一种抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维及其制备方法与应用 【技术领域】
本发明涉及一种涤纶纤维，特别涉及一种抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维及其制备方法和其应用。
背景技术
近几年科学技术的进步，推动着化纤产业的发展，许多国家投入大量的人力、物力和财力开发新的纤维产品，寻找新的高分子材料，各种功能性纤维的研发都有了突破性的进展，科技含量高的功能性纤维已成为引导市场和提高企业生存能力的重要因素。
涤纶纤维作为合成纤维中的三大主力纤维之一，因其优良的物理和化学特性而被广泛应用于服装面料以及其它非服装领域，涤纶产品自问世以来，以其悬垂性好、强度高而被下游用户当作主要纺织原料来织造成各类纺织品。但由于它的疏水特性，在对吸湿性或吸水性要求较高领域中的应用受到了限制。涤纶纤维服装穿着时吸湿排汗透湿性差，有闷热感，又有静电易于积累引起的种种麻烦，对这一疏水性涤纶纤维赋予其吸湿性，制成的纺织品能吸湿排汗的需求呼声逐渐高涨，已引起业界人士的关注。根据专家预测到2010年的时候，外出休闲服将引导运动休闲市场达30％的成长率，因此在运动服和休闲服方面，未来市场发展潜力无限。
随着工业发展，环境污染程度加大，氟利昂等含卤素的化合物排放，大气层的稀薄导致紫外线的透过率的增大，所以对于抗紫外的防护也就成为了一种必然，抗紫外纤维逐渐受到热门的青睐。同时，生态环境和徽生物环境污染日益严重，使得纤维很容易受到微生物的污染，引起诸多问题如产生异味、出现斑或退色、卫生保洁功能差、自身降解、耐磨度低等，且纤维及纺织品在使用中与人体皮肤直接接触，皮肤表面的汗液、皮脂等代谢产物及外部的污垢会附着在纤维上，容易滋生细菌，对人类的健康造成很大的危害。因此，具有抗菌功能的纤维成为市场迫切需要的纤维材料。
目前人们在抗紫外、抗菌或阻燃领域发展产品开发，但是仅限于单方面的对纤维进行抗紫外、抗菌或者阻燃的改性，不能解决如何将三者有机结合，得到多功能应用范围广泛的纤维。
【发明内容】
发明目的：本发明的所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，本发明另一个目的是提供一种制备该抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的方法，本发明的另外一个目的是提供该抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的应用。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，由下列重量百分比的原料组成：1～5％的抗紫外母粒、1～10％的银系抗菌母粒、85～98％的涤纶成纤树脂，所述的纤维截面为异形截面。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，其中所述的抗紫外母粒可以为无机、有机或复合型无机和有机抗紫外屏蔽剂。而通常选择的无机类紫外线屏蔽剂，如二氧化钛和氧化锌等金属氧化物的粉体和高岭土等。将这些材料制成纳米级的超细粉体。由于微粒尺寸与光波波长相当，比表而积大，表面能高，超细粉体在与纤维材料共混结合后，增强了纤维材料对紫外线的反射和散射作用，从而防止和减少紫外线透过纤维材料。无机纳米粉体具有化学稳定性、热稳定性好，非迁移性，无味、无刺激、使用安全和杀菌除臭等优点。有机紫外屏蔽剂为聚氯乙烯紫外线吸收剂、聚苯乙烯紫外线吸收剂、不饱和树脂紫外线吸收剂、聚碳酸酯紫外线吸收剂或聚乙烯紫外线吸收剂等。
其中复合型无机和有机抗紫外剂为由重量百分比5～10％的TiO2或者ZnO超细粉体、5～10％的紫外光吸收剂与余量的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混制得。
其中以上所述的银系抗菌母粒可以由重量百分比10～30％的纳米银离子和纳米载体二氧化硅或者磷酸锆与重量百分比70～90％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混制得。因为银离子在所有金属离子中抑菌活性是最高的，同时它的氧化还原反应活性也是最强地。利用银纳米颗粒与载体二氧化硅或者磷酸锆结合再与涤纶成纤树脂制得母粒，可以大大提高银纳米在聚酯母体中的分散性，银系抗菌母粒的抗菌率可以大于或等于98％，具有较好的抗菌和杀菌效果。纳米级银离子颗粒和聚酯切片同时加入，加热熔融制得预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，银离子达到深度渗透和树脂分子结合，抗菌过程不但有效，而且达到长效的目的。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，其中所述的异形截面可以根据实际需要通过异形孔纺丝板制备得到三角形、三叶形、四叶形、多叶形、菱形、中空形、异形中空形或十字形截面。一般的涤纶纤维分子结构缺少亲水基团，分子链刚硬，堆积紧密，结晶度较高，吸水能力差，不具有吸水排汗等功能，通过把纤维做成异形截面后，涤纶纤维孔隙率和表面积增大，吸水和导湿能力增强。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)取重量百分比为10～30％的抗紫外剂和重量百分比70～90％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得抗紫外母粒，备用，其中共混温度为250～270℃，螺杆转速为100～200rpm；
(2)取重量百分比10～30％的纳米银离子和纳米载体二氧化硅或者磷酸锆与重量百分比70～90％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得银系抗菌母粒，备用，其中共混温度为250～270℃，螺杆转速为100～200rpm；
(3)按重量份数取步骤(1)得到的抗紫外母粒、步骤(2)得到的银系抗菌母粒和涤纶成纤树脂共混，然后经异形孔纺丝板，制得预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度270～300℃，纺丝速度2500～3500m/min。
其中步骤(1)所述的抗紫外剂为无机、有机或复合型无机和有机抗紫外剂。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维在制备户外抗紫外服、阻燃服、室内装饰用阻燃织物、寝室用品、运动服、内衣、医院工作服和食品工人服中应用。
有益效果：本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维和现有技术中的涤纶纤维相比具有如下优点：
(1)本发明提供的涤纶纤维，各组分配比科学合理，通过科学的将具有抗菌作用的银系抗菌母粒、抗紫外母粒和涤纶成纤树脂有机结合，并通过异形孔纺丝板，制备得到预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹变形丝，得到具有长久抗紫外、抗菌且导湿排汗作用的多功能涤纶纤维，应用范围广泛。
(2)本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的制备方法，可操作性强，工艺合理，生产效率高，可实现工业化大生产。制备工艺中，克服了熔点低，灰份多的技术难题，提高了聚酯切片的可纺性，本发明采用无机和有机复合型紫外线屏蔽剂，纤维的抗紫外效果增强，银纳米颗粒和纳米级的载体二氧化硅或者磷酸锆组合后，使其在聚酯母体中的分散性得到提高。采用异形孔纺丝板制备得到具有异型截面的纤维，纤维的孔隙率和表面积增大，其吸水和导湿能力增强。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，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，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
1、一种抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，它由下列重量的原料组成：抗紫外母粒10千克，银系抗菌母粒10千克、和涤纶成纤树脂980千克。
2、抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的制备：
(1)取重量百分比为10％的抗紫外剂和重量百分比90％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得抗紫外母粒，备用，其中共混温度为250℃，螺杆转速为120rpm；
(2)取重量百分比10％的纳米银离子和纳米载体二氧化硅与重量百分比90％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得银系抗菌母粒，备用，其中共混温度为250℃，螺杆转速为120rpm；
(3)取步骤(1)得到的抗紫外母粒10千克、步骤(2)得到的银系抗菌母粒10千克和涤纶成纤树脂980千克，共混，然后经异形孔纺丝板，制得四叶形的预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度300℃，纺丝速度2500m/min。
其中，步骤(1)中所述的抗紫外剂为重量比50％的TiO2超细粉体和50％的硬脂酸紫外吸收剂组成。
3、检测由2制备得到的涤纶纤维的导湿、抗紫外、抗菌的性能：
检测单位：中国纺织科学研究院测试中心；国家纺织品质量监督中心。
检测功能指标：
A.导湿性功能检测，导湿性功能检测结果如表1所示：
表1涤纶纤维的导湿性能检测
B.抗菌性能检测(按常规微生物检测方法检测)：具体实验结果如表2所示：
表2涤纶纤维的抗菌功能检测结果
检测项目 单位 检验结果 检测方法标准 金黄色葡萄球菌 (ATCC 6538) ％ 抑菌率98 GB/T 20944.3-2008 大肠杆菌 (8099) ％ 抑菌率＞99 白色念珠菌 (ATCC 10231) ％ 抑菌率88
C.防紫外性能检测，具体实验结果如表3所示：
表3涤纶纤维防紫外性能检测结果
检测项目 单位 检测结果 日光紫外线(UVA)透射比 ％ 0.452 日光紫外线(UVB)透射比 ％ 0.120 UPF平均值 50 紫外线防护系数.UPF 50
注：当产品的UPF＞30，且(UVA)透射比＜5％时，可称为“防紫外线产品”。
由以上表1至表3所示的导湿性、抗菌和抗紫外线的实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有较好的导湿性能、也表现出良好的抗菌效果，其中对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、大肠杆菌(8099)和白色念珠菌(ATCC 10231)的抑菌效果分别达到了98％、99％和88％，且实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有很好的抗紫外效果，当UPF平均值为50时，日光紫外线(UVA)和日光紫外线(UVB)的透射比分别为0.452和0.120，均符合国家标准的要求。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的其它质量指标为：断裂强度在2.5CN/dtex，断裂伸长在130％，线密度变异系数CVb1.8％(FZ/T54003-2004)，线密度偏差率在±2.5％之间(FZ/T54003-2004)，染色均匀度，(灰卡)级≥4(GB/T6508-2001)，色牢度＞4.5级。
实施例2
1、一种抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维，它由下列重量的原料组成：抗紫外母粒50千克，银系抗菌母粒100千克、和涤纶成纤树脂850千克。
2、抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的制备：
(1)取重量百分比为30％的抗紫外剂ZnO超细粉体和重量百分比70％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得抗紫外母粒，备用，其中共混温度为270℃，螺杆转速为200rpm；
(2)取重量百分比30％的纳米银离子和纳米载体磷酸锆与重量百分比70％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得银系抗菌母粒，备用，其中共混温度为260℃，螺杆转速为180rpm；
(3)取步骤(1)得到的抗紫外母粒50千克、步骤(2)得到的银系抗菌母粒100千克和涤纶成纤树脂850千克，共混，然后经异形孔纺丝板，制得三角形的预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度300℃，纺丝速度3500m/min。
3、检测由2制备得到的涤纶纤维的导湿、抗紫外、抗菌的性能：
检测单位：中国纺织科学研究院测试中心；国家纺织品质量监督中心。
检测功能指标：
A.导湿性功能检测，导湿性功能检测结果如表4所示：
表4涤纶纤维的导湿性能检测
B.抗菌性能检测(按常规微生物检测方法检测)：具体实验结果如表5所示：
表5涤纶纤维的抗菌功能检测结果
检测项目 单位 检验结果 检测方法标准 金黄色葡萄球菌 (ATCC 6538) ％ 抑菌率99 GB/T 20944.3-2008 大肠杆菌 (8099) ％ 抑菌率99 白色念珠菌 (ATCC 10231) ％ 抑菌率91
C.防紫外性能检测，具体实验结果如表6所示：
表6涤纶纤维防紫外性能检测结果
检测项目 单位 检测结果 日光紫外线(UVA)透射比 ％ 0.416 日光紫外线(UVB)透射比 ％ 0.107 UPF平均值 50 紫外线防护系数.UPF 50
注：当产品的UPF＞30，且(UVA)透射比＜5％时，可称为“防紫外线产品”。
由以上表4至表6所示的导湿性、抗菌和抗紫外线的实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有较好的导湿性能、也表现出良好的抗菌效果，其中对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)、大肠杆菌(8099)和白色念珠菌(ATCC 10231)的抑菌效果分别达到了99％、99％和91％，且实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有很好的抗紫外效果，当UPF平均值为50时，日光紫外线(UVA)和日光紫外线(UVB)的透射比分别为0.416和0.107，均符合国家标准的要求。
本发明提供的抗紫外、抗菌、导湿型涤纶纤维的其它质量指标为：断裂强度在2.5CN/dtex，断裂伸长在130％，线密度变异系数CVb1.8％(FZ/T54003-2004)，线密度偏差率在±2.5％之间(FZ/T54003-2004)，染色均匀度，(灰卡)级≥4(GB/T6508-2001)，色牢度＞4.5级。
通过上述的实施方式，不难看出本发明提供的涤纶纤维具有较好的抗紫外、抗菌和阻燃等功能，是一种多功能涤纶纤维，应用范围广泛。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。