一种透气抗菌的功能性面料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织面料技术领域，尤其涉及一种透气抗菌的功能性面料及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展及生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高。对服装服饰的舒适性、健康性、安全性和环保性等要求越来越高，对功能性纺织面料的需求越来越多。功能性面料是指纺织品面料除了具有自身的使用价值外，还具有抗菌、阻燃、防霉、防酸碱、拒水拒油、防紫外线、防静电、排湿透气等其他功能。随着工业技术的不断发展，人们在工作和生活中将不可避免地面临火灾、静电、强酸、强碱和病毒等方面的威胁，功能性面料正是为了抵御这些威胁而被广泛应用在相关的特殊行业上。
市面上的功能性面料往往功能单一，不能同时达到多种功能。目前，在衣服基本功能不变的基础上，人们不断的研发衣服的新材料，利用适当的工艺将不同材料的各种功效添加到衣料中，增加了衣服的功能性。其中，最常见的做法是为了实现这些面料的功能性，往往采用助剂后整理或填充制成，通过这种方法制成的面料由于助剂易团聚，功能性不均一、性能稳定性不佳，在长期使用过程中，这些功能性助剂会外渗，使得功能性下降甚至消失，除此之外，即使面料能取得有效的功能性，但其可能并不适用于肌肤敏感的人群。
在生活中，人们不可避免地接触到各种各样的细菌、真菌等微生物，这些微生物在合适的外界条件下，会迅速繁殖，并通过接触等方式传播疾病，影响人们的身体健康和正常的工作、学习和生活。可见，抗菌性是面料的基本功能，除此之外，在特殊的使用环境中，还要求面料具有防静电性能和排汗透气性。
申请号为201910433701.7的中国发明专利公开了一种阻燃抗静电防酸碱功能性面料及其制备方法，该面料是在基布表面依次制备防酸碱层和防水防油层得到；其中基布是采用阻燃纤维和导电纤维制成，防酸碱层的原料包括：丙烯酸甲酯、丙烯酸十八酯、表面活性剂、聚四氟乙烯、纳米粒子、二氧化硅、助溶剂和水，防水防油层的原料为PK591整理剂。该发明的面料不仅具有永久的阻燃、防静电功能，还具有良好的防酸碱功能。然而，其并不具有良好的抗菌型和透气性。
因此，开发一种在保持现有面料基本功能的前提下，同时具有优异的抗菌性、防静电性和透气性的功能性面料符合市场需求，具有较高的经济价值和社会价值。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种透气抗菌的功能性面料及其制备方法，该制备方法简单易行，制备成本低廉，制备效率高，适合连续规模化生产；制备得到的功能性面料在保持现有面料基本功能的前提下，同时具有优异的抗菌性、防静电性和透气性，且与人体皮肤生物相容性好，耐用性和穿着舒适度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、催化剂、高沸点溶剂加入到高压反应釜中，用氮气或惰性气体置换釜内空气，在240-260℃、0.8-1.3MPa下搅拌反应2-4h，而后于在真空条件，控制温度在230-240℃下搅拌反应15-20h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤4-8次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碱性催化剂加入到N-甲基吡咯烷酮中，在60-80℃下搅拌反应3-5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤3-6次，后置于真空干燥箱90-100℃下干燥至恒重，得到中间产物，即基于1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物锍盐；
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料。
优选的，步骤S1中所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、催化剂、高沸点溶剂的摩尔比为1:1:(0.8-1.2):(8-12)。
优选的，所述催化剂为硫代膦酸酯、硫代磷酰胺、亚磷酸中的至少一种。
优选的，所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的任意一种。
优选的，步骤S2中所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碱性催化剂、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:(0.8-1.2):(6-10)。
优选的，所述碱性催化剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、叔丁基醇钾中的至少一种。
优选的，步骤S3中所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:(0.2-0.3):0.05。
优选的，所述功能性面料的经线密度为80-90根/cm，纬线密度为60-70根/cm。
优选的，所述羧基修饰β-环糊精购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号：33807-U。
本发明的另一个目的，在于提供一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的功能性面料的制备方法，该制备方法简单易行，制备成本低廉，制备效率高，适合连续规模化生产。
(2)本发明提供的功能性面料，克服了现有技术中的功能性面料功能单一，不能同时达到多种功能；由于助剂易团聚，功能性不均一、性能稳定性不佳，在长期使用过程中，这些功能性助剂会外渗，使得功能性下降甚至消失，且部分产品生物相容性不好，不适用于肌肤敏感的人群的缺陷，具有在保持现有面料基本功能的前提下，同时具有优异的抗菌性、防静电性和透气性，且与人体皮肤生物相容性好，耐用性和穿着舒适度高的优点。
(3)本发明提供的功能性面料，主料为基于1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物锍盐，这种材料分子主链上引入苯锍盐，与噻唑、二苄基咪唑酮结构协同作用，能够赋予面料优异的抗菌性能，这种物质主链是由1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸和4,4-二氨基二苯硫醚通过酰胺化缩合反应制成，使得其具有较佳的综合性能，特别是耐候性、耐水性、机械力学性能和耐热稳定性。
(4)本发明提供的功能性面料，基于1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物锍盐上的锍阳离子基会与甘草酸、羧基修饰β-环糊精上的羧基通过离子交换以离子键的形式连接，使得各组分形成统一整体，能有效改善面料的综合性能；甘草酸、羧基修饰β-环糊精这两种物质生物相容性好，引入到面料分子链上去后，能改善功能性面料的生物相容性。
(5)本发明提供的功能性面料，通过在分子主链上引入锍基，并通过离子交换在面料分子链上引入较多的亲水性基团，不仅能改善性能稳定性，还可以在保持面料优异的综合性能的基础上，改善其透气排汗功能，进而提高面料穿着的舒适性。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中涉及到的所述羧基修饰β-环糊精购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号：33807-U；其他原料均为商业购买。
实施例1
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代膦酸酯、二甲亚砜加入到高压反应釜中，用氮气置换釜内空气，在240℃、0.8MPa下搅拌反应2h，而后于在真空条件，控制温度在230℃下搅拌反应15h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤4次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代膦酸酯、二甲亚砜的摩尔比为1:1:0.8:8；
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸钠加入到N-甲基吡咯烷酮中，在60℃下搅拌反应3小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤3次，后置于真空干燥箱90℃下干燥至恒重，得到中间产物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸钠、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:0.8:6；
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料；所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:0.2:0.05；所述功能性面料的经线密度为80根/cm，纬线密度为60根/cm。
一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
实施例2
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代磷酰胺、N,N-二甲基甲酰胺加入到高压反应釜中，用氦气置换釜内空气，在245℃、0.9MPa下搅拌反应2.5h，而后于在真空条件，控制温度在232℃下搅拌反应17h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤5次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代磷酰胺、N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为1:1:0.9:9。
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸钾加入到N-甲基吡咯烷酮中，在65℃下搅拌反应3.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤4次，后置于真空干燥箱92℃下干燥至恒重，得到中间产物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸钾、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:0.9:7；
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料；所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:0.22:0.05；所述功能性面料的经线密度为82根/cm，纬线密度为62根/cm。
一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
实施例3
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、亚磷酸、N,N-二甲基乙酰胺加入到高压反应釜中，用氖气置换釜内空气，在250℃、1MPa下搅拌反应3h，而后于在真空条件，控制温度在235℃下搅拌反应17h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤6次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、亚磷酸、N,N-二甲基乙酰胺的摩尔比为1:1:1:10；
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸铯加入到N-甲基吡咯烷酮中，在70℃下搅拌反应4小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤4次，后置于真空干燥箱95℃下干燥至恒重，得到中间产物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碳酸铯、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:1:8。
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料；所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:0.25:0.05；所述功能性面料的经线密度为85根/cm，纬线密度为65根/cm。
一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
实施例4
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、催化剂、高沸点溶剂加入到高压反应釜中，用氩气置换釜内空气，在255℃、1.2MPa下搅拌反应3.5h，而后于在真空条件，控制温度在238℃下搅拌反应19h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤7次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、催化剂、高沸点溶剂的摩尔比为1:1:1.1:11；所述催化剂为硫代膦酸酯、硫代磷酰胺、亚磷酸按质量比1:3:2混合而成；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比1:3:2:2混合而成。
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碱性催化剂加入到N-甲基吡咯烷酮中，在75℃下搅拌反应4.5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤6次，后置于真空干燥箱98℃下干燥至恒重，得到中间产物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、碱性催化剂、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:1.1:9；所述碱性催化剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、叔丁基醇钾按质量比1:3:2:1混合而成；
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料；所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:0.28:0.05；所述功能性面料的经线密度为88根/cm，纬线密度为69根/cm。
一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
实施例5
一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代膦酸酯、N-甲基吡咯烷酮加入到高压反应釜中，用氮气置换釜内空气，在260℃、1.3MPa下搅拌反应4h，而后于在真空条件，控制温度在240℃下搅拌反应20h，后冷却至室温，在水中沉出，后用乙醇洗涤8次，再旋蒸除去乙醇，得到1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸、4,4-二氨基二苯硫醚、硫代膦酸酯、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:1.2:12；
步骤S2、中间产物的制备：将1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、叔丁基醇钾加入到N-甲基吡咯烷酮中，在80℃下搅拌反应5小时，后在水中沉出，并将沉出的聚合物用乙醇洗涤6次，后置于真空干燥箱100℃下干燥至恒重，得到中间产物；所述1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物、2-溴-3-甲基噻吩、叔丁基醇钾、N-甲基吡咯烷酮的摩尔比为1:1:1.2:10；
步骤S3、面料的制备：将经过步骤S2制成的中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精混合均匀后得到混合料，然后将混合料加热成熔融状态，从喷丝板中挤出，形成纤维，再将纤维进行编织，得到功能性面料；所述中间产物、甘草酸、羧基修饰β-环糊精的质量比为1:0.3:0.05；所述功能性面料的经线密度为90根/cm，纬线密度为70根/cm。
一种根据所述功能性面料的制备方法制备得到的功能性面料。
对比例1
本例提供一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中用1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物代替中间产物即基于1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物锍盐。
对比例2
本例提供一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加甘草酸。
对比例3
本例提供一种透气抗菌的功能性面料的制备方法，其与实施例1基本相同，不同的是，步骤S3中没有添加羧基修饰β-环糊精。
为了进一步说明本发明实施例所涉及的功能性面料的有益技术效果，采用国家标准《GB/T20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行抗菌性定量测试，分别测试水洗前、水洗30次后的大肠杆菌抑菌率抑菌率；采用GB/T%2021655.1-2008测定透湿量；采用GB/T12703-1991《织物静电测试方法简介》测定电阻率。
表1
从表1可以看出，本发明实施例公开的功能性面料具有更加优异的抑菌性能、抗水洗性能稳定性、透气性和防静电性能，这是基于1,3-二苄基咪唑-2-酮-4,5-二羧酸/4,4-二氨基二苯硫醚缩聚物锍盐、甘草酸和羧基修饰β-环糊精协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
