专利名称：一种制备具有抗紫外、抗菌性能纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备具有抗紫外、抗菌性能的纤维的方法，该方法是将纳米二氧化钛与纤维素以化学键的方式连接，解决了传统的以物理吸附的方式将二氧化钛沉积在纤维上所存在的易脱附的问题，用该方法制备出的纤维具有良好的长效抗紫外性能。
背景技术：
当前加强麻类纤维资源的开发利用已成为全球纺织和造纸行业共同关注的重大课题，苎麻是一种天然纤维素纤维，透气性比棉纤维高三倍左右，吸湿防湿性好，苎麻织物具有挺括、典雅、轻盈、凉爽、透气、抗菌、保健、防腐、防菌、防霉功能等优点，具有良好的穿着服用性能，适宜纺织各类卫生保健用品，被公认为“天然纤维之王”。因此，苎麻织物越来越受到消费者的欢迎，尤其受到国外消费者的青睐。麻制品是我国出口创汇的重要物资，我国约有90％的苎麻产品出口到西方国家，因此，对苎麻纤维的开发、加工有着极为重要的意义。而目前关于苎麻纤维及其纺织品的开发的文献报道还较少。
当今社会经济高速发展，也带来了环境污染等严重问题，特别是臭氧层的破坏日趋严重，到达地面的紫外线的强度显著增加，紫外线对人体的伤害也越来越大。因此，如何解决紫外线的伤害已成为我们亟待解决的问题。由于纳米二氧化钛具有优良的抗紫外、光催化、抗菌性能，近来被广泛用于纤维及织物的添加剂以增加织物的抗紫外、抗菌性能。但是目前普遍采用将纳米二氧化钛以物理沉积的方式添加到纤维或织物中，二氧化钛与纤维或织物是通过物理吸附的方式结合的，因此必然存在纤维或织物中的二氧化钛容易脱附的问题。而我们将苎麻纤维素先进行改性生成羧甲基纤维素，再用羧甲基纤维素与钛酸丁酯通过缓慢水解反应生成键合有纳米二氧化钛的羧甲基纤维素。从而将纳米使二氧化钛与纤维以化学键的方式连接，结合牢固、持久，解决了传统的物理沉积的方式所存在的易脱附的问题。这一方法至今尚未见文献报道。
发明内容
本发明旨在提供一种具有持久性抗紫外、抗菌性能的纤维，其中包括棉、苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、罗布麻、毛、榨蚕丝、桑蚕丝、纺织纤维、纺织制品以及含有羧基的化纤类物质。与一般抗紫外、抗菌纤维的制备方法不同，该方法是先将纤维进行羧甲基化反应生成羧甲基纤维素，之后用羧甲基纤维素与钛酸丁酯在微量水分存在下通过缓慢水解反应而生成以化学键键合的纳米二氧化钛-羧甲基纤维素。实现了纳米二氧化钛与纤维以化学键的方式连接。本研究表明以化学键键合的纳米二氧化钛-苎麻纤维羧甲基纤维素不仅秉承了苎麻纤维固有的优良性能，而且具有较强的抗紫外、抗菌能力，此外，纳米二氧化钛与纤维结合牢固、作用持久，从根本上解决了采用传统方法所存在的易脱附的缺陷。
图-1是苎麻纤维与羧甲基纤维素的红外光谱图；图-2是羧甲基纤维素和纳米二氧化钛改性的羧甲基纤维素的红外光谱图；图-3是纳米二氧化钛改性羧甲基纤维素-球状分布扫描电镜图；图-4是纳米二氧化钛改性羧甲基纤维素-包层状扫描电镜图；图-5是纳米二氧化钛改性羧甲基纤维素的紫外可见近红外光谱图。
具体实施例方式
本发明的实现过程和材料的性能由以下实施例详细说明实施例一(苎麻纤维素的预处理)由于苎麻纤维具有较高的结晶度，在进行反应前必须进行活化处理，以便于反应的进行和反应程度的提高。本发明中用于苎麻纤维的前处理试剂有氢氧化钠溶液，二甲基亚砜等。处理方法既可用通常方法(一定温度下搅拌)，又可用超声处理的方法。
将一定量的苎麻纤维加入到30％的氢氧化钠溶液中，再加入少量的二甲基亚砜，在室温下搅拌10～20h或在室温下超声反应1～2h，即可制备出碱纤维素，将溶液保留以备下一步使用。
实施例二(苎麻纤维羧甲基纤维素的制备)在上述制备好的碱纤维素溶液中加入一定量的氯乙酸钠和一定量的催化剂在40～80℃下超声反应2h。停止反应后用硫酸将溶液的pH值调至2～3，最后用无水乙醇、蒸馏水经多次抽滤洗涤即得苎麻纤维羧甲基纤维素。最后进行样品的取代度测试。
实施例三(催化剂的影响)为了提高反应的取代度，在该步反应中需加入适量的催化剂，这些催化剂可以为4-二甲胺基吡啶(DMAP)，十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、KI、氮甲基吡咯烷酮等。实验表明在反应过程中加入适量的催化剂能够提高反应的取代度。
实施例四(超声对制备羧甲基纤维素结果的影响)由于在苎麻纤维素的分子间和分子内存在大量的氢键，因此具有较高的结晶度，结晶区内的羟基都已形成氢键，只有在无定形区内，部分羟基没有形成氢键。一般地，化学试剂只能进入无定形区内与羟基反应，而不能进入结晶区内与纤维进行反应。因此在进行苎麻纤维改性前，首先要对其进行预处理，以破坏其结晶区中缔合的氢键，使更多的羟基被“释放”出来，这样才能提高纤维素的改性效果。由于超声作用具有特殊的功效，在纤维的预处理过程中引入超声可以破坏纤维大分子结构中的氢键和取向度，降低纤维素的结晶度，有助于反应物分子进入纤维结构内部进行反应，从而提高反应的取代度。同时超声作用能够加速反应物分子的运动，提高反应速率。
为了提高纤维羧甲基化反应的取代度，同时使反应均匀，因此在进行羧甲基化反应时在超声存在下进行反应1～2h。
实施例五(苎麻纤维羧甲基纤维素的水处理)称取一定量的上述制备好的羧甲基纤维素在不同条件下进行水处理，以改变纤维中的水分含量。实验结果表明当处理后的纤维中水分含量很少时，在后期反应后纤维表面没有生成二氧化钛，表面光滑。当纤维中含有微量水分时，处理后的样品在后期反应后表面虽然生成二氧化钛，但是二氧化钛的含量很低，此外二氧化钛在纤维表面分布也不均匀。而只有当处理后的样品含有适量水分时，在反应后纤维的表面才含有大量纳米级包层和球形二氧化钛，分布均匀且分散性较好。但是当处理后的样品中水分含量较多时，在反应后的纤维表面生成的二氧化钛多为团聚的大块体，分布不均匀且含量较低。
实施例六(纳米二氧化钛改性苎麻纤维的制备)室温下将羧甲基纤维素进行水处理一段时间后，放入干净的烧杯中，然后分别加入一定量的无水乙醇，DMSO以及一定量的钛酸丁酯。反应物混合均匀后在室温下超声反应。超声结束后于空气中放置一段时间。用无水乙醇，蒸馏水多次抽滤洗涤，之后在烘箱中干燥，即制得纳米二氧化钛改性后的羧甲基纤维素。
实施例七(钛酸丁酯浓度的影响)钛酸丁酯的浓度是在其他物质的量都不变的情况下(即无水乙醇和DMSO均为不变体积)，通过改变钛酸丁酯的体积实现的，不同的钛酸丁酯浓度不仅会影响纤维中二氧化钛的含量，而且会影响纤维表面的二氧化钛的形貌及分布状况。实验表明当钛酸丁酯浓度较为适中时，纤维表面的二氧化钛以纳米包层和球形粒子两种方式存在。纳米二氧化钛粒子在纤维表面分布均匀，粒径大约为200nm。
实施例八(超声对制备纳米二氧化钛改性苎麻纤维的影响)
由于超声作用具有较好的分散效果，因此在制备纳米二氧化钛改性苎麻纤维的过程中引入超声作用，能够使生成的纳米二氧化钛在纤维素表面分布均匀，同时采用该方法制备出的纳米二氧化钛粒子分散性较好，粒径均匀，直径大约为200nm。
实施例九(纳米二氧化钛改性苎麻纤维的紫外可见近红外吸收)对采用上述方法制备的纳米二氧化钛改性苎麻纤维进行紫外可见近红外光谱测试，图-5为其测试结果。由图可知经纳米二氧化钛改性后的纤维在385nm处即对紫外光有强烈的吸收。因此采用该方法改性后的纤维具有较强的抗紫外性能。
权利要求
1.一种纳米抗紫外、抗菌多功能纤维，它具有优良的抗紫外性能，同时具有抗菌、防霉、防臭、蓄热、凉爽、透气等功能。
2.根据权利要求1所述的纳米抗紫外、抗菌多功能纤维的制备方法适用于棉、苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、罗布麻、毛、榨蚕丝、桑蚕丝、纺织纤维、纺织制品以及含有羧基的化纤类物质。
3.根据权利要求1所述的纳米抗紫外多功能纤维，其特征在于上述纤维中含有纳米层状和球粒状纳米二氧化钛抗紫外、抗菌多功能粉体，并且均匀分散于纤维的内部及表层。
4.根据权利要求1所述的纳米抗紫外、抗菌多功能纤维其二氧化钛与羧甲基纤维素是以化学键的方式键合的，纤维表面的二氧化钛的存在方式既有以物理吸附的又有以化学键键合的。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的纳米无机抗紫外、抗菌多功能粉体是指无定型的纳米二氧化钛。
6.根据权利要求2或权利要求3所述纳米二氧化钛无机抗菌抗紫外多功能粉体为纳米包层或纳米级粒子。
7.根据权利要求2或权利要求3所述纳米二氧化钛粉体具有抗紫外和抗菌等功能。
8.根据权利要求1所述的纳米抗紫外多功能苎麻纤维，其特征在于所指多功能是通过苎麻羧甲基纤维素与钛酸丁酯在微量水分存在下通过缓慢水解反应生成纳米二氧化钛多功能无机抗紫外、抗菌多功能包层及纳米微球而实现的。
9.根据权利要求7所述的苎麻羧甲基纤维素与钛酸丁酯在微量水分存在下的反应是通过将含有一定量水分的羧甲基纤维素中加入二甲基亚砜在超声条件下实施的。
10.根据权利要求3所述的苎麻羧甲基纤维素是将苎麻纤维与氯乙酸钠在催化剂存在下反应生成的。
11.根据权利要求9所述的苎麻羧甲基纤维素的制备是首先将苎麻纤维用氢氧化钠溶液，二甲基亚砜，在超声条件下进行溶胀预处理，之后在该溶液中加入氯乙酸钠和催化剂在一定的温度下(40～80℃)实现的。
12.根据权利要求10所述的制备苎麻羧甲基纤维素的催化剂包括4-二甲胺基吡啶(DMAP)、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、KI、氮甲基吡咯烷酮等。
13根据权利要求12所述的催化剂能够较好的提高纤维羧甲基化反应的取代度。
全文摘要
本发明属于纺织及应用领域。旨在提供一种具有持久性抗紫外、抗菌性能的纤维，其中包括棉、苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、罗布麻、毛、柞蚕丝、桑蚕丝、纺织纤维、纺织制品以及含有羧基的化纤类物质。与一般抗紫外、抗菌纤维的制备方法不同，该方法是先将纤维进行羧甲基化反应生成羧甲基纤维素，之后用羧甲基纤维素与钛酸丁酯在微量水分存在下通过缓慢水解反应而生成以化学键键合的纳米二氧化钛－羧甲基纤维素。实现了纳米二氧化钛与纤维以化学键的方式连接。本研究表明以化学键键合的纳米二氧化钛－苎麻纤维羧甲基纤维素不仅秉承了苎麻纤维固有的优良性能，而且具有较强的抗紫外、抗菌能力，此外，纳米二氧化钛与纤维结合牢固、作用持久，从根本上解决了采用传统方法所存在的易脱附的缺陷。
文档编号D06M23/08GK1900410SQ200610043119
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者刘昭铁, 姚树山 申请人:陕西师范大学