抗菌遠紅外聚酯纖維的開發(fā)

上海德福倫化纖有限公司，上海 201502

抗菌遠紅外聚酯纖維的開發(fā)

劉萍馮忠耀楊衛(wèi)忠

上海德福倫化纖有限公司，上海 201502

利用具有抗菌功能的磷酸鋯鈉載銅材料和具有遠紅外功能的太極石材料為原料，通過共混紡絲法，制備一種新型抗菌遠紅外聚酯纖維。穿著抗菌遠紅外聚酯纖維內(nèi)衣測試發(fā)現(xiàn)：纖維抑菌率>98.00%，面料遠紅外法向發(fā)射率>0.85，人體血流量和血流速增幅都>32.00%，證明該纖維具備抗菌遠紅外保健功能。

抗菌，遠紅外，磷酸鋯鈉載銅，太極石，聚酯纖維

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展、人們生活質(zhì)量的逐步提高，紡織品的安全與保健作用愈加受到關(guān)注。紡織品既要滿足舒適、時尚的要求，也要符合當前的時代主題——綠色健康。因此，能夠有效減少細菌等病原微生物對人體侵害的抗菌紡織品和具有遠紅外發(fā)射功能的保健紡織品，越來越引起了人們的關(guān)注，并逐漸成為了人們的一項需求和選擇。研發(fā)和生產(chǎn)兼具抗菌和遠紅外保健功能的聚酯纖維已成為功能性聚酯纖維的發(fā)展方向之一[1-2]。

目前，國內(nèi)外抗菌聚酯纖維的制備以共混法為主，即在聚酯紡絲時添加無機抗菌劑，主要是金屬離子型抗菌劑，通過與聚酯共混熔融紡絲制成抗菌纖維。與有機抗菌劑相比，金屬離子型抗菌劑抗菌能力強、抗菌性持久、熱穩(wěn)定性好，細菌等病原微生物不易對其產(chǎn)生抗菌性突變。但Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+等對人體殘留性毒害大，Ni2+、Co2+和Cu2+等又帶有顏色，所以目前被廣泛作為金屬離子型抗菌劑的有銀離子和鋅離子兩種，但鋅離子抗菌強度約只有銀離子的千分之一，故銀系抗菌劑在當前的金屬離子型抗菌劑中占據(jù)主導(dǎo)地位。銀系抗菌劑的優(yōu)點是抗菌活性大、安全性好，但銀的價格高，這導(dǎo)致其成本較高。同時，銀離子還存在化學(xué)穩(wěn)定性問題，其易在紫外光的照射下或者是加熱條件下，還原為金屬銀，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸y，從而使紡織制品變色，在一定程度上限制了其應(yīng)用。

近來有學(xué)者致力于研究抗菌離子在紡織品中的緩釋，以提高抗菌離子的耐熱溫度及抗菌能力。如利用多種內(nèi)部具有孔洞結(jié)構(gòu)的材料(如磷酸鋯、磷酸鈦鈉、磷酸鋯鈉、海泡石、沸石、蒙脫土、活性炭、黏土等)負載銀離子，發(fā)現(xiàn)經(jīng)載體改性的銀離子的化學(xué)穩(wěn)定性提高，這在一定程度上克服了其紡織制品的變色現(xiàn)象。同時，載體控制了銀離子的釋放速度，令抗菌效果更持久、更穩(wěn)定。尤其是磷酸鋯鈉載體，其分子結(jié)構(gòu)中的每一個陽離子都可以被多種元素原子所取代，因此，以磷酸鋯鈉為載體，負載價格低廉的銅離子抗菌材料，將是比較有意義的一種嘗試[3-4]。

遠紅外功能纖維釋放的遠紅外線能與人體內(nèi)的水分子形成共振作用，可有效活化水分子，提高細胞滲透性能，從而提高身體的含氧量，使活性水分子自由出入細胞之間。遠紅外線的熱效應(yīng)能促使血流速度加快，微絲血管擴張，改善微循環(huán)，促進新陳代謝。目前，文獻記載的可發(fā)射遠紅外線的材料主要有生物炭類(如竹炭)、碳纖維、電氣石、遠紅外陶瓷、玉石、太極石、金屬氧化物及碳化硅等物質(zhì)，發(fā)射的遠紅外線的波長主要集中在5.6～15.0 μm。近年，聯(lián)邦三禾(福建)股份有限公司從臺灣引進了太極石，其將原石做成母粒進行納米化，再把納米粒子添加到纖維中，紡成紗、織成布，最后做成服裝。中國專利[5]和專利[6]中公開了太極石保健纖維和紗線的制造方法：先將太極石擊碎后高溫燒結(jié)淬煉，研磨成粒徑100 nm的超細微粉，再與纖維基料混合造粒得到太極石母粒；接著將太極石母粒和同質(zhì)纖維切片按質(zhì)量比1 ∶50～1∶100混合，紡絲制得太極石纖維(其遠紅外法向發(fā)射率達到0.91以上)。作為一種天然礦石，太極石具有釋放遠紅外線功能，遠紅外法向發(fā)射率達0.92～0.93， 遠紅外作用波長為3.9～16.0 μm，而對人體有益的遠紅外波長為8.0～14.0 μm。因此太極石與人體細胞中的水分子能夠產(chǎn)生共振，能增強血液細胞的動能，細化水分子，促進血液微循環(huán)和新陳代謝。故太極石應(yīng)用于研究和開發(fā)新型遠紅外保健纖維制品具有一定的市場價值和社會價值。

本文利用改性磷酸鋯鈉載銅材料和太極石材料，制備了一種新型抗菌遠紅外聚酯纖維，測試并對比了其抗菌及遠紅外性能。

1 纖維制備

(1) 將硝酸銅、磷酸鋯鈉與去離子水充分混合、攪拌，水浴加熱，經(jīng)抽濾、洗滌、烘干、研磨、煅燒得到磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體；將磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體與二甲苯混合，通氮氣保護，在高速攪拌下加入硅烷偶聯(lián)劑，經(jīng)回流、過濾、烘干、球磨得到改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體。其中，硝酸銅、磷酸鋯鈉的質(zhì)量比為6 ∶4，水浴加熱反應(yīng)溫度為75～80 ℃、反應(yīng)時間為3 h，烘干溫度為100～105 ℃、烘干時間為10 h，研磨控制粒徑在10～300 nm，煅燒溫度為760 ℃、煅燒時間為4 h，硅烷偶聯(lián)劑為鈦酸酯(單烷氧型)，加入量為磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體質(zhì)量的6%。

(2) 將天然礦石——太極石擊碎、煅燒、研磨得到太極石遠紅外粉體。太極石煅燒溫度為1 000 ℃，粉體平均粒徑100～300 nm，遠紅外法向發(fā)射率0.90～0.92，耐熱性>400 ℃，干燥失重(105 ℃，2 h)<1.5%，灼燒失重(1 000 ℃，2 h)<2.5%。

(3) 將改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體、太極石遠紅外粉體與聚酯按質(zhì)量比10 ∶10 ∶80共混干燥，并經(jīng)螺桿擠壓熔融、擠出、冷卻、拉條、切粒和干燥，制成抗菌遠紅外母粒。

(4) 將抗菌遠紅外母粒與聚酯切片按質(zhì)量比5 ∶95共混，經(jīng)干燥、紡絲、卷繞、集束、牽伸、定型、疊絲、上油、卷曲和切斷等工序，制得抗菌遠紅外聚酯纖維。具體紡絲溫度為272～278 ℃，紡速為1 000～1 150 m/min，牽伸倍數(shù)為3.3～4.6倍。

2 制備說明

磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體表面為高能表面，呈親水性，但聚酯等有機基體為弱極性分子，呈親油性，二者混合極易因水油不相容，導(dǎo)致磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體在有機基體中發(fā)生團聚，分散性差，這會對纖維的生產(chǎn)和性能包括抗菌性能產(chǎn)生極大影響。故本文使用硅烷偶聯(lián)劑進一步對磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體表面進行修飾，改善其相容性和團聚問題，以達到更好的抗菌效果。經(jīng)改性的磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體的親油化度可達40%，沉降速30 min分散體系的透光率達30%，透光度較穩(wěn)定，而未改性的磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體的親油化度只有5%，沉降速30 min分散體系的透光率只有8%?？梢?，改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體上的大部分粒子的表面能得到有效降低，電荷消減，極性下降，故與聚酯的結(jié)合能力增強，團聚問題顯著改善，分散性得到提高。

纖維制備時還發(fā)現(xiàn)，采用研磨和氣流噴射的方式可以很容易地將粉體加工成粒徑100～300 nm的尺寸。當粉體尺寸低于100 nm時，加工會存在一定困難，且成本較高，制備母粒時粉體易發(fā)生團聚；當粉體尺寸在300～500 nm時，遠紅外與抗菌功能效果不顯著；當粉體尺寸大于500 nm時，紡絲時過濾網(wǎng)組件會被堵塞。

制備的抗菌遠紅外聚酯纖維可根據(jù)需要加工成異形纖維，纖維截面可以是已知聚酯熔融紡絲的任何截面，如圓形、十字形、中空形、三角形等，可紡單絲名義線密度為0.89～16.67 dtex。

3 性能測試與對比

抗菌性能測試參照FZ/T 52035—2014《抗菌滌綸短纖維》和GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》標準，菌種選擇金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)、大腸埃希菌(ATCC 8739)。遠紅外性能測試參照GB/T 30127—2013《紡織品遠紅外性能的檢測和評價》標準。人體微循環(huán)血流量和血流速變化按照臺灣TTRI財團法人紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所的人體生理試驗測定，具體為女性測試者先穿著一般內(nèi)衣，20 min后測試其血流量及血流速度；再換穿抗菌遠紅外聚酯纖維內(nèi)衣，20 min后測試其血流量及血流速度。測量點為胸部正中央，比較穿著兩種內(nèi)衣時血流量與血流速度的變化。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人體穿著抗菌遠紅外聚酯纖維內(nèi)衣后，纖維抑菌率>98.00%，面料遠紅外法向發(fā)射率>0.85，血流量和血流速度增幅都>32.00%，故該纖維產(chǎn)品具有抗菌遠紅外保健功能。

此外，為更深入地研究抗菌遠紅外聚酯纖維的功能特性，特將制備的圓形和十字形兩種抗菌遠紅外聚酯纖維，與其他相關(guān)纖維進行了一系列的對比試驗，結(jié)果見表1。表1中，對比1是采用特制的平均粒徑為20～25 nm銅粉體替代改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體制備的一種抗菌遠紅外聚酯纖維；對比2是未添加太極石粉體制備的一種抗菌聚酯纖維；對比3是未添加改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體制備的一種遠紅外聚酯纖維；對比4是采用未改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體制備的一種抗菌遠紅外聚酯纖維。且對比1、對比2、對比3、對比4這四種纖維的制取工藝，與利用改性磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體材料和太極石材料制備圓形抗菌遠紅外聚酯纖維的工藝完全相同。

表1 對比試驗測試結(jié)果

由表1可知圓形和十字形抗菌遠紅外聚酯纖維：相較于對比1、對比2和對比4，抑菌率更高；相較于對比1、對比2、對比3和對比4，遠紅外法向發(fā)射率更高。這表明，本工藝能顯著改善磷酸鋯鈉載銅抗菌粉體與聚酯基體的相容性和團聚問題，達到更好的抗菌效果，同時提高了太極石在纖維中的遠紅外法向發(fā)射率，改善了遠紅外效果。抗菌遠紅外聚酯纖維比單獨磷酸鋯鈉載銅纖維的抗菌性更好，比單獨太極石纖維的遠紅外法向發(fā)射率更高。

此外，由于磷酸鋯鈉分子結(jié)構(gòu)中的每一個陽離子都可以被多種元素原子取代，故以磷酸鋯鈉為骨架負載銅離子，可實現(xiàn)銅離子在紡織品中的緩釋，提高產(chǎn)品抗菌能力。加之磷酸鋯鈉分子具有較大的孔徑，其能夠容納足夠多的銅離子，在一定程度上增大了與銅離子的接觸表面積，故有效提高了制品的抗菌能力。

4 結(jié)語

利用具有抗菌功能的磷酸鋯鈉載銅材料和具有遠紅外保健功能的太極石材料，制備了一種新型抗菌遠紅外聚酯纖維，穿著抗菌遠紅外聚酯纖維內(nèi)衣后發(fā)現(xiàn)：纖維抑菌率>98.00%，面料遠紅外法向發(fā)射率>0.85，人體血流量和血流速增幅都>32.00%。 該新型抗菌遠紅外聚酯纖維具有抗菌抑菌、促進血液微循環(huán)和新陳代謝等功能，可廣泛應(yīng)用于家用紡織品和裝飾用紡織品領(lǐng)域。

[1] 趙婷, 林云周. 紡織品抗菌性能評價方法比較[J]. 紡織科技進展, 2010(1)：73-76.

[2] 高春朋, 高銘, 劉雁雁，等. 紡織品抗菌性能測試方法及標準[J]. 染整技術(shù),2007,29(2)：38-42.

[3] 涂慧芳, 吳政. 抗菌纖維的制備及抗菌性能測試[J]. 北京服裝學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，26(4)： 28-33.

[4] 龔興建, 陸凱. 抗菌材料的發(fā)展及其在紡織上的應(yīng)用[J]. 上海紡織科技， 2005，33(1)：22-24.

[5] 林榮銀, 許華港. 一種能夠促進人體微循環(huán)的保健紗線: 201410371613.6[P]. 2014-11-19.

[6] 林榮銀, 許華港. 一種能夠促進人體微循環(huán)的保健纖維及其制造方法: 201410372725.3[P]. 2014-11-19.

Development of the polyester fiber with antibacteria and far-infrared function

LiuPing,FengZhongyao,YangWeizhong

Shanghai Different Chemical Fiber Co., Ltd., Shanghai 201502，China

Using Cu loaded NaZr2(PO4)3with antibacterial property and tai chi stone with far-infrared function as raw materials, a new type of polyester fiber with antibacteria and far-infrared function was prepared by compound spinning method. The test results after wearing the underwear made of the polyester fibers with antibacteria and far-infrared function showed that, the fiber’s bacteriostatic rate was over 98.00%, the fabric’s far-infrared emissivity was over 0.85, and the growing rate of blood flow volume and the growing rate of blood flow rate were both over 32.00%, which proved that the fiber had antibacteria and far-infrared function.

antibacteria, far-infrared, Cu loaded NaZr2(PO4)3, tai chi stone, polyester fiber

2017-01-17

劉萍，女，1982年生，工程師，主要從事差別化聚酯纖維產(chǎn)品開發(fā)

TQ342+.89

：A

1004-7093(2017)07-0012-04