抗菌远红外聚酯纤维的开发

上海德福伦化纤有限公司，上海 201502

抗菌远红外聚酯纤维的开发

刘萍冯忠耀杨卫忠

上海德福伦化纤有限公司，上海 201502

利用具有抗菌功能的磷酸锆钠载铜材料和具有远红外功能的太极石材料为原料，通过共混纺丝法，制备一种新型抗菌远红外聚酯纤维。穿着抗菌远红外聚酯纤维内衣测试发现：纤维抑菌率>98.00%，面料远红外法向发射率>0.85，人体血流量和血流速增幅都>32.00%，证明该纤维具备抗菌远红外保健功能。

抗菌，远红外，磷酸锆钠载铜，太极石，聚酯纤维

随着经济的迅速发展、人们生活质量的逐步提高，纺织品的安全与保健作用愈加受到关注。纺织品既要满足舒适、时尚的要求，也要符合当前的时代主题——绿色健康。因此，能够有效减少细菌等病原微生物对人体侵害的抗菌纺织品和具有远红外发射功能的保健纺织品，越来越引起了人们的关注，并逐渐成为了人们的一项需求和选择。研发和生产兼具抗菌和远红外保健功能的聚酯纤维已成为功能性聚酯纤维的发展方向之一[1-2]。

目前，国内外抗菌聚酯纤维的制备以共混法为主，即在聚酯纺丝时添加无机抗菌剂，主要是金属离子型抗菌剂，通过与聚酯共混熔融纺丝制成抗菌纤维。与有机抗菌剂相比，金属离子型抗菌剂抗菌能力强、抗菌性持久、热稳定性好，细菌等病原微生物不易对其产生抗菌性突变。但Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+等对人体残留性毒害大，Ni2+、Co2+和Cu2+等又带有颜色，所以目前被广泛作为金属离子型抗菌剂的有银离子和锌离子两种，但锌离子抗菌强度约只有银离子的千分之一，故银系抗菌剂在当前的金属离子型抗菌剂中占据主导地位。银系抗菌剂的优点是抗菌活性大、安全性好，但银的价格高，这导致其成本较高。同时，银离子还存在化学稳定性问题，其易在紫外光的照射下或者是加热条件下，还原为金属银，继而转变为氧化银，从而使纺织制品变色，在一定程度上限制了其应用。

近来有学者致力于研究抗菌离子在纺织品中的缓释，以提高抗菌离子的耐热温度及抗菌能力。如利用多种内部具有孔洞结构的材料(如磷酸锆、磷酸钛钠、磷酸锆钠、海泡石、沸石、蒙脱土、活性炭、黏土等)负载银离子，发现经载体改性的银离子的化学稳定性提高，这在一定程度上克服了其纺织制品的变色现象。同时，载体控制了银离子的释放速度，令抗菌效果更持久、更稳定。尤其是磷酸锆钠载体，其分子结构中的每一个阳离子都可以被多种元素原子所取代，因此，以磷酸锆钠为载体，负载价格低廉的铜离子抗菌材料，将是比较有意义的一种尝试[3-4]。

远红外功能纤维释放的远红外线能与人体内的水分子形成共振作用，可有效活化水分子，提高细胞渗透性能，从而提高身体的含氧量，使活性水分子自由出入细胞之间。远红外线的热效应能促使血流速度加快，微丝血管扩张，改善微循环，促进新陈代谢。目前，文献记载的可发射远红外线的材料主要有生物炭类(如竹炭)、碳纤维、电气石、远红外陶瓷、玉石、太极石、金属氧化物及碳化硅等物质，发射的远红外线的波长主要集中在5.6～15.0 μm。近年，联邦三禾(福建)股份有限公司从台湾引进了太极石，其将原石做成母粒进行纳米化，再把纳米粒子添加到纤维中，纺成纱、织成布，最后做成服装。中国专利[5]和专利[6]中公开了太极石保健纤维和纱线的制造方法：先将太极石击碎后高温烧结淬炼，研磨成粒径100 nm的超细微粉，再与纤维基料混合造粒得到太极石母粒；接着将太极石母粒和同质纤维切片按质量比1 ∶50～1∶100混合，纺丝制得太极石纤维(其远红外法向发射率达到0.91以上)。作为一种天然矿石，太极石具有释放远红外线功能，远红外法向发射率达0.92～0.93， 远红外作用波长为3.9～16.0 μm，而对人体有益的远红外波长为8.0～14.0 μm。因此太极石与人体细胞中的水分子能够产生共振，能增强血液细胞的动能，细化水分子，促进血液微循环和新陈代谢。故太极石应用于研究和开发新型远红外保健纤维制品具有一定的市场价值和社会价值。

本文利用改性磷酸锆钠载铜材料和太极石材料，制备了一种新型抗菌远红外聚酯纤维，测试并对比了其抗菌及远红外性能。

1 纤维制备

(1) 将硝酸铜、磷酸锆钠与去离子水充分混合、搅拌，水浴加热，经抽滤、洗涤、烘干、研磨、煅烧得到磷酸锆钠载铜抗菌粉体；将磷酸锆钠载铜抗菌粉体与二甲苯混合，通氮气保护，在高速搅拌下加入硅烷偶联剂，经回流、过滤、烘干、球磨得到改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体。其中，硝酸铜、磷酸锆钠的质量比为6 ∶4，水浴加热反应温度为75～80 ℃、反应时间为3 h，烘干温度为100～105 ℃、烘干时间为10 h，研磨控制粒径在10～300 nm，煅烧温度为760 ℃、煅烧时间为4 h，硅烷偶联剂为钛酸酯(单烷氧型)，加入量为磷酸锆钠载铜抗菌粉体质量的6%。

(2) 将天然矿石——太极石击碎、煅烧、研磨得到太极石远红外粉体。太极石煅烧温度为1 000 ℃，粉体平均粒径100～300 nm，远红外法向发射率0.90～0.92，耐热性>400 ℃，干燥失重(105 ℃，2 h)<1.5%，灼烧失重(1 000 ℃，2 h)<2.5%。

(3) 将改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体、太极石远红外粉体与聚酯按质量比10 ∶10 ∶80共混干燥，并经螺杆挤压熔融、挤出、冷却、拉条、切粒和干燥，制成抗菌远红外母粒。

(4) 将抗菌远红外母粒与聚酯切片按质量比5 ∶95共混，经干燥、纺丝、卷绕、集束、牵伸、定型、叠丝、上油、卷曲和切断等工序，制得抗菌远红外聚酯纤维。具体纺丝温度为272～278 ℃，纺速为1 000～1 150 m/min，牵伸倍数为3.3～4.6倍。

2 制备说明

磷酸锆钠载铜抗菌粉体表面为高能表面，呈亲水性，但聚酯等有机基体为弱极性分子，呈亲油性，二者混合极易因水油不相容，导致磷酸锆钠载铜抗菌粉体在有机基体中发生团聚，分散性差，这会对纤维的生产和性能包括抗菌性能产生极大影响。故本文使用硅烷偶联剂进一步对磷酸锆钠载铜抗菌粉体表面进行修饰，改善其相容性和团聚问题，以达到更好的抗菌效果。经改性的磷酸锆钠载铜抗菌粉体的亲油化度可达40%，沉降速30 min分散体系的透光率达30%，透光度较稳定，而未改性的磷酸锆钠载铜抗菌粉体的亲油化度只有5%，沉降速30 min分散体系的透光率只有8%。可见，改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体上的大部分粒子的表面能得到有效降低，电荷消减，极性下降，故与聚酯的结合能力增强，团聚问题显著改善，分散性得到提高。

纤维制备时还发现，采用研磨和气流喷射的方式可以很容易地将粉体加工成粒径100～300 nm的尺寸。当粉体尺寸低于100 nm时，加工会存在一定困难，且成本较高，制备母粒时粉体易发生团聚；当粉体尺寸在300～500 nm时，远红外与抗菌功能效果不显著；当粉体尺寸大于500 nm时，纺丝时过滤网组件会被堵塞。

制备的抗菌远红外聚酯纤维可根据需要加工成异形纤维，纤维截面可以是已知聚酯熔融纺丝的任何截面，如圆形、十字形、中空形、三角形等，可纺单丝名义线密度为0.89～16.67 dtex。

3 性能测试与对比

抗菌性能测试参照FZ/T 52035—2014《抗菌涤纶短纤维》和GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》标准，菌种选择金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、大肠埃希菌(ATCC 8739)。远红外性能测试参照GB/T 30127—2013《纺织品远红外性能的检测和评价》标准。人体微循环血流量和血流速变化按照台湾TTRI财团法人纺织产业综合研究所的人体生理试验测定，具体为女性测试者先穿着一般内衣，20 min后测试其血流量及血流速度；再换穿抗菌远红外聚酯纤维内衣，20 min后测试其血流量及血流速度。测量点为胸部正中央，比较穿着两种内衣时血流量与血流速度的变化。测试结果发现，人体穿着抗菌远红外聚酯纤维内衣后，纤维抑菌率>98.00%，面料远红外法向发射率>0.85，血流量和血流速度增幅都>32.00%，故该纤维产品具有抗菌远红外保健功能。

此外，为更深入地研究抗菌远红外聚酯纤维的功能特性，特将制备的圆形和十字形两种抗菌远红外聚酯纤维，与其他相关纤维进行了一系列的对比试验，结果见表1。表1中，对比1是采用特制的平均粒径为20～25 nm铜粉体替代改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体制备的一种抗菌远红外聚酯纤维；对比2是未添加太极石粉体制备的一种抗菌聚酯纤维；对比3是未添加改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体制备的一种远红外聚酯纤维；对比4是采用未改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体制备的一种抗菌远红外聚酯纤维。且对比1、对比2、对比3、对比4这四种纤维的制取工艺，与利用改性磷酸锆钠载铜抗菌粉体材料和太极石材料制备圆形抗菌远红外聚酯纤维的工艺完全相同。

表1 对比试验测试结果

由表1可知圆形和十字形抗菌远红外聚酯纤维：相较于对比1、对比2和对比4，抑菌率更高；相较于对比1、对比2、对比3和对比4，远红外法向发射率更高。这表明，本工艺能显著改善磷酸锆钠载铜抗菌粉体与聚酯基体的相容性和团聚问题，达到更好的抗菌效果，同时提高了太极石在纤维中的远红外法向发射率，改善了远红外效果。抗菌远红外聚酯纤维比单独磷酸锆钠载铜纤维的抗菌性更好，比单独太极石纤维的远红外法向发射率更高。

此外，由于磷酸锆钠分子结构中的每一个阳离子都可以被多种元素原子取代，故以磷酸锆钠为骨架负载铜离子，可实现铜离子在纺织品中的缓释，提高产品抗菌能力。加之磷酸锆钠分子具有较大的孔径，其能够容纳足够多的铜离子，在一定程度上增大了与铜离子的接触表面积，故有效提高了制品的抗菌能力。

4 结语

利用具有抗菌功能的磷酸锆钠载铜材料和具有远红外保健功能的太极石材料，制备了一种新型抗菌远红外聚酯纤维，穿着抗菌远红外聚酯纤维内衣后发现：纤维抑菌率>98.00%，面料远红外法向发射率>0.85，人体血流量和血流速增幅都>32.00%。 该新型抗菌远红外聚酯纤维具有抗菌抑菌、促进血液微循环和新陈代谢等功能，可广泛应用于家用纺织品和装饰用纺织品领域。

[1] 赵婷, 林云周. 纺织品抗菌性能评价方法比较[J]. 纺织科技进展, 2010(1)：73-76.

[2] 高春朋, 高铭, 刘雁雁，等. 纺织品抗菌性能测试方法及标准[J]. 染整技术,2007,29(2)：38-42.

[3] 涂慧芳, 吴政. 抗菌纤维的制备及抗菌性能测试[J]. 北京服装学院学报(自然科学版)，2006，26(4)： 28-33.

[4] 龚兴建, 陆凯. 抗菌材料的发展及其在纺织上的应用[J]. 上海纺织科技， 2005，33(1)：22-24.

[5] 林荣银, 许华港. 一种能够促进人体微循环的保健纱线: 201410371613.6[P]. 2014-11-19.

[6] 林荣银, 许华港. 一种能够促进人体微循环的保健纤维及其制造方法: 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

刘萍，女，1982年生，工程师，主要从事差别化聚酯纤维产品开发

TQ342+.89

：A

1004-7093(2017)07-0012-04