铜离子改性聚丙烯腈纤维的制备及性能研究

2019-06-01赵永旗孙国通

纺织科技进展 2019年5期

赵永旗,李政,孙国通

(1.维珍妮国际(控股)有限公司,广东深圳518132;2.杭州昕鸿布艺有限公司,浙江杭州311100)

随着生活水平的提高和工业的迅速发展,人们自我保健和环境卫生的意识日益增强,对具有各种特殊性能的纺织产品的需求也不断增加。在日常生活中,人们不可避免地接触到各种细菌、真菌等微生物,这些微生物在合适的条件下就会迅速繁殖传播而引发疾病,抗菌功能纺织品的研究和开发显得尤为重要,抗菌除臭防霉等功能性纺织品具有巨大的市场潜力[1]。现有抗菌纺织品及其基础研究方面缺乏对安全高效抗菌纤维生产技术及具有协同抗菌性能纤维的研究,铜离子改性聚丙烯腈纤维是一种具有高效抗菌和高吸湿性的纤维,是一种利用协同抗菌来达到高效抗菌的新型纤维,它具有合成纤维良好的加工性能,还具有天然纤维的亲肤性和吸湿性能。

1 铜离子改性聚丙烯腈纤维的制备

相比天然纤维抗菌的不稳定性和银离子抗菌的安全、环境污染问题,含铜纤维抗菌,尤其是聚合铜纤维抗菌是一个突破口。为了制备具有安全、高效、协同抗菌性能的新型抗菌纤维,选择了具有高吸湿性能的聚丙烯腈纤维,从铜离子抗菌出发,开发出了一种富含铜离子且具有高吸湿性能的改性聚丙烯腈纤维,利用细菌在有水条件下繁殖的特征,将铜离子抗菌效果达到最佳。

1.1 制备原理

铜离子改性聚丙烯腈纤维的制备原理就是在原浆聚合阶段,采用氧化还原引发、原位聚合和直接纺丝体系,在腈纶大分子侧链上引入有机铜链和高亲水基团,形成铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维[2]。纤维的分子式如图1所示。

图1 铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维分子式

1.2 制备方法

1.2.1 原料配备

铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维主要是将原料按照设计组分和专用设备进行直接反应,该纤维的主要生产原料按照以下组分及重量百分比配备：

丙烯腈45%～95%;8-羟基喹啉铜3%～50%;丙烯酰胺1%～15%;丙烯酸1%～15%。

为了促进原料在制备体系中充分、快速地反应,需要在原料中加入氧化剂和还原剂,氧化剂的添加量为丙烯腈、8-羟基喹啉铜、丙烯酰胺和丙烯酸四组分总干固量的0.5%～1.5%;还原剂的添加量为氧化剂的1～10倍。在氧化剂和还原剂的优选过程中,氧化剂优选过硫酸胺,还原剂优选亚硫酸钠。

1.2.2 制备过程

将丙烯腈、8-羟基喹啉铜、丙烯酰胺及丙烯酸放入高浓度的氯化锌盐溶剂(浓度为45%～60%,并用盐酸调节p H＜2)中搅拌均匀,升温至40℃,用氧化还原引发体系进行接枝共聚反应1 h,静止30 h,脱泡12 h后湿法纺丝,然后将纺丝液置于低浓度的氯化锌盐溶剂(浓度为10%～15%)中,在0～5℃条件下凝固,然后在100℃的热水下牵伸,再经过90℃中性热水进行水洗,最后干燥、定型后切断打包得到纤维产品。

2 铜离子改性聚丙烯腈纤维的性能研究

2.1 基本物理性能

为了进一步验证所生产纤维的性能,对抗菌铜离子改性聚丙烯腈纤维的基本物理性能进行了测试分析,测试结果如表1所示。

表1 铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维的基本物理性能

由表1可以看出,铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维具有较高的铜离子含量和较高的回潮率,较高的铜离子含量保证了铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维的抑菌性较好;较高的回潮率则促进了纤维的抗菌效率,这是因为细菌是在有水的环境下繁殖的,高回潮率更加有利于细菌与抗菌纤维的接触,从而与铜离子抗菌起到协同作用。

2.2 抗菌性能

2.2.1 检测菌种的选择

细菌的种类繁多,对抗菌产品进行所有菌类的抑制或杀灭代价大且不太现实,一般选择几个具有代表性菌种的抑制作用来评判其抗菌效果。金黄葡萄球菌是革兰阳性细菌中抵抗力最强的致病菌,因此作为革兰阳性菌的代表;大肠杆菌分布相当广泛,已作为革兰阴性菌的代表性菌种用于各种试验;白念珠菌具有酷似细菌的菌落,易于计数观察,常作为真菌的代表[3]。

2.2.2 抗菌性能检测

研究铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维的抗菌性能,为开发抗菌织物做准备。分别采用金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和大肠杆菌来进行试验分析,抗菌性能根据GB/T 20944.3－2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》以及GB/T 20944.1－2007《纺织品抗菌性能的评价第1部分：琼脂平皿扩散法》进行测试和评价。铜离子抗菌改性聚丙烯腈纤维抗菌性能测试数据如表2、表3所示。

表2 铜离子改性聚丙烯腈纤维抑菌性检测数据

由表2可以看出,依据GB/T 20944.3－2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行检测后的结果显示,采用铜离子改性聚丙烯腈纤维对金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌的抗菌率均在99%以上,均高于标准中规定的不小于70%的要求;对白色念珠菌的抗菌率在97%以上,高于标准中规定的不小于60%的要求。