一种抗菌涤纶纤维及面料
技术领域
本发明涉及一种抗菌涤纶纤维及面料。本发明属于新材料领域。
背景技术
涤纶，又称聚酯纤维，简称PET纤维。涤纶是一种价廉且制备工艺简单的合成纤维。由于其具有强度高、弹性好、易洗快干等优点逐渐受到市场的推崇，并被广泛应用在服装、工业、医疗卫生等领域。涤纶因结构单元中含有刚性的苯环和柔性的脂肪烃基决定其纤维拥有优异的物理机械性能，如：较高的断裂强度和模量，热性能和尺寸稳定性良好。但涤纶纤维又是一种典型的疏水性纤维，回潮率仅仅0.4％，穿着舒适性差，易积聚电荷而引发静电，不仅给聚酯纤维的加工带来困难，而且易吸附灰尘，使抗污能力下降，从而限制了其产品在一些领域的应用。
涤纶的化学结构导致涤纶纤维亲水性极差，导致了涤纶面料手感硬、触感差、吸湿性差等缺点，也正是由于涤纶吸湿性差的原因使得涤纶面料具有一定的抗菌性，但是涤纶中不含有抗菌活性基团，并不能维持长久的抗菌防霉性能。现有工艺，在涤纶的染整加工过程中，各种助剂、整理剂的使用可为微生物提供营养物质，当温湿度适合生长时，微生物便会在纺织品上大量生长繁殖。这不仅会威胁人们的健康，还有可能引起重大的医疗事故。
因此，抗菌剂的选择和抗菌整理技术对健康卫生涤纶的研发起着关键作用。近年来，由于传统的抗菌剂及整理技术存在与纤维的结合度低，耐洗性差，抗菌持久性差的缺陷。所以，开发一直自身可抗菌的涤纶纤维及面料越发重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中涤纶面料在制造过程中经染整加工处理后易滋生细菌、真菌等微生物的不足，提供了一种抗菌涤纶纤维及面料，其使用海因类衍生物(A)、1,2-二溴乙烷(B)、三苯基季鏻盐(C)、环氧氯丙烷(D)、对苯二甲酸(E)以及乙二醇(F)作为原料，经过取代、缩聚等多步骤反应、纺丝工艺、织布工艺得到了一种抗菌涤纶纤维及面料，解决了现有涤纶经染整加工处理后易滋生细菌、真菌等微生物的缺陷，使材料具有高效的抗菌性同时，具有较高的抗静电性、阻燃性的功能。可以预见，该材料将会迎来广阔的市场空间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种抗菌涤纶纤维，其结构式如下所示：
其中，-R1：-CH3、-C5H9；-R2：-CH3、-C3H7、-C6H13、-C6H5或-C5H9。
一种抗菌涤纶纤维的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤(1)：偶联反应，得到中间产物I；
步骤(2)：偶联反应，得到中间产物II；
步骤(3)：取代反应，得到中间产物III；
步骤(4)：缩聚反应，得到含有抗菌功能的聚酯，即目标产物IV；
步骤(5)：将目标产物IV进行纺丝成抗菌涤纶纤维。
作为优选，所述步骤(1)具体为：
将1mol海因类衍生物(A)、1-1.2mol 1,2-二溴乙烷(B)加入到50mol有机溶剂a中，加热至70-85℃，强力搅拌1-6h，冷却，静置，真空浓缩；缓缓加入50mol水，搅拌30min，再加入80mol有机溶剂b，搅拌30min，静置分层，取有机相用无水硫酸钠进行干燥，过滤，旋蒸，得到中间产物I。
作为优选，所述步骤(2)具体为：
将1mol I、1-1.2mol季鏻盐(C)加入到50mol有机溶剂a中，加热至75-85℃，强力搅拌4-8h，冷却、静置、旋转蒸发、提纯、干燥、得到中间产物II。
作为优选，所述步骤(3)具体为：
氮气保护下，将1mol II、1-1.2mol环氧氯丙烷(D)、1-1.2mol碘化钾溶于50mol有机溶剂a中，加热至85-110℃，强力搅拌20-28h，冷却、静置、真空浓缩、提纯、真空干燥，得到中间产物III。
作为优选，所述步骤(4)具体为：
将1mol对苯二甲酸(E)、0.05-0.1mol III、1mol乙二醇(F)、0.05-1wt％份催化剂，搅拌，加热升温，充氮气保持0.15MPa；反应温度控制在200-230℃，补加0.2-0.5mol乙二醇(F)，保持压力0.30MPa；记录酯化过程中的反应温度、压力；聚合反应程度通过观察电机电流和扭矩变化进行判断，达到出料条件后，通氮气至压力为0.17-0.20MPa，得到PET产品；打开放料阀，让熔体从铸带头流出，将铸带条通过冷却水槽冷却，引入切粒机，切粒，得到PET粒料，即目标产物IV；
所述催化剂用量以对苯二甲酸的重量份为基准。
作为优选，所述步骤(5)具体为：
将PET粒料IV于80℃真空干燥5h，120℃真空干燥24h；高速搅拌，混合均匀后置于双螺杆挤出机中，进行熔融挤出成熔体，将熔体输出到纺丝机中进行纺丝，经牵伸与冷却成纤维、纤维经成网器成网、成网纤维输送至热轧机中以90-95℃和3.2-3.7MPa进行热轧，制成抗菌涤纶纤维。
作为优选，所述有机溶剂a为N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。
作为优选，所述有机溶剂b为乙酸乙酯、氯仿或二甲亚砜。
作为优选，所述催化剂为4-二甲氨基吡啶、醋酸锌或三氧化二锑。
作为优选，所述双螺杆挤出机的螺杆的直径为18-22mm，螺杆的长径比为22。
作为优选，所述纺丝温度为200℃。
一种抗菌涤纶面料，由抗菌涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，其特征在于：包含以下重量份的原料
抗菌涤纶纤维20-40份；
涤纶纤维40-60份；
再生纤维素纤维15-25份。
作为优选，所述的一种抗菌涤纶面料的制备步骤如下：
(1)抗菌涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维按比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速在24Y/min至26Y/min范围内；得到抗菌涤纶面料。
本发明的提供的抗菌涤纶纤维，其制备流程如下：
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种抗菌涤纶纤维，采用海因类衍生物(A)、1,2-二溴乙烷(B)、三苯基季鏻盐(C)、环氧氯丙烷(D)、对苯二甲酸(E)以及乙二醇(F)作为原料，制备抗菌涤纶纤维，摆脱了传统涤纶纤维处理后无抗菌性的缺陷，同时反应步骤简单，易于操作。
(2)本发明提供了一种抗菌涤纶纤维及面料，目标产物中含有季鏻盐、季铵盐结构。首先，N、P作为同一主族元素，均具有优异的抗菌性，季鏻盐原子半径更大，吸附性更强，抗菌性更优；季铵盐来源广，选择性更多；其次，N、P的存在赋予材料更好的阻燃性；再次，季铵盐、季鏻盐的离子形式，有助于静电的传递与疏导，有较高的抗静电效果，最后，季铵盐、季鏻盐的离子形式会增加涤纶纤维及面料的亲水性。
(3)本发明提供了一种抗菌涤纶纤维及面料，目标产物中含有卤胺结构。一方面，卤胺具有杀菌速度快、抗菌谱广、可再生、无环境污染的特点且几乎不会产生抗药性；另一方面，季铵盐、季鏻盐的存在与卤胺形成协同抗菌效果。
(4)本发明提供了一种抗菌涤纶纤维及面料，一方面通过分子设计，在涤纶聚合阶段加入抗菌结构，解决了现有涤纶经处理后易滋生细菌、真菌等微生物的缺陷，使材料具有高效的抗菌性同时，具有较高的抗静电性、阻燃性的功能；另一方面与再生纤维素纤维进行混纺可以进一步提高其抗静电效果，同时面料舒适性更优。可以预见，该材料将会迎来广阔的市场空间。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明进行详细说明。但应理解，以下实施例仅是对本发明实施方式的举例说明，而非是对本发明的范围限定。
实施例1
抗菌涤纶纤维制备步骤如下：
步骤(1)将1mol 5,5-二甲基海因(A)、1.2mol 1,2-二溴乙烷(B)加入到50mol N,N-二甲基甲酰胺中，加热至80℃，强力搅拌2h，冷却，静置，真空浓缩；缓缓加入50mol水，搅拌30min，再加入80mol氯仿，搅拌30min，静置分层，取有机相用无水硫酸钠进行干燥，过滤，旋蒸，得到中间产物I(IR：1051cm-1：叔胺-C-N-生成；1672cm-1：酰胺-C＝O存在；644cm-1：-C-Br存在)。
步骤(2)将1mol I、1.1mol季鏻盐(C)加入到50mol N,N-二甲基甲酰胺中，加热至80℃，强力搅拌6h，冷却、静置、旋转蒸发、提纯、干燥、得到中间产物II(IR：644cm-1：-C-Br消失；1074cm-1：-N-N-存在；1673cm-1：酰胺-C＝O存在；3100cm-1、1489cm-1、1449cm-1、715cm-1：苯环；1097cm-1：P-Ph)。
步骤(3)氮气保护下，将1mol II、1.2mol环氧氯丙烷(D)、1.2mol碘化钾溶于50molN,N-二甲基甲酰胺中，加热至85℃，强力搅拌28h，冷却、静置、真空浓缩、提纯、真空干燥，得到中间产物III(IR：1074cm-1：-N-N-存在；1672cm-1：酰胺-C＝O存在；3100cm-1、1489cm-1、1449cm-1、715cm-1：苯环；1097cm-1：P-Ph；910cm-1：环氧基存在)。
步骤(4)将1mol对苯二甲酸(E)、0.1mol III、1mol乙二醇(F)、1wt％份4-二甲氨基吡啶，搅拌，加热升温，充氮气保持0.15MPa；反应温度控制在200℃，补加0.5mol乙二醇(F)，保持压力0.30MPa；记录酯化过程中的反应温度、压力；聚合反应程度通过观察电机电流和扭矩变化进行判断，达到出料条件后，通氮气至压力为0.17MPa，得到PET产品；打开放料阀，让熔体从铸带头流出，将铸带条通过冷却水槽冷却，引入切粒机，切粒，得到PET粒料，即目标产物IV(IR：1074cm-1：-N-N-存在；1672cm-1：酰胺-C＝O存在；1740cm-1：酯-C＝O存在；3100cm-1、1489cm-1、1449cm-1、715cm-1：苯环；1097cm-1：P-Ph；910cm-1：环氧基消失；3532cm-1：-OH存在)。
所述4-二甲氨基吡啶用量以对苯二甲酸的重量份为基准。
步骤(5)将PET粒料IV于80℃真空干燥5h，120℃真空干燥24h；高速搅拌，混合均匀后置于双螺杆挤出机中，选择双螺杆挤出机的螺杆的直径为20mm，螺杆的长径比为22，进行熔融挤出成熔体，将熔体输出到纺丝机中于200℃下进行纺丝，经牵伸与冷却成纤维、纤维经成网器成网、成网纤维输送至热轧机中以90℃和3.2MPa进行热轧，制成抗菌涤纶纤维。
抗菌涤纶面料混纺组成及工艺如下：
一种抗菌涤纶面料，由抗菌涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，包含以下重量份的原料
抗菌涤纶纤维20份；
涤纶纤维60份；
再生纤维素纤维20份。
一种抗菌涤纶面料的制备步骤如下：
(1)抗菌涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维按上述比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速为24Y/min；得到抗菌的涤纶面料。
抗菌涤纶纤维及面料制备具体实施例2-6，其他同具体实施例1，不同之处在于下表：
对比例1-4均与具体实施例1的抗菌涤纶面料进行对比，具体实施例1中抗菌结构含量折合重量百分比约为2.6wt％。
对比例1
一种涤纶面料，由涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，包含以下重量份的原料
涤纶纤维80份；再生纤维素纤维20份。
一种涤纶面料的制备步骤如下：
(1)涤纶纤维和再生纤维素纤维按上述比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速为24Y/min；得到抗菌的涤纶面料。
对比例2
一种涤纶面料包括如下配比及步骤：
一种抗菌涤纶面料，由抗菌涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，包含以下重量份的原料
抗菌剂2.6份；涤纶纤维77.4份；再生纤维素纤维20份。
一种抗菌涤纶面料的制备步骤如下：
(1)抗菌剂与PET切片共混挤出熔融纺丝后，和再生纤维素纤维按上述比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速为24Y/min；得到抗菌的涤纶面料。
对比例3
一种涤纶面料包括如下配比及步骤：
一种阻燃涤纶面料，由阻燃涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，包含以下重量份的原料
阻燃剂2.6份；涤纶纤维77.4份；再生纤维素纤维20份。
一种阻燃涤纶面料的制备步骤如下：
(1)阻燃剂与PET切片共混挤出熔融纺丝后，和再生纤维素纤维按上述比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速为24Y/min；得到抗菌的涤纶面料。
对比例4
一种涤纶面料包括如下配比及步骤：
一种抗静电涤纶面料，由抗静电涤纶纤维、涤纶纤维和再生纤维素纤维混纺而成，包含以下重量份的原料
抗静电剂2.6份；涤纶纤维77.4份；再生纤维素纤维20份。
一种抗静电涤纶面料的制备步骤如下：
(1)抗静电剂与PET切片共混挤出熔融纺丝后，和再生纤维素纤维按上述比例混纺成经纱与纬纱，并相互以直角交错面成混纺织成坯布；
(2)将温度升高至200℃，对坯布进行烘干定型处理，其中烘干转速为24Y/min；得到抗菌的涤纶面料。
分别测定本发明应用实施例1-6、应用实施对比例1-4制备的抗菌涤纶面料的物理性能，包括抗静电性、抗菌性和阻燃性能，结果如表1所示。
表1各实施例物理测试性能
首先，从表1中可以看出，本发明的抗菌涤纶面料与目前常用涤纶面料相比，季鏻盐、季铵盐的离子存在形式，有助于静电的传递与疏导，有较高的抗静电效果；
第二，本发明的抗菌涤纶面料与目前常用涤纶面料相比，由于存在N、P的复配，阻燃性性能上的优势显著；
第三，本发明的抗菌涤纶面料与目前常用涤纶面料相比，由于结构中的卤胺结构、以及季鏻盐、季铵盐的协同性，故抗菌初期性和持久性更优。
综合而言，与现有抗菌涤纶面料相比，本发明的抗菌涤纶面料，不仅在抗菌性上优势明显，同时具有高效的阻燃性和抗静电性。由于发挥功能的结构是以化学键的形式存在于涤纶面料中，故多次水洗后效果优良，具有优异的功能持久性。该产品具有广阔的市场前景，并可用于服装等领域的应用。
其中测试方法如下：
(1)抗静电性：参照GB/T 14342-2015来测试。
(2)阻燃性：置于明火上，肉眼观察阻燃效果。阻燃性表示方法：5为最优，1为最差。
(3)对涤纶面料的抗菌性能测试采用的是AATCC 100-2004标准方法，选用的菌种为革兰氏阴性-大肠杆菌和革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌。本测试具体操作步骤如下：首先将测试样品裁剪成边长为2.54cm的正方形待测样，然后在一块正方形待测样的中心接种25μL的一定浓度的细菌悬浮液，再盖上另一块正方形待测样，用无菌的重物压住。在恒温恒湿箱中37℃下培养24h。培养完成后计算菌落数目和抗菌率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
