一种衬衫用原位聚合抗菌色织纱及其制备方法

1.本发明涉及一种衬衫用原位聚合抗菌色织纱及其制备方法，属于纺纱工艺领域。


背景技术：

2.衬衫是人们四季常备的一种服装，随着服装设计的不断发展和进步，各种款式的衬衫能够满足不同季节不同场合人们对服装的需求，因此得到了人们的极大青睐。衬衫不仅在商务场合中穿着，人们也会将衬衫作为自己的贴身衣物，但在天气较热的情况下，身体表面汗水等皮肤排泄物容易粘附于衬衫表面，长时间穿着后将会使细菌在衬衫内部滋生，进而影响穿戴者皮肤健康。因此，抗菌衬衫是重要的发展方向。
3.抗菌衬衫纱线的实现目前主要依靠两种技术手段，使用抗菌纤维混纺或进行抗菌后整理，但两种方法都存在一定的局限性。比如：传统抗菌纤维用量大，只能制备混纺的抗菌织物，无法获得高品质纯纺抗菌产品；用抗菌后整理手段制备的抗菌产品手感较差，耐洗牢度差，抗菌物质结合不牢固、抗菌性能不持久。所以，两种方式均需要使用大量的抗菌剂以满足抗菌要求，而过量助剂的使用有可能会对人体造成损伤。
4.色织是将纱线先进行染色，然后进行织造的一种技术。色织纱可以带给衬衫多种设计方式，使用色织纱是当前制作高端衬衫的重要发展方向。
5.基于以上背景，开发原位交联聚合抗菌剂，以及利用抗菌剂来制备抗菌剂添加量低、手感良好、抗菌性能持久的衬衫用色织纱，对于满足人们的物质需求具有重要意义。


技术实现要素：

6.[技术问题]
[0007]
目前抗菌衬衫纱线的制备存在抗菌剂用量大、手感差、耐洗牢度差、耐久性差等问题。
[0008]
[技术方案]
[0009]
为了解决上述问题，本发明在常规的梳棉过程中将抗菌微纳米纤维原位植入棉网中，之后将微纳米纤维中的抗菌单体与棉纤维表面进行网状原位交联聚合，在不改变常规纺纱流程的基础上，实现了性能持久稳定的抗菌纱线的制备。
[0010]
本发明提供一种制备衬衫用原位聚合抗菌色织纱的方法，包括如下步骤:
[0011]
配棉、梳棉、纺纱、原位交联聚合、染色，得到所述的抗菌色织纱；
[0012]
其中，在梳棉时，通过静电纺丝方法将抗菌微纳米纤维原位植入棉网中，进行混合；
[0013]
原位聚合是将纱线在含有引发剂、交联剂的反应液进行原位聚合。
[0014]
在本发明的一种实施方式中，所述的抗菌微纳米纤维的直径为50～500nm。
[0015]
在本发明的一种实施方式中，所述的抗菌微纳米纤维中抗菌剂的用量为抗菌色织纱质量的
[0016]
在本发明的一种实施方式中，所述的原位植入是抗菌微纳米纤维以线性方式与棉
纤维结合，其中，线性方式是指：静电纺抽出来的丝，是线性的，其带上的抗菌剂，将以线性方式与棉网高效混合，以保证抗菌效果均匀线性呈现。
[0017]
在本发明的一种实施方式中，所述原位交联反应液中包括引发剂、交联剂和水；其中，引发剂、交联剂的质量浓度分别为0.3％～0.5％和0.01％～0.03％，引发剂为过硫酸铵(aps)，交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
[0018]
在本发明的一种实施方式中，所述的原位交联聚合具体是将纱线先在常温下通过反应浴，在浸入10～30min后，于90℃预烘3min，再升温至170℃烘干3min；其中，浴比为1：60。
[0019]
在本发明的一种实施方式中，所述的抗菌微纳米纤维是通过静电纺丝的方法制备得到，具体包括：
[0020]
将聚合物和抗菌单体溶解于溶剂中，配置纺丝液；之后利用静电纺丝制备抗菌微纳米纤维；
[0021]
其中，纺丝液中聚合物的质量浓度为1％～25％，抗菌单体质量浓度为0.1％～8％；所述抗菌单体为二甲基二烯丙基氯化铵；
[0022]
所述溶剂包括甲酸、四氢呋喃、水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、甲酚、二甲亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、甲苯、甲基吡咯烷酮、甲乙酮中的一种或几种的混合；
[0023]
所述聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯、聚醋酸乙烯酯、尼龙6、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚乙烯乙二醇、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种的混合；
[0024]
所述的静电纺丝的电压为20～80kv，静电纺丝的喷头放置在梳棉棉网的下方，距离棉网10～35cm，抗菌微纳米纤维通过静电纺丝过程原位混入正在输送的棉网中。
[0025]
在本发明的一种实施方式中，所述的染色是采用阴离子染料进行染色，其中，阴离子染料为活性染料、酸性染料或直接染料中的一种，用量根据颜色深浅进行选择，染色浴比为1：5～10，在ph为4～5、95～100℃下染色30～60min。
[0026]
在本发明的一种实施方式中，所述的配棉、梳棉、纺纱是常规的棉纺纱流程。
[0027]
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的衬衫用原位聚合抗菌色织纱。
[0028]
本发明的第三个目的是本发明所述的衬衫用原位聚合抗菌色织纱在制备功能纺织品中的应用。
[0029]
在本发明的一种实施方式中，所述的功能纺织品包括衬衫、外套等。
[0030]
[有益效果]
[0031]
(1)本发明在梳棉过程中，将抗菌微纳米纤维通过静电纺丝工艺，以线性的方式添加到棉网上，与棉进行混合，最终生产出抗菌效果好的衬衫用抗菌色织纱。
[0032]
(2)本发明在纺纱后，将纱线放入反应液中实现微纳米纤维中的抗菌单体与棉的原位交联聚合，达到持续稳定的抗菌效果。
[0033]
(3)本发明的整体制备流程与传统纺纱工艺流程一致，生产效率和灵活性大大提升。
[0034]
(4)本发明通过静电纺丝工艺，实现抗菌纳米纤维的线性施加，利用微纳米纤维高比表面积和缓释的特性，能够大大降低抗菌剂的用量。
[0035]
(5)本发明的抗菌色织纱中抗菌剂使用量低，降低了抗菌剂对人体造成危害的可能性，使抗菌色织纱和衬衫面料产品更加安全环保。
[0036]
(6)本发明的抗菌纱线将抗菌单体与棉纤维原位聚合，具有显著的杀菌率，且杀菌效果持续稳定。
[0037]
(7)本发明采用的纳米纤维具有非常高的比表面积，其中的抗菌成分作用速度快，并存在缓释效果，因此能极大降低抗菌剂的添加比例。
[0038]
(8)本发明的方法克服现有工艺抗菌物质结合不牢、抗菌剂用量高的技术缺陷。
附图说明
[0039]
图1为抗菌微纳米纤维、抗菌色织纱以及制备的衬衫的表征图；其中，(a)为抗菌微纳米纤维的sem图；(b)为抗菌微纳米纤维的倒置荧光显微镜图；(c)为抗菌色织纱的横截面sem图；(d)为抗菌色织纱的倒置荧光显微镜图；(e)为衬衫织物的sem图，(f)为衬衫的倒置荧光显微镜图。
[0040]
图2为抗菌色织纱制备的衬衫面料照片。
具体实施方式
[0041]
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
[0042]
实施例中采用的原料：
[0043]
聚丙烯腈(pan，mw 85,000，中国上海化纤研究所)；n,n-二甲基甲酰胺(dmf，99.8％，sigma-aldrich)；营养琼脂培养基(杭州微生物试剂有限公司)；pbs磷酸盐缓冲液(上海雷布斯科技有限公司)；大肠杆菌(e.coli，atcc 25922)和金黄色葡萄球菌(s.aureus，atcc 6538)购买于上海保藏生物技术中心；棉花采用常规129棉，棉纤维直径约2μm。
[0044]
测试方法：
[0045]
抗菌性能测试：以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为代表菌种测试。根据gb/t 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法来评估织物的抗菌性能，具体地：取活化后的细菌和真菌，用新鲜培养基稀释到菌落数为108cfu ml-1
(od≈0.07
±
0.002)。然后用灭菌的pbs缓冲液稀释至菌落数为105cfu ml-1
。各称取0.75g抗菌织物和无抗菌纳米纤维混纺的织物(对比样)剪成小块，用纸片包好，在103kpa、121℃灭菌30min。将灭菌后的织物加入上述稀释好的pbs菌液中(70ml)，37℃，130rpm振荡培养24h。培养完成后，取100μl菌悬液，用pbs稀释后，取20μl涂抹在凝固的三分格固体培养皿中，37℃下倒置培养18h后计数。
[0046]
抗菌率按照式(1)进行计算：
[0047][0048]
其中，c
control
是对比样的菌落数，c
sample
是样品的菌落数。
[0049]
纱线中抗菌剂用量按照式(2)计算：
[0050][0051]
实施例1
[0052]
一种制备衬衫用原位聚合抗菌色织纱的方法，包括如下步骤:
[0053]
(1)配棉：
[0054]
将纤维原料的棉包放入开棉机中进行开松混合处理，并除去原料中混有的杂质；将经过开棉处理得到的细棉束进行振动筛选，除去细棉束中含有的杂质；随后将细棉束晾晒三天，除去其中含有的水分；将经过干燥除杂的细棉束通过成卷机加工成棉卷；且加工时梳针打手的速度控制在650r/min，成卷罗拉的速度控制在12r/min，棉卷定量为380g/m，伸长率为1％；
[0055]
(2)梳棉：
[0056]
将棉卷送入梳棉机中进行梳棉处理，同时，使用规模化静电纺丝技术，将抗菌微纳米纤维线性施加到棉网上，具体操作方法为：1g pan、0.5g二甲基二烯丙基氯化铵溶于8.5g dmf溶液中，配置得到纺丝液，随后，然后使用微纳米纤维纺丝装置，进行静电纺丝得到抗菌微纳米纤维(直径为50nm)；其中，静电纺电压60kv，静电纺丝喷头放置在梳棉棉网的下方，距离棉网20cm，抗菌微纳米纤维通过静电纺丝过程原位混入正在输送的棉网中；
[0057]
通过上述梳棉，得到纤细的棉纱纤维条；加工时的工艺参数：锡林速度为400r/min，刺辊速度为650r/min，道夫速度为35r/min，盖板速度为250m/min，棉条出条速度为150m/min；之后依次进行头并、二并和三并，所述棉纱纤维条定量为15g/5m，罗拉中心距为40mm，出条速度控制在280m/min，得到加工好的棉条；
[0058]
(3)纺纱：
[0059]
采用全自动转杯纺纱机，将棉条喂入转杯纺纱机，转杯纺完成得到棉纱产品，转杯纺纺杯速度120000r/min，分梳辊速度7000r/min，捻度为150捻/10cm，捻系数为500，得到纱线；
[0060]
(4)原位聚合：
[0061]
将0.005g交联剂bis、0.15g引发剂aps和50g水配制为反应液；
[0062]
按照浴比1：60，将纱线放入反应液中进行搅拌，在烘箱中预烘温度90℃预烘3min，进而升温至170℃烘干3min，得到原位聚合之后的纱线；
[0063]
(5)染色：
[0064]
采用活性红3bs，用量为2.5％owf，浴比为1：8(1公斤纱线，需要8公斤水去浸泡染色))，在ph为4～5、95℃下染色45min，得到抗菌色织纱(红色)，其中，二甲基二烯丙基氯化铵单体在纱线中的质量百分比为0.04％。
[0065]
将得到的抗菌色织纱(红色)进行性能测试，测试结果如下：
[0066]
从图1中(a)、(c)、(e)可以看出：微纳米纤维不仅分布在纱线的表面，同时分布在纱线内部；图中箭头标志的地方是微纳米纤维所分布的位置，可以看出微纳米纤维在棉纤维周边的分布状态多呈现聚集或者分散状态。如图1中(b)、(d)、(f)所示，明亮区域为微纳米纤维所在的区域，微纳米纤维在纱线中较为均匀的分布；棉网薄且多孔，会造成部分纳米纤维穿过棉网与棉纤维产生纠缠。
[0067]
实施例2
[0068]
调整实施例1中二甲基二烯丙基氯化铵单体的用量为5g，使得其在纱线中的质量百分比为1％，其他和实施例1保持一致，得到抗菌色织纱(红色)。
[0069]
对比例1
[0070]
省略实施例2中二甲基二烯丙基氯化铵单体，其他和实施例2保持一致，得到纯棉色织纱(红色)。
[0071]
将实施例1和2，以及对比例1得到的抗菌色织纱(红色)进行织造，织造的组织结构为平纹，得到织物；将得到的织物进行抗菌性能测试，测试结果如下：
[0072]
对比例1的纯棉色织纱(红色)织造的织物中细菌基本没有减少；
[0073]
实施例1和2的抗菌色织纱(红色)织造的织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌性能，当抗菌剂用量为0.04％的时候，杀灭5-log的细菌，对两种细菌的抗菌率达到99.999％；当抗菌剂用量为1％的时候，抗菌性能变化不大。
[0074]
将实施例1的织物经过12h纯水浸泡后，二甲基二烯丙基氯化铵单体原位交联聚合改性棉纤维杀菌率虽有下降，但降幅低，仅从99.9％下降到99.5％，其杀菌效果持久。
[0075]
对比例2
[0076]
用石墨烯改性的涤纶与羊毛混纺制备抗菌纺织品，当抗菌纤维的比例为30％时，织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为66％和68％，还达不到国标中规定的抗菌效率。(姜亚琳,刘美娜,王春山,郭小云.羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的开发[j].毛纺科技,2020,48,33-36.)
[0077]
对比例3
[0078]
用甲壳素纤维与棉纤维混纺，当甲壳素纤维质量分数达到40％时，织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到85％和90％。(赵小平,王建坤,茆张林.混纺比对甲壳素/棉混纺纱性能的影响[j].天津工业大学学报,2010,29,30-33)
[0079]
对比例4
[0080]
用纳米铜离子涤纶纤维与粘胶纤维混纺，当铜离子涤纶纤维的混纺比例达到40％时，织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率分别达到99.97％和99.25％。(蒋建清,章水龙,杨新勇,郭权龙.纳米铜离子抗菌纱线纺纱工艺探析[j].现代纺织技术,2020,28,27-30.)
[0081]
通过对比实施例1和对比例2-4可以看出：
[0082]
与上述传统抗菌纤维混纺制备抗菌织物相比，实施例1的抗菌色织纱线可以实现以低比例抗菌纳米纤维混纺而获得高效的抗菌性能。
[0083]
实施例3
[0084]
调整实施例1中步骤(5)为：
[0085]
采用活性黄3rs，用量为0.1％owf，浴比为1：8(1公斤纱线，需要8公斤水去浸泡染色))，在ph为4～5、95℃下染色45min，得到抗菌色织纱(黄色)。
[0086]
将实施例1和3的纱线进行织造，织造的组织结构为平纹，得到织物；实物图如图2。
[0087]
经过抗菌性能测试，发现：织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到98.5％和99.9％。
[0088]
对比例5
[0089]
省略实施例1中原位聚合，其他和实施例1保持一致，得到抗菌色织纺纱(红色)。
[0090]
之后织造得到织物，进行抗菌测试：
[0091]
结果发现：对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均为99％，但将织物经过12h纯水浸泡后，二甲基二烯丙基氯化铵单体改性棉纤维杀菌率下降明显，几乎无抗菌性，因此，不进行原位聚合时，纱线抗菌耐久性差。
[0092]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。