基于載銀納米氧化鋅的抗菌pe纖維的制備

基于載銀納米氧化鋅的抗菌pe纖維的制備

目前，有許多抗菌劑用于改性纖維抗菌性能。作者采用了一種新的銀納米氧化鋅抗菌劑。這種抗菌劑是將銀原子在納米級(jí)氧化鋅結(jié)晶過(guò)程中用特殊工藝加入到氧化鋅晶格中。將銀載入納米氧化鋅晶格中不僅可以提高復(fù)合抗菌劑的抗菌能力,同時(shí)也可以解決銀離子的易變色性,這種新型的復(fù)合抗菌劑不需要光源照射就能產(chǎn)生抗菌效果。為了使抗菌劑均勻地分散在PET熔體中,作者采用偶聯(lián)劑T-氨丙基三乙氧基硅烷(KH560)處理了載銀納米氧化鋅抗菌劑粉體,然后與PET共混制得PET抗菌母粒,再通過(guò)復(fù)合紡絲法,將PET抗菌母粒加入到PET纖維皮層中,制得了抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的皮芯型抗菌PET纖維。1實(shí)驗(yàn)1.1聚丙烯酸鹽系聚酯纖維片載銀納米氧化鋅粉體:銀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%,晶粒尺寸100～200nm,由成都交大晶宇科技有限公司提供;偶聯(lián)劑KH560:牌號(hào)為KBM-403,日本信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn);分散劑:低相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯蠟,由三井公司提供;PET切片,由東華大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。雙螺桿擠壓機(jī):SH-35型,上海自動(dòng)化儀表四廠生產(chǎn);雙螺桿擠出機(jī):日本ABE公司制造。螺桿外徑25mm,最大紡絲速度1200m/min,噴絲板孔數(shù)為36。1.2pet抗菌纖維的制備將用KH560修飾后的載銀納米氧化鋅抗菌劑、分散劑與PET切片按一定的質(zhì)量比加入到雙螺桿擠壓機(jī)熔融造粒,再通過(guò)切粒機(jī)切粒制得PET抗菌母粒。為了比較皮芯型纖維具有比常規(guī)纖維的優(yōu)勢(shì),分別采用常規(guī)紡絲和復(fù)合紡絲法制備兩種PET抗菌纖維。兩種纖維的抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為1%。紡絲生產(chǎn)工藝參數(shù)如下:紡絲溫度為285～300℃,紡絲速度為800m/min,拉伸溫度為80～160℃。1.3dsc測(cè)試方法日本D/max-BX射線衍射儀:測(cè)試條件為管電壓為40kV,管電流為30mA,Cu靶Kα線;JSM-5600LV型SEM,JEM100-CX型TEM:JEOL日本電子株式會(huì)社生產(chǎn);Perkin-ElmerPyris-1型DSC測(cè)試儀:瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)。DSC測(cè)試條件:試樣先由0℃勻速升溫至300℃,停留10min,以消除熱歷史;再由300℃降溫至0℃,最后由0℃升溫至300℃,升溫和降溫速率均為10℃/min,測(cè)試過(guò)程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。2結(jié)果與討論2.1和皮芯型纖維由圖1中可以看到,載銀納米氧化鋅顆粒在PET母粒和皮芯型纖維中分散均勻。從圖2中可以看出,兩根皮芯型抗菌PET纖維邊界將圖分為上下兩部分,載銀納米氧化鋅在纖維皮層中分散比較均勻,尺寸約100nm。2.2載銀納米氧化鋁抗菌機(jī)理參照FZ/T01021—92(織物抗菌性能試驗(yàn)方法),GB15979—2002(附錄C-產(chǎn)品抑菌和殺菌性能與穩(wěn)定性測(cè)試方法)和日本食品分析中心制定的抗菌材料(制品)滴下法進(jìn)行抗菌性能的測(cè)試。由表1可看出,皮芯型抗菌PET纖維對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均在99%以上。載銀納米氧化鋅抗菌機(jī)理的分析:納米氧化鋅具備特殊的表面效應(yīng)和高氧化活性,能在水分和空氣存在的體系中,自行分解出自由移動(dòng)的電子(e-),留下帶正電的空穴(h+)。產(chǎn)生的帶正電的空穴具有很強(qiáng)的氧化作用,能夠高效殺滅和清除細(xì)菌及其殘骸,同時(shí)還能分解細(xì)菌分泌的毒素。而且,氧化鋅是一種內(nèi)部載流子可調(diào)的半導(dǎo)體針狀纖維,其晶格中的活性原子氧可破壞絕大多數(shù)細(xì)菌的生物活性和代謝繁殖功能。另外,鋅離子、銀離子也起到抗菌作用。對(duì)于實(shí)驗(yàn)制得的抗菌PET纖維來(lái)說(shuō),當(dāng)細(xì)菌和病毒接觸到纖維表面時(shí),皮層中納米氧化鋅活性成分分解后留下的帶正電的空穴與細(xì)菌接觸,其強(qiáng)氧化性能有效地殺滅細(xì)菌。而且,抗菌PET纖維表面裸露有載銀納米氧化鋅,其所帶正電的Zn2+,Ag+能與帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞壁接觸,穿透后與細(xì)胞中的蛋白質(zhì)及核酸反應(yīng)從而殺滅細(xì)菌,之后,Zn2+,Ag+從被殺死的細(xì)胞中游離出來(lái),再重復(fù)殺菌。2.3納米粒子法制備應(yīng)力集中點(diǎn)由表2可以看出,改性后的抗菌PET纖維的強(qiáng)度較PET纖維有所下降,這是由于納米粒子的引入使材料產(chǎn)生了應(yīng)力集中點(diǎn),因此斷裂強(qiáng)度有所下降。但是皮芯型抗菌PET纖維的強(qiáng)度較普通型抗菌PET纖維下降得少,說(shuō)明復(fù)合紡絲法較常規(guī)紡來(lái)說(shuō)對(duì)纖維的力學(xué)性能影響更小。2.4纖維的結(jié)晶度根據(jù)圖3X射線衍射曲線,通過(guò)計(jì)算機(jī)分峰處理后用稱重法求得皮芯型抗菌PET纖維的結(jié)晶度為66.23%,比PET纖維的結(jié)晶度70.54%有所下降。這可能是由于納米氧化鋅的引入破壞了PET大分子鏈的規(guī)整性,增大了分子鏈的鏈間距離,從而導(dǎo)致了改性后纖維的結(jié)晶度的下降。2.5最大變化結(jié)果在半干體系中,總變化有變化的時(shí)長(zhǎng)從表3中可以看出皮芯型抗菌PET纖維與PET纖維相比結(jié)晶溫度(Tc)和熔點(diǎn)(Tm)基本沒(méi)有變化。然而皮芯型抗菌PET纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)比PET纖維有所提高,這是因?yàn)榧{米粒子的引入阻礙了PET大分子鏈的運(yùn)動(dòng),因此大分子運(yùn)動(dòng)所需的溫度就會(huì)增加。另外,結(jié)晶熱焓(ΔHc)有一些下降,原因在于晶格中有納米粒子缺陷,因此打破晶格所需熱焓相對(duì)較少。3pet纖維的抗菌性能a.載銀納米氧化鋅抗菌劑具有優(yōu)良的抗菌性能,其抗菌PET纖維對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均為99%以上。b.抗菌PET纖維的強(qiáng)