滌綸纖維專用抗菌母粒制備及其應用
摘 要:介紹了一種專用于制備抗菌合成纖維的抗菌塑料母粒, 采用含銀共容組合物與高熔融指數的
高分子樹脂捏合, 然后再與載體樹脂共混, 經雙螺桿擠出機熔融擠出、切粒。采用本母粒與PET樹脂混合, 制備了抗菌性能良好的滌綸纖維。
在抗菌材料中, 銀系抗菌劑因其不分解, 持久, 抗菌譜廣, 對細菌不易誘導耐藥性, 抗菌能力強, 安全性能高, 適宜于塑料等抗菌制品的制備[ 1～2 ] 。
目前含銀抗菌高分子材料大都是采用載體引入法, 屬于“宏觀假相容方法”。一般情況下載體是無機粉體, 納米載銀無機粉體本身存在硬團聚、與高分子材料相容性差難以分散[ 3 ] 。對纖維拉絲會造成連續性差、斷裂強度低、耐老化能力下降等不良影響。
另一方面, 在無機粉體中, 大部分銀離子被無機晶格固定或者包裹, 不易被釋放出來。同時, 煅燒工藝又會造成表面銀離子轉變為零價態[ 4 ] 。這些因素會導致抗菌能力下降, 所以要引
入過量的銀來彌補抗菌能力的下降, 因此造成了浪費。
另一種銀加入方法, 是采用納米銀單質制備抗菌塑料母粒。目前所采用的納米銀大都是采用水溶液還原法制備, 再經過濃縮、脫水等處理,最后與樹脂共混。這種后混入方式添加的納米銀單質與樹脂沒有相容性, 需要引入增容劑或分散劑。實際使用時往往不能被充分分散, 會產生團聚而超出納米級。因此, 這種后混入方式添加的納米銀單質對纖維制品來說并不是十分理想的。為此, 本文探索研究了新的適合滌綸纖維制品用含銀抗菌母粒。
2 微觀均相分散銀抗菌母粒的制備
2. 1 制備含銀共容組合物
含銀共容組合物由銀鹽、分散劑、容合劑、接枝改性劑、賦型樹脂等組成。在170～200℃下經捏合反應而成。然后冷卻、出料, 采用塑膠破碎機粉碎到5mm以下粉末備用。其中賦型樹脂采用PET。
2. 2 含銀抗菌母粒的制備
共容組合物與PET混合, 經同向雙螺桿擠出機熔融共擠, 水冷, 切粒, 干燥,包裝, 得到PET抗菌母粒。雙螺桿擠出機: 型號TE - 34, 南京科亞公司, 主機電流: 14～17 A; 主機轉速: 800～1 000r /min; 喂料轉速: 600～700 r /min; 切粒機轉速:1 000～1 100 r /min。其中PET纖維級聚酯切片采用儀征市東南18化纖與紡織技術第1期 Chemical Fiber & Textile Technology 2009年3月 化纖原料有限公司的WB - 8828B。1～8區各區溫度控制分別為: 235℃、255℃、270℃、275℃、280℃、280℃、275℃和270℃。
3 抗菌滌綸纖維的制備
將PET抗菌母粒按1% , 2%比例加入PET料WB - 8828B 中, 在混合機中混合均勻, 再加入紡絲機中拉絲。工藝流程: 配料→混合→轉鼓干燥→紡絲→卷繞→落桶→集束→拉伸→緊張熱定型→卷曲→松馳熱定型→切斷→打包。主要紡絲及后處理工藝條件: 紡絲速度1 200m /min, 熔體溫度275℃, FR - 1 轉速1 600 r /min, FR - 2 轉速1 600 r /min, SR 轉速1 900 r /min, DF - 3蒸氣壓力1. 0～1. 2MPa, HF蒸氣壓力1. 2MPa, 總牽伸倍數4. 03。
4 分析與性能測試[ 5]
4. 1 抗菌母粒的毒理實驗
參照中華人民共和國衛生部2002 年《消毒技術規范》(2002年版)第二部分2. 3. 1 (急性經口毒性試驗) , 測試結果由廣東省衛生檢測中心提供。
4. 2 抗菌纖維的抗菌性能
纖維抗菌性能測試參照GB /T 20944《紡織品抗菌性能的評價》第2部分: 吸收法。測試數據由廣東省微生物分析檢測中心提供。
4. 3 纖維的毒理試驗
參照中華人民共和國衛生部2002 年《消毒技術規范》( 2002 年版) 第二部分2. 3. 3 ( 皮膚刺激試驗) , 2. 3. 5 ( 陰道粘膜刺激試驗) , 2. 3. 6(皮膚變態反應試驗) 。測試結果由上海市預防醫學研究院提供。
4. 4 纖維的力學性能測試
參照相關標準進行, 由深圳職業技術學院檢測。
5 結果與討論
5. 1 配方設計
為了解決顆粒團聚問題, 采用銀共容組合物的方式。在此組合物中銀的存在形式有:離子形式、分子形式、與高分子結合形式以及少量的納米銀單質形式。銀的分散是在分子級別上的, 屬于微觀均勻狀態, 不存在團聚顆粒。考慮銀組合物的分散穩定性問題, 以及加工工藝可行性要求, 用于滌綸的母粒中采用高熔融指數的PET作為載體。圖1、圖2、圖3分別是本抗菌母粒與市場上其它兩種不同抗菌母粒的切片在顯微鏡下( 200倍)對比圖。
對比上面三種母粒切片的顯微圖象可以看出, 本抗菌母粒里沒有粒物存在, 整體是一種均相結構。含無機抗菌粉體的母粒中可以明顯看到有顆粒物。在含納米銀單質的母粒切片圖象里, 可以看到納米銀顆粒太大形成了黑色顆粒物聚集區, 且分布不均勻。采用本抗菌母粒生產抗菌纖維在拉絲過程中, 沒有出現堵塞濾網和噴孔現象, 沒有斷絲。
5. 2 抗菌母粒的毒理試驗
稱取抗菌母粒(含銀0. 5 % ) 11g, 加入4%的冰醋酸50mL, 密封于容器中浸泡72h后過濾,待冰醋酸完全揮發, 以蒸餾水作溶劑將剩余物定容至20mL即為受試物。按0. 2mL /20g體重用灌胃針頭將受試物一次灌給N IH小鼠, 觀察中毒表現、死亡數和死亡時間, 每天觀察2次, 觀察期為2周。受試物對N IH小鼠急性經口毒性實驗如表1所示。結果發現: 觀察期內, 受試N IH小鼠未出現明顯癥狀, 無死亡發生。所以, 該抗菌母粒對N IH小鼠的急性經口LD50 > 5 000mg/kg, 屬實際無毒級。19 第1期化纖與紡織技術 2009年3月Chemical Fiber & Textile Technology表1 受試物對NIH小鼠急性經口毒性性別劑量/mg·kg- 1動物數/只死亡數/只死亡率,%雌5 500 10 0 0雄5 500 10 0 0
5. 3 抗菌滌綸纖維的抗菌性能
由于加工過程中高溫的作用, 部分銀離子被還原為納米銀, 纖維呈現納米銀特有的金黃色,它比預先混入的納米銀分散更均勻, 粒度更小。實驗還測試了含2%抗菌母粒滌綸纖維的光變色性, 將該纖維在陽光下放置15天, 其顏色不變。制品的抗菌性能檢測結果見表2。表2 抗菌滌綸纖維的殺菌效果菌種殺菌效果, %母粒添加量1. 0%,制品銀含量5 ×10- 5母粒添加量2. 0%,制品銀含量1 ×10- 4金黃色葡萄球菌ATCC 653899. 23 99. 87大腸桿菌ATCC 2592299. 54 99. 91白色念珠菌ATCC 1023199. 10 99. 75 注:大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的對照樣菌數分別為1. 8 ×105 cfu /mL、1. 5 ×105 cfu /mL、1. 3 ×105cfu /mL。從表2可以看到采用本抗菌母粒的制品添加1%～2%就可達到很好的抗菌效果。
5. 4 抗菌滌綸纖維的毒理試驗
抗菌纖維與人體相接觸, 其安全性能應該放在首位。本文研究了這些抗菌制品的毒理試驗,其中皮膚刺激試驗、陰道粘膜刺激試驗、皮膚變態反應試驗所使用的動物分別為普通級新西蘭家兔、普通級SD 大鼠和普通級英國種白色豚鼠,試驗結果見表3。從表3中可以看出, 抗菌滌綸纖維對皮膚和陰道粘膜無刺激, 致敏強度屬極輕, 表現出高度的安全性。表3 抗菌纖維的毒理試驗結果測試樣品毒理試驗項目皮膚刺激陰道粘膜刺激皮膚變態反應抗菌滌綸纖維無刺激性無刺激性致敏強度屬極輕 注:以添加2%抗菌母粒的制品作為檢測樣
5. 5 抗菌滌綸纖維的力學性能測試[ 6]
所制備的抗菌滌綸纖維為75dtex/24f, 力學性能檢測結果見表4。表4 抗菌滌綸纖維的力學性能纖維斷裂強度/cN·dtex- 1楊氏模量/cN·dtex- 1斷裂伸長率, %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 從表4抗菌滌綸纖維的力學性能檢測結果看,與純滌綸纖維樣對比, 抗菌母粒的加入對滌綸纖維的斷裂強度和楊氏模量力學性能影響不大, 斷裂伸長率隨母粒的加入量增加而增大, 這與母粒中低分子量接枝樹脂以及溶劑產生的影響有關。
6 結論
本文采用含銀共容組合物與PET樹脂熔融擠出制備了專用于生產抗菌滌綸纖維的抗菌塑料母粒, 通過研究得到如下結果:(1) 所制備的滌綸用抗菌母粒屬實際無毒級物質。(2) 抗菌母粒的添加量在1%～2%時, 滌綸纖維具有很好的抗菌性能, 有利于降低成本。(3) 由該抗菌母粒所制備的抗菌滌綸纖維呈現金黃色, 并顯示良好的光穩定性。(4) 由該抗菌母粒制備的滌綸纖維對皮膚和陰道粘膜無刺激, 致敏強度屬極輕, 其它性能指標均符合國家標準。
