黑色抗菌聚酯纤维母粒的制备及性能研究

徐毅明

本文介绍了黑色抗菌聚酯纤维母粒的制备和纺丝实验，筛选了合适的炭黑、抗菌粉，讨论了不同分散剂添加量对母粒分散性能的影响，成功制备了黑色抗菌聚酯母粒。采用共混改性技术纺得黑色抗菌聚酯纤维，并对纤维的物理和抗菌性能进行了测试与研究。结果表明，所制备的黑色抗菌聚酯母粒分散性能佳，由黑色抗菌母粒制备的聚酯纤维抗菌效果优异。

关键词：色母粒;抗菌;功能纤维;聚酯纤维

引言

PET聚酯纤维作为当前化学纤维的第一大品种，具有一系列优良性能，如抗皱性和形态稳定性好，具有较高的强度与弹性恢复能力，易洗易干、坚牢耐用。但随着社会发展和人们生活水平的提高，传统的涤纶织物已不能满足人们的需求，人们在追求色彩美观的同时，更加注重绿色环保和安全健康。近年来由于疫情影响，抗菌纺织品越来越得到消费者的青睐，由此抗菌纤维成为市场发展的热点材料，在家居医疗卫生、军用服装等领域的需求也越来越大[l]。

功能化纤维的生产加工方法，有纺前功能改性和后处理功能改性两条路线。后整理改性法，往往是指在后道加工中，通过各种手段在纤维或织物表面进行包覆、涂层等操作，使得织物表面带有一层功能性物质，从而赋予织物特定功能性。采用该法制备的功能织物，优点是操作便捷，但其功能持久性往往相对较差。随着纺丝技术的发展，纺前功能改性逐步发展成为功能化的一个重要途径。其中对于聚酯纤维，使用聚酯载体的高浓母粒添加到纺丝系统中，通过熔融纺丝可直接制备功能纤维。共混技术可以根据需要灵活改变改性助剂的产品种类及含量，灵活适用于各种纤维功能需求[2]。同样纤维原液着色技术在生产过程中可以赋予纤维各种颜色，省去下游生产过程中的印染环节，具有突出的环境友好特征[3]。因此使用母粒法制备黑色抗菌聚酯纤维，可以有效解决以往印染后整理方式存在的能耗高、污染多、功能性不持久等问题。目前市场上主要使用银系抗菌粉制备黑色抗菌母粒，然而黑色抗菌纤维加工难度较大，主要难点集中在母粒分散性差、不好纺细旦丝、抗菌效果不达标等。据分析抗菌效果不达标主要原因可能是母粒法用的黑色颜料一般为炭黑，炭黑比表面积大，会吸附抗菌粉中的银离子，而银抗菌起作用主要是通過缓慢释放银离子[4]。

针对上述问题，本研究尝试通过筛选合适的炭黑、特殊结构抗菌粉、高效分散剂以及优化加工工艺来制备分散性能好，同时抗菌效果优良的黑色抗菌聚酯纤维母粒。

1黑色抗菌聚酯母粒的制备及性能测试

1.1实验原料和方案

首先根据要制备黑色抗菌母粒的特点和应用方向，选择纤维级PET切片做载体;根据以往试验和生产经验，选用欧励隆化纤级色素炭黑AROSPERSE 138做着色剂，上海瑞勒化学聚酯蜡RL-691A做分散剂，通过试验对比筛选出合适的抗菌粉和分散剂用量。后续实验方案将一定比例的分散剂及其他功能助剂与炭黑和抗菌粉预混，然后再加入载体粉高速搅拌混匀，通过双螺杆挤出机造粒，得到黑色抗菌母粒。最后以纺前添加母粒熔融共混的方式纺丝得到黑色抗菌纤维，测试其物理和抗菌性能。

1.2抗菌粉的选择

首先使用扫描电子显微镜检测四款市售抗菌粉，如图1所示，抗菌粉A颗粒形状较不规则，粒径在1.0-4.0μm。抗菌粉B大小也不规则，粒径在1.0-3.0μm。抗菌粉C大小较规则，主要有两种不同形状的粒子，立方体形的粒径在0.3- 0.6μm，近圆球形的粒径在抗菌粉D大小较规则，主要呈立方体形，粒径在0.3-0.8μm。

其次我们使用激光粒度仪分析这四种抗菌粉的粒径，见图2。从测试结果看，抗菌粉A和B粒径分布窄，Dv90粒径不超3μm。抗菌粉D粒径比A和B略小。抗菌粉C粒径分布较宽，但Dv90粒径在lμm左右，颗粒较小，适合纺丝。因此综合考虑颗粒形状和粒径大小，我们选用抗菌粉C作为黑色抗菌聚酯母粒的抗菌粉原材料。

1.3黑色抗菌母粒的制备

共混法制备功能纤维的关键环节是母粒的制备，母粒性能的好坏将会直接影响纤维纺丝的质量，母粒中功能粉体的粒径大小、添加量、分散程度都会影响到聚酯的可纺性及织物性能[5]。我们经过试验，调整混料和挤出工艺，最终获得优化的加工工艺。按前述实验方案相同工艺制备炭黑10wt%，抗菌粉20wt%，分散剂添加量分别为0wt%、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%的黑色抗菌母粒。并通过表1所示条件测试其以过滤值为参考的分散性，测试结果见表2。

从过滤性能测试结果看，按不同比例加入分散剂，母粒的DF值都要优于不加分散剂的母粒。添加1.0%的母粒DF 值最低，分散性能极佳，再增加用量反而是DF值升高。因此确定母粒配方中添力口1.0%的聚酯蜡分散剂。

2黑色抗菌聚酯纤维长丝的纺制及性能分析

2.1黑色抗菌聚酯纤维纺丝

在定制的POY纺丝试验机上纺黑色抗菌母粒C，规格为75D/72f的POY丝，按表3的纺丝工艺试纺2h，纺况佳。

2.2黑色抗菌聚酯纤维的性能评价

使用YG029型全自动单纱强力机测所纺纤维强度，单丝强力达2.0CN/dtex，满足使用要求。根据国家标准GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，测试黑色抗菌聚酯纤维对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌三种细菌的抗菌效果。测试结果见表4。由表4可以看出，黑色抗菌母粒纺纤维的抑菌效果良好。

3结论

在我国原液着色纤维和功能性纤维的快速发展需求下，我国化纤母粒的需求也在大大增加[5]。本研究通过筛选炭黑、助剂、抗菌粉，优化加工工艺，成功制备了黑色抗菌聚酯纤维母粒，母粒的分散性好，易于纺前添加使用，所纺黑色抗菌聚酯纤维在满足着色需求的同时兼具优异的抗菌性能。这对抗菌纤维市场开发新品种以及化纤行业有色功能性聚酯纤维母粒的制备和选用都具有重要参考意义。

参考文献

[1]杨涛，靳高岭，王永生，靳昕怡.抗菌功能纤维机理及研究进展[J].高科技纤维与应用，2021，46（05）：17-22.

[2]高可正.PET抗菌着色纤维母粒的制备及性能研究[D].北京化工大学，2020.

[3]牛方.原液着色纤维：用最好的状态投入市场[J].中国纺织，2019（12）：68-69.

[4]戴福文.抗菌纤维的抗菌机理、加工方法与生态安全性分析[J].中国纤检，2015（01）：68-69.

[5]胡蝶，盛平厚，丁筠，乔辉，高曙光，武艳杰. PET纤维功能母粒研究进展[J].工程塑料应用，2017，45（09）：125-129.

[6]我国化纤原液着色母粒行业发展现状[J].纺织检测与标准，2019，5（1）：2.