一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法与流程

[0001]
本发明属于功能纺织材料领域，具体涉及到一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法。


背景技术：

[0002]
抗菌问题一直是化纤面料所面临的一个持久的问题，目前已经有一些解决方案例如从纤维的本源上来解决，可以制备抗菌纤维，例如采用高添加量和复合纺丝技术制备抗菌纤维，所用抗菌粉体为银系、锌系、铜系等，采用这些纤维制备的面料，完全可以满足面料的抗菌要求，在一些安全领域有着广泛的应用。
[0003]
但是此类纤维也有不可弥补的缺陷：第一、银系成本高，由于受价格和成本控制，所以应用受限制，并且银系的稳定性较差，在耐光性上需要改善；第二、锌系的添加比较高，一般用氧化锌来做抗菌纤维，添加量要达到4％左右才能达到较好的抗菌效果；第三、铜系的变色效应太强，目前市场上的铜系抗菌纤维有用氧化铜的，抗菌效率低且为黑色，用氧化亚铜或单质铜作为抗菌介质抗菌效果较好，但是纺出的纤维颜色不稳定，容易发生变色导致应用受影响；第四、金属盐系列，为了解决以上问题，也有人采用金属盐进行抗菌纤维的制备，但是在后期的染整中由于要在高温高压水中进行，使得金属离子析出，导致抗菌效果下降，也影响面料抗菌功能的耐水洗性，所以应用也受到限制。
[0004]
目前，市场上比较多的面料是采用抗菌后整理来实现面料的抗菌功能的，这种方式相对于使用抗菌纤维来说成本较低，效果显著，因此也为大多数面料厂家所使用。但是这种方式虽然低廉有效，却也存在不可避免的缺陷：(1)附加污染，一般是采用抗菌剂后整理，增加了废水的污染程度，也增加了废水的处理难度；(2)持久性不够，采用的抗菌后整理方式耐洗性不好，一般很少有能达到标准要求的耐洗性。


技术实现要素：

[0005]
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0006]
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
[0007]
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法。
[0008]
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括，选择粒径为20～50纳米的二氧化钛作为基材，与蒸馏水混合制得纳米二氧化钛水溶液，纳米二氧化钛浓度为1～10％，添加氯化锌，制得混合溶液，其中，氯化锌浓度为0.5～5％；通过滴加浓度为0.1％的氢氧化钠溶液，调节ph值至5～9，经水热釜在140～200℃反应1～6h，经旋转蒸发得到纳米粉体；将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为30～90℃，搅拌速度为1000～3000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷
入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的0.1～3wt％，高速混合30～90min；将经表面修饰后的纳米抗菌粉体与涤纶粉体混合均匀，纳米抗菌粉体占整体质量的10～50wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，得到抗菌母粒；将抗菌母粒于100～180℃温度干燥2～8小时；将干燥后抗菌母粒与pet涤纶切片混合均匀，或通过单独计量装置喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，纺丝速度为600～3000m/min，纺丝组件初始压力8～16mpa，得到所述的抗菌涤纶纤维。
[0009]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述纳米二氧化钛浓度为10％。
[0010]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述氯化锌浓度为2％。
[0011]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述表面修饰剂为活性有机硅系列表面修饰剂或钛酸酯系列表面修饰剂的一种。
[0012]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述涤纶粉体为pet或pbt粉体中的一种。
[0013]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述基本树脂切片为纺丝级pet涤纶切片。
[0014]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述纺丝工艺中，纺丝温度为270～300℃。
[0015]
作为本发明所述所述二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法的一种优选方案，其中：所述抗菌纤维的单丝纤度为0.5～5d。
[0016]
本发明有益效果：
[0017]
(1)本发明采用全新的抗菌机理制备新的抗菌纤维，利用二氧化钛和氧化锌复合，表面氧化锌可以实现锌离子抗菌功能，而纳米二氧化钛具有对光和电敏感特性，可以在一定程度上增加表层氧化锌的抗菌效果，并且二氧化钛具有光照氧化功能，在户外以及光照条件下可以实现光照抗菌，与氧化锌抗菌性能复配，抗菌效果更佳。
[0018]
(2)本发明纤维直径可以做到超细纤维，纤维可以做成白色，具有永久性抗菌功能，机械性能可以达到普通纤维的标准，完全满足各种织造的要求，成本与抗菌后整理相当，相比目前使用的抗菌纤维成本下降50～80％，减少了污染，本发明可以扩大纺织品的出口，提升纺织品的附加值。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0020]
图1为本发明实施例中得到的抗菌纤维的sem图。
具体实施方式
[0021]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0022]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0024]
实施例1
[0025]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0026]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为：选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面，具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为0.5％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；
[0027]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0028]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的10wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0029]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为62/63/65。
[0030]
实施例2：
[0031]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为1％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；；
[0033]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0034]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均
匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的10wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0035]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为68/68/69。
[0036]
实施例3：
[0037]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0038]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为2％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；
[0039]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0040]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的10wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0041]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为75/76/75。
[0042]
实施例4：
[0043]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0044]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为3％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；；
[0045]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0046]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的10wt％，混好的原料经双螺杆
挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0047]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为76/76/75。
[0048]
实施例5：
[0049]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0050]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为4％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；
[0051]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0052]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的10wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0053]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为72/70/70。
[0054]
可以看出，继续增加氯化锌的含量抗菌效果下降，推测是氧化锌含量增加，导致粒径增加过快，抗菌效率下降，因此选择2％的氯化锌浓度继续优化。
[0055]
实施例6：
[0056]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0057]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为2％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；
[0058]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0059]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均
匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的20wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0060]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为98/98/97。
[0061]
实施例7：
[0062]
一种二氧化钛表面沉积氧化锌涤纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0063]
(1)制备粒径小于100nm的纳米抗菌粉体，具体为选择粒径为25纳米的二氧化钛作为基材，通过化学沉淀法将纳米氧化锌沉积到二氧化钛表面。具体过程是选择纳米二氧化钛水溶液，浓度为10％，添加氯化锌，浓度为2％，通过滴加低浓度(0.1％)氢氧化钠溶液调节ph值至7，经水热釜在180℃反应3h，经旋转蒸发得到纳米粉体；
[0064]
(2)纳米抗菌粉体的表面修饰：将纳米抗菌粉体通过高速捏合机进行表面修饰，温度为20℃，搅拌速度为2000转/min，表面修饰剂经雾化装置喷入与纳米抗菌粉体混合，表面修饰剂的加入量为纳米抗菌粉体质量的1wt％，高速混合90min；所述表面修饰剂为四丁基钛酸酯；
[0065]
(3)抗菌母粒的制备：将经步骤(2)表面修饰后的纳米抗菌粉体与树脂粉体混合均匀，树脂粉体采用pbt树脂粉体，纳米抗菌粉体占整体质量的30wt％，混好的原料经双螺杆挤出共混造粒挤出，加工温度为270℃，得到抗菌母粒；
[0066]
(4)将抗菌母粒于150℃温度干燥8小时；将抗菌母粒与基本树脂切片以1:19的质量比混合均匀，喂入纺丝机的喂料器进行熔体纺丝，基本树脂切片采用pet切片，纺丝温度为285℃，纺丝速度为2000m/min，纺丝组件初始压力8mpa，得到所述的抗菌纤维，抗菌纤维的颜色为白色。得到纳米抗菌材料粒径经激光粒度仪测试为170nm，制备的纤维抗菌效果依据gb/t 20944.3-2008的测试标准测试，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色捻球菌的抗菌效果为100/100/100。图1为本实施例中得到的抗菌纤维的sem图，可以看出，本发明纤维直径可以做到超细纤维，纤维可以做成白色，具有永久性抗菌功能，机械性能可以达到普通纤维的标准，完全满足各种织造的要求。
[0067]
实施例8：
[0068]
在实施例7的基础上，控制不同的二氧化钛水溶液浓度、氯化锌浓度和表面修饰剂的加入量，其他与实施例7相同，条件与结果见表1、表2。
[0069]
表1
[0070][0071]
表2
[0072][0073][0074]
可以看出，当二氧化钛水溶液浓度过大时，会导致在制备复合体系时粒径过大，从而影响抗菌性能，在二氧化钛浓度一定时，调整表面修饰剂的添加量，会产生一定的协同效应，增加抗菌效果。本发明采用钛酸酯类不仅仅与粉体结合力强，实现表面修饰的作用，发明人意外发现，表面修饰剂的加入量在0.5～0.8wt％时，其抗菌效果相差不大，但是当其添加量达到1wt％时，其抗菌效果进一步增强，可能由于水的参与会使得钛酸酯分解产生钛类氧化物，增加体系的电荷积聚效应，而电荷可以破坏细菌的电离平衡点，使得纤维表面不利于细菌生长，可以增强抗菌功能性。但是用量上不能太高也不能太低，太低起不到表面修饰的作用，太高会使得粉体成团，造成团聚，使得小尺寸效应丧失，同时造成纤维纺丝困难，团聚粒径过大会堵塞喷丝板。
[0075]
本发明采用全新的抗菌机理制备新的抗菌纤维，利用二氧化钛和氧化锌复合，表面氧化锌可以实现锌离子抗菌功能，而纳米二氧化钛具有对光和电敏感特性，可以在一定
程度上增加表层氧化锌的抗菌效果，并且二氧化钛具有光照氧化功能，在户外以及光照条件下可以实现光照抗菌，与氧化锌抗菌性能复配，抗菌效果更佳。
[0076]
本发明纤维直径可以做到超细纤维，纤维可以做成白色，具有永久性抗菌功能，机械性能可以达到普通纤维的标准，完全满足各种织造的要求，成本与抗菌后整理相当，相比目前使用的抗菌纤维成本下降50～80％，减少了污染，本发明可以扩大纺织品的出口，提升纺织品的附加值。
[0077]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。