和报道，中国知识产权局2012年11月01日公开的发明专利“纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法”，专利申请号为zl201210433332.x，该申请专利公案提出了一种将纳米纤维与长丝复合的纺纱装置和方法，通过静电纺丝技术在两根长丝上分别沉积纳米纤维，然后再对两根长丝集聚加捻，得到兼具纳米效应和强度的纳米纤维复合长丝纱，一定程度上解决了纳米纤维在实际应用中的低强力问题。但如果直接应用于织造成布，由于大部分纳米纤维暴露在纱体外表面，因此，长丝表面的纳米纤维极易在加工和最终使用过程中被刮掉，丧失原有的纳米效应。基于此，中国知识产权局2013年11月20日公开的发明专利“一种纳米纤维混纺复合纱线的制备方法”，专利申请号为zl201310586642.x，该申请专利公布了一种静电纺纳米纤维/棉混纺纱的制备方法，该方法通过在棉纺梳理部分进行技术改造，利用taylor锥多喷头静电纺丝机进行静电纺丝，并让纺丝过程中产生的纳米纤维直接沉积到梳棉网上，与棉网复合并集聚成条，再经多次并条、粗纱、细纱等工序制备纳米纤维/棉混纺纱线，可实现纱线的功能化，具有较好的生产实践指导意义。但该方法中纳米纤维在混纺纱中的分布量低以及均匀分布性差等仍是阻碍其产业化生产的巨大难题。中国知识产权局2017年1月18日公开的发明专利“纳米静电纺丝与短纤维环锭纺纱一体化成纱的方法”，专利申请号为cn201610847286.6，该申请专利公案通过在环锭纺纱机的导纱钩与前罗拉钳口间设置单针头静电纺丝装置纺丝，使纳米纤维网与须条汇聚加捻，旨在制备纳微纤维包缠短纤纱。但该方法制备的包缠纱外层为纳米纤维，同样存在着在后续加工和使用过程中纳米纤维脱落的致命问题，并且制备过程中由于沉积区附近基本为金属部件，干扰纺丝过程，使得纳米纤维沉积极为紊乱，当纺丝时间较长时，纤维沉积成膜，甚至有可能影响正常的短纤纺纱过程。中国知识产权局2017年1月18日公开的发明专利“一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法”，专利申请号为cn201610837502.9，该申请专利公案在环锭细纱机的基础上引入长丝喂入装置，并通过静电纺丝法在长丝表面沉积纳米纤维，然后表面包覆有纳米纤维的长丝嵌入前罗拉钳口，与短纤一起加捻成纱。该方法理论上可制备纳米纤维/长丝/短纤复合纱，但纳米纤维沉积到长丝表面的过程不可控，并且在其他金属器件的干扰下，纺丝过程极不稳定，严重制约着最终纱线甚至纺织品的使用性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的批量化制备方法，该方法简单，可批量化生产，并且构建的长丝、纳米纤维、棉短纤多层包芯复合结构，有利于改善纳米纤维在加工和使用过程中的磨损和破坏，显著提高了纱线抗菌的耐久性，有效地解决抗菌纺织品耐久性差的技术难题。

本发明的一种静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的批量化制备方法，具体步骤如下：

(1)将高聚物溶于溶剂，加入抗菌剂，搅拌，得到纺丝液，将化纤长丝束和纺丝液进行静电纺丝，得到纳米纤维包覆丝，其中纺丝液中高聚物的浓度为6-15wt％，纺丝液中抗菌剂的浓度为1wt％-5wt％；

(2)将棉短纤维纺纱，得到棉纺粗纱；

(3)将步骤(1)中纳米纤维包覆丝喂入环锭纺纱机的长丝喂入装置，将步骤(2)中棉纺粗纱喂入到环锭纺纱机的牵伸机构中，在前罗拉钳口与纳米纤维包覆丝一起输出，加捻，得到静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱。

所述步骤(1)中溶剂为dmf或去离子水；高聚物为聚丙烯腈pan、聚乙烯醇pva或聚氧化乙烯peo；抗菌剂为三氯生、壳聚糖或双胍。

所述步骤(1)中化纤长丝束为氨纶长丝束、涤纶长丝束或锦纶长丝束；化纤长丝束的细度为20-150dtex。

所述步骤(1)中静电纺丝是在静电纺纳米纤维纱线机中进行的。

所述静电纺纳米纤维纱线机是中国专利cn201310058070.8所公开的“一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法”中的静电纺纳米纤维纱线机，包括金属圆形靶和导纱杆，所述金属圆形靶中心和绝缘杆的一端相连，所述绝缘杆由电机ⅰ驱动旋转，所述的导纱杆位于金属圆形靶正下方并与金属圆形靶呈对称相对配置，所述金属圆形靶和导纱杆之间的距离可调，可调范围1cm-20cm，所述导纱杆为内部空心结构，且圆柱形后端采用绝缘材料制成，所述导纱杆前部金属尖端对准金属圆形靶中心，所述导纱杆下方为纱筒并与纱筒相互垂直布置，所述纱筒由电机ⅱ驱动旋转，所述金属圆形靶、绝缘杆、电机ⅰ、导纱杆布置在同一条中心直线上，所述金属圆形靶和导纱杆左右两侧布置有相互对称的喷丝头ⅰ和喷丝头ⅱ，喷丝头ⅰ和喷丝头ⅱ在同一条直线上，且该直线与金属圆形靶和导纱杆所在直线相垂直，所述喷丝头ⅰ和高压静电正极接线柱相连，所述喷丝头ⅱ和高压静电负极接线柱相连，所述由喷丝头ⅰ形成的射流ⅰ和喷丝头ⅱ形成的射流ⅱ搭接在金属圆形靶与导纱杆前部金属尖端之间。

所述步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：单针头的溶液供给速率为0.2-0.8ml/h，针头尖端到长丝的垂直距离为10-15cm，施加电压为10-15kv，长丝的运动速度为1-10cm/s，纺丝温度为20-25℃，环境相对湿度为30％-65％。

所述步骤(1)中纳米纤维包覆丝中表面包覆的纳米纤维的厚度可通过纺丝液的供液速率、长丝的运动速度、施加电压等参数进行合理调控。

所述步骤(2)中纺纱的工序包括配棉、开清棉，梳棉、精梳、1-2道并条和粗纱等。

所述步骤(2)中棉纺粗纱的制备过程中各项工艺参数可根据最终产品的需求进行灵活设置。

所述步骤(3)中静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱是由表面包覆静电纺纳米纤维的长丝束芯层和外层棉纤维组成。

本发明利用静电纺丝技术与传统纺丝技术相结合，批量化制备耐久性抗菌包芯纱。本发明在环锭纺纱机上加装芯纱喂入装置，粗纱由后罗拉钳口喂入，经牵伸机构牵伸到达前罗拉钳口；纳米纤维包覆丝可通过该芯纱喂入装置引入至前罗拉钳口，并与棉短纤须条汇合，嵌入到纱体中，得到纳米纤维/长丝/棉抗菌包芯纱。

有益效果

本发明简单，可批量化生产，并且构建的长丝、纳米纤维、棉短纤多层包芯复合结构，有利于改善纳米纤维在加工和使用过程中的磨损和破坏，显著提高了纱线抗菌的耐久性，有效地解决抗菌纺织品耐久性差的技术难题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明制备纳米纤维包覆丝的装置示意图，其中1为高压静电正极接线柱，2是推进泵，3为喷丝头，4为长丝束，5为电机，6为金属圆形靶，7为射流，8为绝缘杆，9为高压静电负极接线柱；

图3是本发明制备静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的装置示意图，其中1为纳米纤维包覆丝，2为前皮辊，3为前罗拉，4为纱线加捻卷绕装置，5为棉粗纱；

图4是实施例1中纳米纤维包覆长丝的电镜图，(a)为纳米纤维包覆长丝的表面形貌图，(b)为纳米纤维包覆长丝的横截面图；

图5是实施例1中静电纺纳米纤维/棉抗菌包芯纱的50倍电镜图(a)和500倍电镜图(b)。

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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。

实施例1

(1)将10g聚丙烯腈(分子量为78000)溶解于85gdmf中，再加入5g三氯生抗菌剂，混合溶液在磁力搅拌器中搅拌均匀，得到抗菌剂浓度为5wt％、聚丙烯腈浓度为10wt％的均匀纺丝液；采用静电纺纳米纤维纱线机制备纳米纤维包覆丝，将涤纶长丝束喂入静电纺纳米纤维纱线机中，利用上述纺丝液进行静电纺丝，注射器的供液速度为0.5ml/h，施加的电压强度为10kv，环境温度t为25℃，相对湿度rh为50％，注射器针头距离长丝垂直距离为15cm，涤纶长丝束细度为80dtex，长丝卷绕速度为5cm/s，得到纳米纤维包覆丝。

(2)将原棉在棉纺设备上经配棉、开清棉，梳棉、精梳、1-2道并条和粗纱，制备成300tex棉粗纱。

(3)将步骤(1)中纳米纤维包覆丝喂入环锭纺纱机的长丝喂入装置中，将步骤(2)中棉粗纱喂入到环锭纺纱机的牵伸机构中，粗纱在后罗拉、中罗拉、前罗拉的牵伸作用下细化成须条，并到达前罗拉钳口，与纳米纤维包覆丝汇合，一起从前罗拉钳口输出，加捻，得到60支和捻度为300的抗菌包芯纱。

图4表明：外层的抗菌纳米纤维层将内层的长丝包覆良好，且外层的抗菌纳米纤维量较多，有利于良好的抗菌。

图5表明：在本实施例制备的纳米纤维/棉包芯纱中，纳米纤维包覆的长丝很好地被最外层的棉纤维包覆，从而有效地避免了长期使用过程中的磨损和破坏，显著提高了纱线的抗菌耐久性。

实施例2

(1)将10g聚丙烯腈(分子量为78000)溶解于85gdmf中，再加入5g双胍抗菌剂，混合溶液在磁力搅拌器中搅拌均匀，得到抗菌剂浓度为5wt％、聚丙烯腈浓度为10wt％的均匀纺丝液；采用静电纺纳米纤维纱线机制备纳米纤维包覆丝，将涤纶长丝束喂入静电纺纳米纤维纱线机中，利用上述纺丝液进行静电纺丝，注射器的供液速度为0.5ml/h，施加的电压强度为10kv，环境温度t为25℃，相对湿度rh为45％，注射器针头距离长丝垂直距离为12cm，涤纶长丝束细度为80dtex，长丝卷绕速度为5cm/s，得到纳米纤维包覆丝。

(2)将原棉在棉纺设备上经配棉、开清棉，梳棉、精梳、1-2道并条和粗纱，制备成300tex棉粗纱。

(3)将步骤(1)中纳米纤维包覆丝喂入环锭纺纱机的长丝喂入装置中，将步骤(2)中棉粗纱喂入到环锭纺纱机的牵伸机构中，粗纱在后罗拉、中罗拉、前罗拉的牵伸作用下细化成须条，并到达前罗拉钳口，与纳米纤维包覆丝汇合，一起从前罗拉钳口输出，加捻，得到60支和捻度为350的抗菌包芯纱。