黑色抗菌聚酯纖維母粒的制備及性能研究

徐毅明

本文介紹了黑色抗菌聚酯纖維母粒的制備和紡絲實驗，篩選了合適的炭黑、抗菌粉，討論了不同分散劑添加量對母粒分散性能的影響，成功制備了黑色抗菌聚酯母粒。采用共混改性技術(shù)紡得黑色抗菌聚酯纖維，并對纖維的物理和抗菌性能進行了測試與研究。結(jié)果表明，所制備的黑色抗菌聚酯母粒分散性能佳，由黑色抗菌母粒制備的聚酯纖維抗菌效果優(yōu)異。

關(guān)鍵詞：色母粒;抗菌;功能纖維;聚酯纖維

引言

PET聚酯纖維作為當(dāng)前化學(xué)纖維的第一大品種，具有一系列優(yōu)良性能，如抗皺性和形態(tài)穩(wěn)定性好，具有較高的強度與彈性恢復(fù)能力，易洗易干、堅牢耐用。但隨著社會發(fā)展和人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的滌綸織物已不能滿足人們的需求，人們在追求色彩美觀的同時，更加注重綠色環(huán)保和安全健康。近年來由于疫情影響，抗菌紡織品越來越得到消費者的青睞，由此抗菌纖維成為市場發(fā)展的熱點材料，在家居醫(yī)療衛(wèi)生、軍用服裝等領(lǐng)域的需求也越來越大[l]。

功能化纖維的生產(chǎn)加工方法，有紡前功能改性和后處理功能改性兩條路線。后整理改性法，往往是指在后道加工中，通過各種手段在纖維或織物表面進行包覆、涂層等操作，使得織物表面帶有一層功能性物質(zhì)，從而賦予織物特定功能性。采用該法制備的功能織物，優(yōu)點是操作便捷，但其功能持久性往往相對較差。隨著紡絲技術(shù)的發(fā)展，紡前功能改性逐步發(fā)展成為功能化的一個重要途徑。其中對于聚酯纖維，使用聚酯載體的高濃母粒添加到紡絲系統(tǒng)中，通過熔融紡絲可直接制備功能纖維。共混技術(shù)可以根據(jù)需要靈活改變改性助劑的產(chǎn)品種類及含量，靈活適用于各種纖維功能需求[2]。同樣纖維原液著色技術(shù)在生產(chǎn)過程中可以賦予纖維各種顏色，省去下游生產(chǎn)過程中的印染環(huán)節(jié)，具有突出的環(huán)境友好特征[3]。因此使用母粒法制備黑色抗菌聚酯纖維，可以有效解決以往印染后整理方式存在的能耗高、污染多、功能性不持久等問題。目前市場上主要使用銀系抗菌粉制備黑色抗菌母粒，然而黑色抗菌纖維加工難度較大，主要難點集中在母粒分散性差、不好紡細(xì)旦絲、抗菌效果不達標(biāo)等。據(jù)分析抗菌效果不達標(biāo)主要原因可能是母粒法用的黑色顏料一般為炭黑，炭黑比表面積大，會吸附抗菌粉中的銀離子，而銀抗菌起作用主要是通過緩慢釋放銀離子[4]。

針對上述問題，本研究嘗試通過篩選合適的炭黑、特殊結(jié)構(gòu)抗菌粉、高效分散劑以及優(yōu)化加工工藝來制備分散性能好，同時抗菌效果優(yōu)良的黑色抗菌聚酯纖維母粒。

1黑色抗菌聚酯母粒的制備及性能測試

1.1實驗原料和方案

首先根據(jù)要制備黑色抗菌母粒的特點和應(yīng)用方向，選擇纖維級PET切片做載體;根據(jù)以往試驗和生產(chǎn)經(jīng)驗，選用歐勵隆化纖級色素炭黑AROSPERSE 138做著色劑，上海瑞勒化學(xué)聚酯蠟RL-691A做分散劑，通過試驗對比篩選出合適的抗菌粉和分散劑用量。后續(xù)實驗方案將一定比例的分散劑及其他功能助劑與炭黑和抗菌粉預(yù)混，然后再加入載體粉高速攪拌混勻，通過雙螺桿擠出機造粒，得到黑色抗菌母粒。最后以紡前添加母粒熔融共混的方式紡絲得到黑色抗菌纖維，測試其物理和抗菌性能。

1.2抗菌粉的選擇

首先使用掃描電子顯微鏡檢測四款市售抗菌粉，如圖1所示，抗菌粉A顆粒形狀較不規(guī)則，粒徑在1.0-4.0μm?？咕跙大小也不規(guī)則，粒徑在1.0-3.0μm。抗菌粉C大小較規(guī)則，主要有兩種不同形狀的粒子，立方體形的粒徑在0.3- 0.6μm，近圓球形的粒徑在抗菌粉D大小較規(guī)則，主要呈立方體形，粒徑在0.3-0.8μm。

其次我們使用激光粒度儀分析這四種抗菌粉的粒徑，見圖2。從測試結(jié)果看，抗菌粉A和B粒徑分布窄，Dv90粒徑不超3μm?？咕跠粒徑比A和B略小。抗菌粉C粒徑分布較寬，但Dv90粒徑在lμm左右，顆粒較小，適合紡絲。因此綜合考慮顆粒形狀和粒徑大小，我們選用抗菌粉C作為黑色抗菌聚酯母粒的抗菌粉原材料。

1.3黑色抗菌母粒的制備

共混法制備功能纖維的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是母粒的制備，母粒性能的好壞將會直接影響纖維紡絲的質(zhì)量，母粒中功能粉體的粒徑大小、添加量、分散程度都會影響到聚酯的可紡性及織物性能[5]。我們經(jīng)過試驗，調(diào)整混料和擠出工藝，最終獲得優(yōu)化的加工工藝。按前述實驗方案相同工藝制備炭黑10wt%，抗菌粉20wt%，分散劑添加量分別為0wt%、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%的黑色抗菌母粒。并通過表1所示條件測試其以過濾值為參考的分散性，測試結(jié)果見表2。

從過濾性能測試結(jié)果看，按不同比例加入分散劑，母粒的DF值都要優(yōu)于不加分散劑的母粒。添加1.0%的母粒DF 值最低，分散性能極佳，再增加用量反而是DF值升高。因此確定母粒配方中添力口1.0%的聚酯蠟分散劑。

2黑色抗菌聚酯纖維長絲的紡制及性能分析

2.1黑色抗菌聚酯纖維紡絲

在定制的POY紡絲試驗機上紡黑色抗菌母粒C，規(guī)格為75D/72f的POY絲，按表3的紡絲工藝試紡2h，紡況佳。

2.2黑色抗菌聚酯纖維的性能評價

使用YG029型全自動單紗強力機測所紡纖維強度，單絲強力達2.0CN/dtex，滿足使用要求。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，測試黑色抗菌聚酯纖維對大腸桿菌、白色念珠菌和金黃色葡萄球菌三種細(xì)菌的抗菌效果。測試結(jié)果見表4。由表4可以看出，黑色抗菌母粒紡纖維的抑菌效果良好。

3結(jié)論

在我國原液著色纖維和功能性纖維的快速發(fā)展需求下，我國化纖母粒的需求也在大大增加[5]。本研究通過篩選炭黑、助劑、抗菌粉，優(yōu)化加工工藝，成功制備了黑色抗菌聚酯纖維母粒，母粒的分散性好，易于紡前添加使用，所紡黑色抗菌聚酯纖維在滿足著色需求的同時兼具優(yōu)異的抗菌性能。這對抗菌纖維市場開發(fā)新品種以及化纖行業(yè)有色功能性聚酯纖維母粒的制備和選用都具有重要參考意義。

參考文獻

[1]楊濤，靳高嶺，王永生，靳昕怡.抗菌功能纖維機理及研究進展[J].高科技纖維與應(yīng)用，2021，46（05）：17-22.

[2]高可正.PET抗菌著色纖維母粒的制備及性能研究[D].北京化工大學(xué)，2020.

[3]牛方.原液著色纖維：用最好的狀態(tài)投入市場[J].中國紡織，2019（12）：68-69.

[4]戴福文.抗菌纖維的抗菌機理、加工方法與生態(tài)安全性分析[J].中國纖檢，2015（01）：68-69.

[5]胡蝶，盛平厚，丁筠，喬輝，高曙光，武艷杰. PET纖維功能母粒研究進展[J].工程塑料應(yīng)用，2017，45（09）：125-129.

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