一种抗菌LYOCELL纤维及其制备方法.pdf

本发明公开了一种抗菌Lyocell纤维及其制备方法，所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为0.1～10％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度1.1～4.3dtex、强度1～5cN/dtex、断裂伸长率为8～20％。本发明将纳米ZnO经过表面改性处理后，与质量浓度为70～87％的NMMO水溶液混合均匀，得到含ZnO的NMMO溶液，然后溶解纤维素浆粕，纺丝制备得到抗菌Lyocell纤维，生产工艺容易控制，环保无污染，易于工业化生产，产品中纳米ZnO分散均匀，产品抗菌性能好。

权利要求书
1.  一种抗菌Lyocell纤维，其特征在于：所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为0.1～10％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度1.1～4.3dtex、强度1～5cN/dtex、断裂伸长率为8～20％。

2.  制备如权利要求1所述的抗菌Lyocell纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将纳米ZnO经过表面改性处理，与质量浓度为70～87％的NMMO水溶液混合均匀，混合温度为60～115℃，所述纳米ZnO与所述NMMO水溶液的配比为0.001～0.06:1；
(2)将预处理后的纤维素浆粕与步骤(1)得到的含ZnO的NMMO溶液预混合，预混合温度为60～80℃，所述纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液的混合溶解配比为1:1～10；
(3)将步骤(2)得到的预混合浆粥在80～120℃下抽真空至-2×104～-20×104Pa，脱水制得纺丝原液，所述纺丝原液中纤维素含量为6～30wt％，NMMO含量为55～81wt％，水含量为7～15wt％，纳米ZnO含量为0.06～6wt％；
(4)将所述纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到所述抗菌Lyocell纤维。

3.  如权利要求2所述的抗菌Lyocell纤维的制备方法，其特征在于所述纳米ZnO的表面改性处理包括：将纳米ZnO球磨至粒径1～100nm，用硅烷偶联剂、酞酸酯类偶联剂、有机硅溶液中的至少一种，洗涤浸泡0.5～10h后，在70～120℃烘干0.3～2h，然后重新球磨至粒径1～100nm。

4.  如权利要求2所述的抗菌Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述纤维素浆粕的预处理包括将纤维素浆粕粉碎后，先进行活化，然后再压榨得到含水率为30～70wt％的纤维素浆粕。

5.  如权利要求4所述的抗菌Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：所述活化是在粉碎后的纤维素浆粕中加入纤维素酶和木质素酶，在pH值为5～6、温度为50～60℃时酶解，所述酶解时间为0.5～2h，酶解完后调节pH值为10～12灭酶。

说明书一种抗菌Lyocell纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纤维素纤维技术领域，具体涉及一种具有抗菌功能的Lyocell纤维。
背景技术
纤维素是地球上储量最多、分布最广的天然高聚物，是自然界中取之不竭的可再生资源。纤维素纤维具有强度高、染色性好、纺纱性能好以及产业用途广等优势，因此，近年来全世界对纤维素纤维的市场需求量在持续增加。Lyocell纤维是以棉短绒、树木、竹子等可再生资源为原料，以NMMO为溶剂，通过干喷湿纺制成，兼具天然纤维和合成纤维诸多优异性能，且生产过程绿色环保的纤维素纤维。
Lyocell纤维具有强度高、染色性好、纺纱性能好以及产业用途广等优势，而且与粘胶纤维相比，性能更为突出、工艺流程短且生产工艺绿色无污染。因此，近年来全世界对Lyocell纤维的市场需求量在持续增加。
纳米氧化锌(ZnO粒径介于1-100nm之间的ZnO)颗粒，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。
将纳米ZnO添加至纤维中，可使纤维具有抗菌抑菌、防紫外线、祛味防酶等一系列特性。但由于纳米ZnO具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，在纤维生产中一直存在难以克服的技术问题，尤其难以添加至Lyocell纤维中，目前市场上尚未有添加纳米ZnO的Lyocell纤维的相关研究报道，也并未见相关产品问世。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种含有纳米ZnO的抗菌Lyocell纤维，将纳米ZnO均匀分散在Lyocell纤维当中，使产品具有良好的除菌抑菌、抗紫外线等性能。
本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种将纳米ZnO作为抗菌剂，添加到NMMO溶液中，制备具有良好的除菌抑菌和抗紫外线性能的抗菌Lyocell纤维的方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种抗菌Lyocell纤维，所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为0.1～10％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度1.1～4.3dtex、强度1～5cN/dtex、断裂伸长率为8～20％。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
一种抗菌Lyocell纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米ZnO经过表面改性处理，与质量浓度为70～87％的NMMO水溶液混合均匀，混合温度为60～115℃，所述纳米ZnO与所述NMMO水溶液的配比为0.001～0.06:1。
(2)将预处理后的纤维素浆粕与步骤(1)得到的含ZnO的NMMO溶液预混合，预混合温度为60～80℃，所述纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液的混合溶解配比为1:1～10。
(3)将步骤(2)的预混合浆粥在80～120℃下抽真空至-2×104～-20×104Pa脱水制得纺丝原液，所述纺丝原液中纤维素含量为6～30wt％，NMMO含量为55～81wt％，水含量为7～15wt％，纳米ZnO含量为0.06～6wt％。
(4)将所述纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到所述抗菌Lyocell纤维。
作为一种改进的技术方案，所述纳米ZnO的表面改性处理包括：将纳米ZnO球磨至粒径1～100nm，用硅烷偶联剂、酞酸酯类偶联剂、有机硅溶液中的至少一种，洗涤浸泡0.5～10h后，在70～120℃烘干0.3～2h，然后重新球磨至粒径1～100nm。
作为另一种改进的技术方案，步骤(2)中，所述纤维素浆粕的预处理包括 将纤维素浆粕粉碎后，先进行活化，然后再压榨得到含水率为30～70wt％的纤维素浆粕。
作为进一步改进的技术方案，所述活化是在粉碎后的纤维素浆粕中加入纤维素酶和木质素酶，在pH值为5～6、温度为50～60℃时酶解，所述酶解时间为0.5～2h，酶解完后调节pH值为10～12灭酶。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的抗菌Lyocell纤维，所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为0.1～10％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度1.1～4.3dtex、强度1～5cN/dtex、断裂伸长率为8～20％，因为含有纳米ZnO，产品不仅具有良好的除菌抑菌、抗紫外线等性能，而且物理机械性能优良。
本发明的抗菌Lyocell纤维的制备方法，将纳米ZnO经过表面改性处理后，与质量浓度为70～87％的NMMO水溶液混合均匀，得到含ZnO的NMMO溶液，然后溶解纤维素浆粕，纺丝制备得到抗菌Lyocell纤维，生产工艺容易控制，产品中纳米ZnO分散均匀，产品抗菌性能好。
由于将纳米ZnO球磨至粒径1～100nm，用硅烷偶联剂、酞酸酯类偶联剂、有机硅溶液洗涤、浸泡、烘干后，再重新球磨至粒径1～100nm，降低了纳米ZnO的表面极性和比表面能，解决了现有技术中纳米ZnO自身易团聚和不宜在有机介质中分散的技术问题。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种抗菌Lyocell纤维，所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为2.3％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度1.1dtex、强度1.5cN/dtex、断裂伸长率为10.5％。
实施例2
一种抗菌Lyocell纤维，所述抗菌Lyocell纤维中含有质量含量为4％的纳米ZnO，所述抗菌Lyocell纤维的纤度2.2dtex、强度2.25cN/dtex、断裂伸长率为12.5％。
实施例3
将纳米ZnO进行表面改性处理，首先球磨至粒径1～20nm，用硅烷偶联剂溶液洗涤浸泡0.5h后，在80℃烘干2h，然后重新球磨至粒径1～20nm。
将经过表面改性处理的纳米ZnO，与质量浓度为72％的NMMO水溶液混合均匀，得到含ZnO的NMMO溶液，混合温度为65℃，所述纳米ZnO与所述NMMO水溶液的配比为0.01:1。
将预处理后的纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液预混合，预混合温度为65℃，所述纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液的混合溶解配比为1:1。
将上述预混合浆粥在120℃下抽真空至-2×104Pa脱水制得纺丝原液，所述纺丝原液中纤维素含量为27wt％，NMMO含量为64wt％，水含量为8.1wt％，纳米ZnO含量为0.9wt％。
将所述纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到纳米ZnO含量为3％的抗菌Lyocell纤维。
实施例4
将纳米ZnO进行表面改性处理，首先球磨至粒径5～10nm，用有机硅溶液洗涤浸泡1h后，在90℃烘干1h，然后重新球磨至粒径5～10nm。
将经过表面改性处理的纳米ZnO，与质量浓度为80％的NMMO水溶液混合均匀，得到含ZnO的NMMO溶液，混合温度为95℃，所述纳米ZnO与所述NMMO水溶液的配比为0.06:1。
将纤维素浆粕粉碎后，先进行活化，在粉碎后的纤维素浆粕中加入纤维素酶和木质素酶，在pH值为5、温度为50℃时酶解，所述酶解时间为1h，酶解完后调节pH值为10灭酶，然后再压榨得到含水率为70wt％的纤维素浆粕。
将上述预处理后的纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液预混合，预混合温度为 75℃，所述纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液的混合溶解配比为1:3。
将上述预混合浆粥在100℃下抽真空至-5×104Pa脱水制得纺丝原液，所述纺丝原液中纤维素含量为9.5wt％，NMMO含量为76wt％，水含量为13.93wt％，纳米ZnO含量为0.57wt％。
将所述纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到纳米ZnO含量为5.5％抗菌Lyocell纤维。
实施例5
将纳米ZnO进行表面改性处理，首先球磨至粒径2～30nm，用酞酸酯类偶联剂洗涤浸泡2h后，在110℃烘干0.5h，然后重新球磨至粒径2～30nm。
将经过表面改性处理的纳米ZnO，与质量浓度为85％的NMMO水溶液混合均匀，得到含ZnO的NMMO溶液，混合温度为100℃，所述纳米ZnO与所述NMMO水溶液的配比为0.005:1。
将纤维素浆粕粉碎后，先进行活化，在粉碎后的纤维素浆粕中加入纤维素酶和木质素酶，用甲酸调节pH值为5.5、温度为55℃时酶解，所述酶解时间为0.5h，酶解完后用NaOH调节pH值为10.5灭酶，然后再压榨得到含水率为45wt％的纤维素浆粕。
将上述预处理后的纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液预混合，预混合温度为80℃，所述纤维素浆粕与含ZnO的NMMO溶液的混合溶解配比为1:7。
将上述预混合浆粥在80℃下抽真空至-10×104Pa脱水制得纺丝原液，所述纺丝原液中纤维素含量为6.1wt％，NMMO含量为80.2wt％，水含量为13.19wt％，纳米ZnO含量为0.51wt％。
将所述纺丝原液经凝固浴纺丝成型，得到纳米ZnO含量为7.5％的抗菌Lyocell纤维。
实验例1
将实施例1-5制备得到的抗菌Lyocell纤维分别接入菌株1(staphylococcusaureusATCC6538)、菌株2(EscherichiacoliATCC25922)、菌株3(PseudomonasaeruginosaATCC27853)，常温下保持2小时后检测各菌 株的去除率，结果如表1。
表1
项目菌株1去除率(％)菌株2去除率(％)菌株3去除率(％)实施例199.9199.9499.93实施例299.9899.9299.93实施例399.9499.9599.94实施例499.9799.9599.96实施例599.9599.9699.96