一种抗菌纱线及其制备方法和用途
阅读说明：本技术 一种抗菌纱线及其制备方法和用途 (Antibacterial yarn and preparation method and application thereof ) 是由 罗长彦 薛惊理 金光 徐媛媛 候会 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抗菌纱线及其制备方法和用途；步骤包括：原料纤维前纺预处理；将原料纤维进行混条、针梳,得到混纺粗纱；采用花捻机将锦纶作为固线、尼龙包覆丝作为芯线,混纺粗纱作为饰线制作出圈圈纱；采用拉毛机对圈圈纱拉毛处理；将拉毛处理后的圈圈纱进行绞纱、蒸纱；将蒸纱处理后的圈圈纱进行倒筒处理；其中,原料纤维为抗菌纤维和羊毛；抗菌纤维主要成分为甲壳素。制得的抗菌纱线内部结构紧密,具有优良抗静电性、柔软性以及抗菌性与吸湿性,使其具有较好的舒适性,在花式纱线以及卫生产品领域具有广泛的应用。(The invention discloses an antibacterial yarn and a preparation method and application thereof; the method comprises the following steps: pre-spinning pretreatment of raw material fibers; mixing and gilling the raw material fiber to obtain blended roving; adopting a twisting machine to take chinlon as a fixed thread, take nylon covered yarn as a core thread and take blended roving as a decorative thread to manufacture a loop yarn; napping the loop yarn by using a napping machine; twisting and steaming the looped yarns subjected to napping treatment; performing rewinding treatment on the looped yarns subjected to the yarn steaming treatment; wherein, the raw material fiber is antibacterial fiber and wool; the main component of the antibacterial fiber is chitin. The prepared antibacterial yarn has a compact internal structure, excellent antistatic property, flexibility, antibacterial property and hygroscopicity, so that the antibacterial yarn has better comfort and is widely applied to the fields of fancy yarns and sanitary products.)
技术领域
本发明属于纺织品领域，具体涉及一种抗菌纱线及其制备方法和用途。
背景技术
发达国家早在20世纪60年代就开展了抗菌纤维的实用研究，进入80年代以后，抗菌纤维在以日本和美国为代表的发达国家中得到广泛的应用。我国抗菌纤维的产业化研究相对于发达国家起步较晚，90年代初期，主要应用抗菌整理剂；1995年后开始出现有机添加型的抗菌纤维；1997年后无机抗菌纤维开始进入市场；2000年后纳米材料应用于抗菌纤维。
抗菌纤维其本身具有其特殊的抗菌，杀菌机理。其对于防止疾病的传播，保证人体的相对安全，降低交叉感染率，使得我们平时所穿的衣物和装饰所用纺织品等具有卫生保健的新功能。因新冠疫情全球爆发，人们对于抗菌产品更多关注，对于抗菌产品的特性进一步认可。而抗菌产品将因为其特性从而在日常生活中得到更多需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内部结构紧密，具有优良抗静电性、柔软性以及抗菌性与吸湿性的抗菌纱线，使其具有较好的舒适性，在花式纱线以及卫生产品领域具有广泛的应用。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种抗菌纱线的制备方法，包括以下步骤：
工艺1：原料纤维前纺预处理；
工艺2：将原料纤维进行混条、针梳，得到混纺粗纱；
工艺3：采用花捻机将锦纶作为固线、尼龙包覆丝作为芯线，混纺粗纱作为饰线制作出圈圈纱；
工艺4：采用拉毛机对圈圈纱拉毛处理；
工艺5：将拉毛处理后的圈圈纱进行绞纱、蒸纱；
工艺6：将蒸纱处理后的圈圈纱进行倒筒处理；
原料纤维为抗菌纤维和羊毛；抗菌纤维主要成分为甲壳素。
进一步地，需要说明的是，工艺2中，原料纤维中抗菌纤维与羊毛纤维的重量比为4~7:3~6，生产得到的产品既具有羊毛的丝滑手感又具有抗菌特性效果，同时保证了织物的舒适感以及增加了织物的卫生安全效果。
进一步地，需要说明的是，原料纤维为改性抗菌纤维和羊毛；改性抗菌纤维由3-吡啶甲酸酐改性抗菌纤维制得。
本发明采用3-吡啶甲酸酐改性抗菌纤维制得改性抗菌纤维，再将其与羊毛混纺，并搭配锦纶制得抗菌纱线，进一步提高了抗菌纱线的抗菌性能与吸湿性，同时使抗菌纱线具有更为优良的抗静电性；可能是因为3-吡啶甲酸酐在抗菌纤维上引入一些活性基团，使其与其他成分相互作用，进而使纤维原料结合紧密、分布均匀，从而提高了抗菌纱线的抗静电性以及抗菌性；同时使抗菌纱线具有更为优良的吸湿性。
更进一步地，改性抗菌纤维的制备方法为：按重量份计，将35~50份抗菌纤维加入至220~250份二氯甲烷、120~140份冰醋酸、150~250份3-吡啶甲酸酐混合溶液中，在0~3℃、氮气气氛保护条件下搅拌至接近冰浴温度，然后缓慢加入2~5份高氯酸，搅拌反应10~14h，过滤，并依次用甲醇、丙酮、5%碳酸氢钠溶液、蒸馏水清洗3~5次，过滤、干燥，得到改性抗菌纤维。
进一步地，需要说明的是，工艺2中，混条后的原料进行至少3道次针梳。
进一步地，需要说明的是，工艺2中，混纺粗纱的纱支为2~5Nm。
进一步地，需要说明的是，工艺3中，锦纶为70D/24F锦纶、80D/24F锦纶、100D/24F锦纶中的一种。
进一步地，需要说明的是，工艺3中，尼龙包覆丝为40/20尼龙包覆丝、50/20尼龙包覆丝、30/70尼龙包覆丝中的一种。
进一步地，需要说明的是，工艺3中，花捻机内捻捻度为650~950捻/米，捻向为“Z”；外捻捻度为300~750捻/米，捻向为“S”；超喂比为1.5~2.5，转速为7500~8500转/分，提高车速，进而提高生产效率。
进一步地，需要说明的是，工艺4中，拉毛生产环境为50~60%，温度为18~22℃，进而增加纤维原料的韧性，减少罗拉绕毛现象，以提高生产率。
进一步地，需要说明的是，工艺5中，绞纱为每绞克重200~240克；蒸纱温度为75~85℃，时间为30~60min，从而使产品产生良好的回弹性。
进一步地，需要说明的是，工艺6中，倒筒速率为180~220米/分。
本发明还公开了一种抗菌纱线。
本发明还公开了抗菌纱线在花式纱线中的用途。
进一步地，为了使得到的产品具有更为优良的使用性能，采取的优选措施还包括：在原料纤维前纺预处理过程中，将原料纤维中加入含有和毛油、抗静电剂、甜菊醇-19-葡萄糖苷、水的处理液中进行预处理。
本发明采用和毛油、抗静电剂、甜菊醇-19-葡萄糖苷对纤维原料（抗菌纤维与羊毛）进行预处理，以提高纤维原料的抗静电性，减少纤维之间静电荷的聚集，进而提高抗菌纱线的抗静电性能；甜菊醇-19-葡萄糖苷的添加，其与和毛油、抗静电剂起协同作用，可能使纤维原料结合紧密、分布均匀，从而提高了抗菌纱线的柔软性以及抗菌性；同时使抗菌纱线具有更为优良的吸湿性。
进一步地，需要说明的是，按重量份计，和毛油为5~10份、抗静电剂为1~8份、甜菊醇-19-葡萄糖苷为1~5份、水为75~90份。
更进一步地，需要说明的是，具体地，原料纤维前纺预处理为：按重量份计，将5~10份和毛油、1~8份抗静电剂、1~5份甜菊醇-19-葡萄糖苷、75~90份水搅拌混合均匀得到处理液；将原料纤维中加入上述处理液中进行预处理，并静置18~24h，干燥得到预处理后的原料纤维。
进一步地，需要说明的是，抗静电剂为抗静电剂SN42、抗静电剂SN52、抗静电剂SN62中的一种。
本发明由于采用3-吡啶甲酸酐改性抗菌纤维制得改性抗菌纤维，再将其与羊毛混纺，并搭配锦纶制得抗菌纱线，因而具有如下有益效果：该抗菌纱线具有优良的抗菌性能与吸湿性，同时使抗菌纱线具有更为优良的抗静电性；可能是因为3-吡啶甲酸酐在抗菌纤维上引入一些活性基团，使其与其他成分相互作用，进而使纤维原料结合紧密、分布均匀，从而提高了抗菌纱线的抗静电性以及抗菌性；同时使抗菌纱线具有更为优良的吸湿性。因此，本发明是一种内部结构紧密，具有优良抗静电性、柔软性以及抗菌性与吸湿性的抗菌纱线，使其具有较好的舒适性，在花式纱线以及卫生产品领域具有广泛的应用。
附图说明
图1为实施例1中抗菌纱线的SEM图；
图2为实施例5中抗菌纤维改性前后的红外谱图。
具体实施方式
进一步地，需要说明的是，本发明抗菌纤维购自青岛新维纺织开发有限公司，主要成分为甲壳素。
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
一种抗菌纱线的制备方法，包括以下步骤：
工艺1：将抗菌纤维与羊毛分别进行纺前预处理，即将抗菌纤维与羊毛分别浸入在含有5重量份和毛油、2.5重量份抗静电剂SN42、1.5重量份甜菊醇-19-葡萄糖苷、75重量份水的处理液中进行预处理，并静置18h，干燥，得到预处理后的抗菌纤维与羊毛；
工艺2：将预处理后的抗菌纤维与羊毛按重量比为7:3送入混条机中进行混条，然后进行针梳（头针-二针-三针），通过粗纱机制得纱支为2Nm，得到混纺粗纱；
工艺3：采用花捻机将70D/24F锦纶作为固线、40/20尼龙包覆丝作为芯线，上述混纺粗纱作为饰线，并控制内捻捻度为700捻/米，捻向为“Z”；外捻捻度为300捻/米，捻向为“S”；超喂比为2.1，转速为8000转/分，制作出圈圈纱；
工艺4：采用拉毛机对上述圈圈纱拉毛处理，其中拉毛生产环境为53%，温度为20℃，进而增加纤维原料的韧性，减少罗拉绕毛现象，以提高生产率；
工艺5：将拉毛处理后的圈圈纱摇成每绞克重200克的绞纱，然后绞纱放入蒸纱箱中，抽真空，然后将蒸纱箱温度升至82℃，保温35min，冷却至室温，使圈圈纱回缩，从而产生良好的回弹性；
工艺6：将蒸纱处理后的圈圈纱进行倒筒处理，倒筒速度为200米/分，清纱，得到抗菌纱线成品。
实施例2：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是：
工艺1：将抗菌纤维与羊毛分别进行纺前预处理，即将抗菌纤维与羊毛分别浸入在含有8重量份和毛油、4.5重量份抗静电剂SN52、3.5重量份甜菊醇-19-葡萄糖苷、80重量份水的处理液中进行预处理，并静置24h，干燥，得到预处理后的抗菌纤维与羊毛。
实施例3：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是：
工艺2：将预处理后的抗菌纤维与羊毛按重量比为5:5送入混条机中进行混条，然后进行针梳（头针-二针-三针），通过粗纱机制得纱支为5Nm，得到混纺粗纱。
实施例4：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是：
工艺3：采用花捻机将70D/24F锦纶作为固线、40/20尼龙包覆丝作为芯线，混纺粗纱作为饰线，并控制内捻捻度为800捻/米，捻向为“Z”；外捻捻度为400捻/米，捻向为“S”；超喂比为2.5，转速为8500转/分，制作出圈圈纱。
实施例5：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是：
采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性，改性抗菌纤维的制备方法为：将35重量份抗菌纤维加入至230重量份二氯甲烷、120重量份冰醋酸、150重量份3-吡啶甲酸酐混合溶液中，在0℃、氮气气氛保护条件下搅拌至接近冰浴温度，然后缓慢加入2.5重量份高氯酸，搅拌反应12h，过滤，并依次用甲醇、丙酮、5%碳酸氢钠溶液、蒸馏水清洗5次，过滤、干燥，得到改性抗菌纤维。
实施例6：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例5相同，与实施例5不同的是：
改性抗菌纤维的制备方法为：将45重量份抗菌纤维加入至250重量份二氯甲烷、130重量份冰醋酸、200重量份3-吡啶甲酸酐混合溶液中，在0℃、氮气气氛保护条件下搅拌至接近冰浴温度，然后缓慢加入3.5重量份高氯酸，搅拌反应12h，过滤，并依次用甲醇、丙酮、5%碳酸氢钠溶液、蒸馏水清洗5次，过滤、干燥，得到改性抗菌纤维。
实施例7：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例5相同，与实施例5不同的是：
改性抗菌纤维的制备方法为：将50重量份抗菌纤维加入至250重量份二氯甲烷、140重量份冰醋酸、250重量份3-吡啶甲酸酐混合溶液中，在0℃、氮气气氛保护条件下搅拌至接近冰浴温度，然后缓慢加入4.5重量份高氯酸，搅拌反应12h，过滤，并依次用甲醇、丙酮、5%碳酸氢钠溶液、蒸馏水清洗5次，过滤、干燥，得到改性抗菌纤维。
实施例8：
一种抗菌纱线的制备方法，其他步骤与实施例1相同，与实施例1不同的是：
工艺1：将抗菌纤维与羊毛分别进行纺前预处理，即将抗菌纤维与羊毛分别浸入在含有5重量份和毛油、2.5重量份抗静电剂SN42、75重量份水的处理液中进行预处理，并静置18h，干燥，得到预处理后的抗菌纤维与羊毛。
试验例1：
1. 抗菌纱线表面形貌测定
采用KYKY-2800B型扫描电子显微镜对抗菌纱线进行表面形貌观察。
图1为实施例1中抗菌纱线的SEM图。由图1可以看出，抗菌纱线中纤维之间结合紧密，分布均匀，且纤维表面光滑。
2. 改性抗菌纤维红外光谱测定
采用FT-IR 5700傅立叶红外光谱仪，用溴化钾压片法制作测试样品，测试范围为4000-400cm-1。
图2为实施例5中抗菌纤维改性前后的红外谱图。由图2可以看出，在未改性抗菌纤维（甲壳素）的红外谱图中，在3421.5cm-1附近出现的特征吸收峰为羟基的伸缩振动和氨基的伸缩振动以及分子内、分子间的氢键吸收峰；在1650.8cm-1附近出现的特征吸收峰为C=O的伸缩振动；而在改性抗菌纤维中，在3046.7cm-1附近出现的特征吸收峰为吡啶环中C-H的伸缩振动；在1579.3cm-1附近出现的特征吸收峰为吡啶环（骨架谱带）的伸缩振动，在832.6cm-1附近出现的特征吸收峰为吡啶环中芳氢的面外弯曲振动；由此可知，采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性得到改性抗菌纤维。
试验例2：
1.抗菌纱线抗菌性能测定
采用振荡摇瓶法测试抗菌纱线对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能，计算其抑菌率，计算公式如下：
X=(A-B)/A×100%
式中：X为抑菌率；A为振荡培养前待测样品的平均菌落数；B为振荡培养后待测样品的平均菌落数。
表1 抗菌纱线的抑菌率
样品
大肠杆菌/%
金黄色葡萄球菌/%
实施例1
98.3
99.1
实施例2
99.2
99.5
实施例3
97.6
98.4
实施例4
98.5
99.2
实施例5
99.9
99.9
实施例6
99.7
99.9
实施例7
99.9
99.8
实施例8
93.5
94.6
从表1可以看出，实施例1-4中抗菌纱线对大肠杆菌的抑菌率高于97.5%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率高于98%，对比实施例1与实施例8，实施例1中大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌率高于实施例8，这说明在纤维原料预处理过程中在处理液中添加甜菊醇-19-葡萄糖苷，进而制得抗菌纱线，其提高了抗菌纱线的抗菌性能；实施例5-7中抗菌纱线对大肠杆菌的抑菌率高于99.5%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率高于99.7%，对比实施例1与实施例5-7，实施例5-7中大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌率均高于实施例1，这说明采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性得到改性抗菌纤维，再经过各个工序制得抗菌纱线，其进一步提高了抗菌纱线的抑菌性能。
2.抗菌纱线吸湿性测定
采用YG601型电脑式织物透湿仪（温州方圆仪器有限公司）对实验样品进行测试，在测试温度为20℃，相对湿度为45%条件下，按照GB/T9995-1997《纺织材料含水率和回潮率的测定——烘箱干燥法》，在恒温恒湿试验箱内进行纱线的动态吸湿试验，计算其干基含水率，计算公式如下：
干基含水率=(W-W0)/W0×100%
式中：W0为在烘箱中干燥3h后纱线的质量；W为吸湿30min后的纱线的质量。
表2 抗菌纱线的干基含水率
样品
干基含水率/%
实施例1
10.6
实施例2
11.2
实施例3
9.3
实施例4
10.4
实施例5
12.7
实施例6
13.5
实施例7
13.2
实施例8
7.3
从表2可以看出，实施例1-4中抗菌纱线的干基含水率高于9.2%，对比实施例1与实施例8，实施例1中抗菌纱线的干基含水率高于实施例8，这说明在纤维原料预处理过程中在处理液中添加甜菊醇-19-葡萄糖苷，进而制得抗菌纱线，其提高了抗菌纱线的吸湿性能；实施例5-7中抗菌纱线的干基含水率高于12.5%，对比实施例1与实施例5-7，实施例5-7中大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑菌率均高于实施例1，这说明采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性得到改性抗菌纤维，再经过各个工序制得抗菌纱线，其进一步提高了抗菌纱线的吸湿性能。
3.抗菌纱线抗静电性测定
采用《纺织品静电性能的评定第部分：静电压半衰期》对实验样品进行抗静电测试。
表3 抗菌纱线的半衰期
样品
半衰期/s
实施例1
1.45
实施例2
1.37
实施例3
1.42
实施例4
1.44
实施例5
1.23
实施例6
1.15
实施例7
1.22
实施例8
2.06
从表3可以看出，实施例1-4中抗菌纱线的半衰期不高于1.45s，对比实施例1与实施例8，实施例1中抗菌纱线的半衰期低于实施例8，这说明在纤维原料预处理过程中在处理液中添加甜菊醇-19-葡萄糖苷，进而制得抗菌纱线，其提高了抗菌纱线的抗静电性能；实施例5-7中抗菌纱线的半衰期低于1.25s，对比实施例1与实施例5-7，实施例5-7中抗菌纱线的半衰期低于实施例1，这说明采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性得到改性抗菌纤维，再经过各个工序制得抗菌纱线，其进一步提高了抗菌纱线的抗静电性能。
4.抗菌纱线柔软性能测定
参照GB/T 3916-1997《纺织品、卷装纱、单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》标准进行取样及测试纱线初始模量。从筒子纱中取250 mm长的抗菌纱线，共20根。对所取纱线进行充分的预调湿与调湿，将调湿后的纱线在YG051型纱线电子强力仪上测试。记录相关数据，计算20根纱线初始模量的平均值，初始模量越小，纱线柔软性越好。
表4 抗菌纱线的初始模量
样品
初始模量/(cN/tex)
实施例1
62.7
实施例2
58.4
实施例3
61.2
实施例4
63.8
实施例5
62.6
实施例6
62.3
实施例7
62.7
实施例8
89.3
从表4可以看出，实施例1-4中抗菌纱线的初始模量低于64cN/tex，对比实施例1与实施例8，实施例1中抗菌纱线的初始模量低于实施例8，这说明在纤维原料预处理过程中在处理液中添加甜菊醇-19-葡萄糖苷，进而制得抗菌纱线，其提高了抗菌纱线的柔软性能，使其制成织物时具有较好的舒适性；对比实施例1与实施例5-7，实施例5-7中抗菌纱线的初始模量与实施例1无明显差别，这说明采用3-吡啶甲酸酐对抗菌纤维进行改性得到改性抗菌纤维，再经过各个工序制得抗菌纱线，其对抗菌纱线的柔软性能无明显影响。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
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