涤纶纤维专用抗菌母粒制备及其应用
涤纶纤维专用抗菌母粒制备及其应用
摘 要:介绍了一种专用于制备抗菌合成纤维的抗菌塑料母粒, 采用含银共容组合物与高熔融指数的
高分子树脂捏合, 然后再与载体树脂共混, 经双螺杆挤出机熔融挤出、切粒。采用本母粒与PET树脂混合, 制备了抗菌性能良好的涤纶纤维。
在抗菌材料中, 银系抗菌剂因其不分解, 持久, 抗菌谱广, 对细菌不易诱导耐药性, 抗菌能力强, 安全性能高, 适宜于塑料等抗菌制品的制备[ 1～2 ] 。
目前含银抗菌高分子材料大都是采用载体引入法, 属于“宏观假相容方法”。一般情况下载体是无机粉体, 纳米载银无机粉体本身存在硬团聚、与高分子材料相容性差难以分散[ 3 ] 。对纤维拉丝会造成连续性差、断裂强度低、耐老化能力下降等不良影响。
另一方面, 在无机粉体中, 大部分银离子被无机晶格固定或者包裹, 不易被释放出来。同时, 煅烧工艺又会造成表面银离子转变为零价态[ 4 ] 。这些因素会导致抗菌能力下降, 所以要引
入过量的银来弥补抗菌能力的下降, 因此造成了浪费。
另一种银加入方法, 是采用纳米银单质制备抗菌塑料母粒。目前所采用的纳米银大都是采用水溶液还原法制备, 再经过浓缩、脱水等处理,后与树脂共混。这种后混入方式添加的纳米银单质与树脂没有相容性, 需要引入增容剂或分散剂。实际使用时往往不能被充分分散, 会产生团聚而超出纳米级。因此, 这种后混入方式添加的纳米银单质对纤维制品来说并不是十分理想的。为此, 本文探索研究了新的适合涤纶纤维制品用含银抗菌母粒。
2 微观均相分散银抗菌母粒的制备
2. 1 制备含银共容组合物
含银共容组合物由银盐、分散剂、容合剂、接枝改性剂、赋型树脂等组成。在170～200℃下经捏合反应而成。然后冷却、出料, 采用塑胶破碎机粉碎到5mm以下粉末备用。其中赋型树脂采用PET。
2. 2 含银抗菌母粒的制备
共容组合物与PET混合, 经同向双螺杆挤出机熔融共挤, 水冷, 切粒, 干燥, 包装, 得到PET抗菌母粒。双螺杆挤出机: 型号TE - 34, 南京科亚公司, 主机电流: 14～17 A; 主机转速: 800～1 000r /min; 喂料转速: 600～700 r /min; 切粒机转速:1 000～1 100 r /min。其中PET纤维级聚酯切片采用仪征市东南18化纤与纺织技术第1期 Chemical Fiber & Textile Technology 2009年3月 化纤原料有限公司的WB - 8828B。1～8区各区温度控制分别为: 235℃、255℃、270℃、275℃、280℃、280℃、275℃和270℃。
3 抗菌涤纶纤维的制备
将PET抗菌母粒按1% , 2%比例加入PET料WB - 8828B 中, 在混合机中混合均匀, 再加入纺丝机中拉丝。工艺流程: 配料→混合→转鼓干燥→纺丝→卷绕→落桶→集束→拉伸→紧张热定型→卷曲→松驰热定型→切断→打包。主要纺丝及后处理工艺条件: 纺丝速度1 200m /min, 熔体温度275℃, FR - 1 转速1 600 r /min, FR - 2 转速1 600 r /min, SR 转速1 900 r /min, DF - 3蒸气压力1. 0～1. 2MPa, HF蒸气压力1. 2MPa, 总牵伸倍数4. 03。
4 分析与性能测试[ 5]
4. 1 抗菌母粒的毒理实验
参照中华人民共和国卫生部2002 年《消毒技术规范》(2002年版)第二部分2. 3. 1 (急性经口毒性试验) , 测试结果由广东省卫生检测中心提供。
4. 2 抗菌纤维的抗菌性能
纤维抗菌性能测试参照GB /T 20944《纺织品抗菌性能的评价》第2部分: 吸收法。测试数据由广东省微生物分析检测中心提供。
4. 3 纤维的毒理试验
参照中华人民共和国卫生部2002 年《消毒技术规范》( 2002 年版) 第二部分2. 3. 3 ( 皮肤刺激试验) , 2. 3. 5 ( 阴道粘膜刺激试验) , 2. 3. 6( 皮肤变态反应试验) 。测试结果由上海市预防医学研究院提供。
4. 4 纤维的力学性能测试
参照相关标准进行, 由深圳职业技术学院检测。
5 结果与讨论
5. 1 配方设计
为了解决颗粒团聚问题, 采用银共容组合物的方式。在此组合物中银的存在形式有:离子形式、分子形式、与高分子结合形式以及少量的纳米银单质形式。银的分散是在分子级别上的, 属于微观均匀状态, 不存在团聚颗粒。考虑银组合物的分散稳定性问题, 以及加工工艺可行性要求, 用于涤纶的母粒中采用高熔融指数的PET作为载体。图1、图2、图3分别是本抗菌母粒与市场上其它两种不同抗菌母粒的切片在显微镜下( 200倍)对比图。
对比上面三种母粒切片的显微图象可以看出, 本抗菌母粒里没有粒物存在, 整体是一种均相结构。含无机抗菌粉体的母粒中可以明显看到有颗粒物。在含纳米银单质的母粒切片图象里, 可以看到纳米银颗粒太大形成了黑色颗粒物聚集区, 且分布不均匀。采用本抗菌母粒生产抗菌纤维在拉丝过程中, 没有出现堵塞滤网和喷孔现象, 没有断丝。
5. 2 抗菌母粒的毒理试验
称取抗菌母粒(含银0. 5 % ) 11g, 加入4%的冰醋酸50mL, 密封于容器中浸泡72h后过滤,待冰醋酸完全挥发, 以蒸馏水作溶剂将剩余物定容至20mL即为受试物。按0. 2mL /20g体重用灌胃针头将受试物一次灌给N IH小鼠, 观察中毒表现、死亡数和死亡时间, 每天观察2次, 观察期为2周。受试物对N IH小鼠急性经口毒性实验如表1所示。结果发现: 观察期内, 受试N IH小鼠未出现明显症状, 无死亡发生。所以, 该抗菌母粒对N IH小鼠的急性经口LD50 > 5 000mg/kg, 属实际无毒级。19 第1期化纤与纺织技术 2009年3月Chemical Fiber & Textile Technology表1 受试物对NIH小鼠急性经口毒性性别剂量/mg·kg- 1动物数/只死亡数/只死亡率,%雌5 500 10 0 0雄5 500 10 0 0
5. 3 抗菌涤纶纤维的抗菌性能
由于加工过程中高温的作用, 部分银离子被还原为纳米银, 纤维呈现纳米银特有的金黄色,它比预先混入的纳米银分散更均匀, 粒度更小。实验还测试了含2%抗菌母粒涤纶纤维的光变色性, 将该纤维在阳光下放置15天, 其颜色不变。制品的抗菌性能检测结果见表2。表2 抗菌涤纶纤维的杀菌效果菌种杀菌效果, %母粒添加量1. 0%,制品银含量5 ×10- 5母粒添加量2. 0%,制品银含量1 ×10- 4金黄色葡萄球菌ATCC 653899. 23 99. 87大肠杆菌ATCC 2592299. 54 99. 91白色念珠菌ATCC 1023199. 10 99. 75 注:大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的对照样菌数分别为1. 8 ×105 cfu /mL、1. 5 ×105 cfu /mL、1. 3 ×105cfu /mL。从表2可以看到采用本抗菌母粒的制品添加1%～2%就可达到很好的抗菌效果。
5. 4 抗菌涤纶纤维的毒理试验
抗菌纤维与人体相接触, 其安全性能应该放在首位。本文研究了这些抗菌制品的毒理试验,其中皮肤刺激试验、阴道粘膜刺激试验、皮肤变态反应试验所使用的动物分别为普通级新西兰家兔、普通级SD 大鼠和普通级英国种白色豚鼠,试验结果见表3。从表3中可以看出, 抗菌涤纶纤维对皮肤和阴道粘膜无刺激, 致敏强度属极轻, 表现出高度的安全性。表3 抗菌纤维的毒理试验结果测试样品毒理试验项目皮肤刺激阴道粘膜刺激皮肤变态反应抗菌涤纶纤维无刺激性无刺激性致敏强度属极轻 注:以添加2%抗菌母粒的制品作为检测样
5. 5 抗菌涤纶纤维的力学性能测试[ 6]
所制备的抗菌涤纶纤维为75dtex/24f, 力学性能检测结果见表4。表4 抗菌涤纶纤维的力学性能纤维断裂强度/cN·dtex- 1杨氏模量/cN·dtex- 1断裂伸长率, %不加抗菌母粒3. 96 1. 22 11. 23加1%抗菌母粒3. 91 1. 26 11. 98加2%抗菌母粒3. 76 1. 31 12. 85 从表4抗菌涤纶纤维的力学性能检测结果看,与纯涤纶纤维样对比, 抗菌母粒的加入对涤纶纤维的断裂强度和杨氏模量力学性能影响不大, 断裂伸长率随母粒的加入量增加而增大, 这与母粒中低分子量接枝树脂以及溶剂产生的影响有关。
6 结论
本文采用含银共容组合物与PET树脂熔融挤出制备了专用于生产抗菌涤纶纤维的抗菌塑料母粒, 通过研究得到如下结果:(1) 所制备的涤纶用抗菌母粒属实际无毒级物质。(2) 抗菌母粒的添加量在1%～2%时, 涤纶纤维具有很好的抗菌性能, 有利于降低成本。(3) 由该抗菌母粒所制备的抗菌涤纶纤维呈现金黄色, 并显示良好的光稳定性。(4) 由该抗菌母粒制备的涤纶纤维对皮肤和阴道粘膜无刺激, 致敏强度属极轻, 其它性能指标均符合国家标准。
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