一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织品技术领域，尤其涉及一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料及其制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展，人们对于服装的舒适性、功能性要求越来越高。棉织物具有很好的舒适性，但是当人体排汗量较大时，棉织物上的亲水基具有在出汗时吸汗水的性质，且棉纤维具有保水性强的性质，一旦汗水达到饱和，干燥速度慢，衣服会长时间与皮肤接触，给人体不舒适、湿冷的感觉，吸收汗水后会加重棉织物的重量，同时与皮肤接触时会有黏糊糊的不舒适感，且易滋生细菌、病菌等微生物，不仅对身体健康带来危害，且吸汗后产生不舒适感。

聚酯纤维以其悬垂性好、强度高等优良的物理和化学特性而被广泛应用于服装面料、家纺等领域，但由于聚酯大分子链规整，不含有亲水基团，纤维表面光滑，其织物透过皮肤排泄的高热汗气的能力即透湿性差，容易在纤维上积累静电，导致其吸湿透气性差，它的疏水特性使其在吸水性或吸湿性要求较高的服饰领域中的应用受到了限制。

聚酯纤维是一种典型的疏水纤维，回潮率低，聚酯纤维一般表面光滑无孔洞结构，作为服用材料时穿着舒适性差，在湿热状态下穿着容易产生闷热感，影响心情。涤纶是聚酯纤维中的一种，涤纶(polyester)通常是指以二元醇和二元酸缩聚而成的高分子化合物，聚合物经过纺丝形成涤纶纤维。其基本链节之间以酯键连接，是我国聚酯纤维的商品名称，是应用最广泛的合成纤维。竹炭粉是以天然竹子为原料，通过在高温条件下对竹子进行高温煅烧和碳化得到生物环保材料，分子结构呈六角形，质地坚硬，细密多孔，比表面积大、吸附作用强，具有优异的物理化学性能，其中竹炭具有优异的负离子发射、远红外发射、抗菌性能。因此本申请将竹炭粉应用于聚酯纤维的改性。

CN112064351A公开了一种保暖抗菌复合面料及其加工工艺，解决了现有技术中抗菌保暖面料厚重、吸汗透湿性差，抗菌性差等问题，所述保暖抗菌复合面料，采用改性合成纤维做经线，改性天然纤维做纬线，将一股经线和表、里两股纬线相交织后形成初面料，将初面料经浸渍液浸润后，烘干即得保暖抗菌复合面料。本发明采用改性合成纤维做经线，改性天然纤维做纬线，将一股经线和表、里两股纬线相交织后形成初面料，将初面料经浸渍液浸润后，烘干制得保暖抗菌复合面料，本发明制备的保暖抗菌复合面料不易变形、缩水，不起静电，触感柔软、爽滑，其具有超强的蓄热保暖性、吸汗透湿性和抗菌性，可广泛应用于制作保暖内衣、衬衣等服装；但是纤维的机械性能、抗菌性能及其抗菌持久性能、吸湿速干性能均有待进一步改善。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料，其特征在于：包括面层和里层；所述面层纱线为竹炭纤维；所述里层纱线为氨纶包芯纱。

其中该远红外蓄热保暖抗菌运动面料中，竹炭纤维的重量百分比为50-60wt％，余量为氨纶包芯纱。

所述竹炭纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔融共混：将竹炭粉、聚酯切片进行混合得到预混料，将上述预混料熔融共混后切片得到竹炭聚酯切片；其中竹炭粉的含量为聚酯切片的10-20wt％；

(2)熔融纺丝：将竹炭聚酯切片经计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、卷制得到竹炭纤维FDY丝；

其中步骤(1)中所述熔融共混是在双螺杆挤出机中进行的，其种熔融共混的温度为280-300℃。

其中步骤(2)中熔融纺丝的工艺参数为：

挤出温度280-300℃；

冷却温度：20-26℃；

网络压力：0.2-0.4MPa；

一辊速度：2000-2500m/min；

一辊温度：70-85℃；

二辊速度：3000-3500m/min；

二辊温度：110-130℃；

卷绕速度为4000-6000r/min；

其中步骤(2)中所述喷丝板上设有十字形喷丝孔和/或王字形喷丝孔。

其中步骤(2)上油过程中采用的油剂为Lurol PS-11748，使用浓度为0.1-1wt％。

(3)DTY工艺：将上述竹炭纤维FDY丝经导丝管、网络、加热拉伸、加捻、热定型、卷绕成型制得竹炭纤维，即得到的为竹炭DTY纤维。

其中步骤(3)中DTY工艺为：

纺速：500-700m/min；

第一热箱温度：160-190℃；

第二热箱温度:160-190℃；

压空：0.08-0.13MPa；

牵伸倍数：1.00-1.10。

由于竹炭粉粒径小，表面能较大，易发生团聚，且与聚酯切片的相容性差，在上述基础上，采用硅烷偶联剂对竹炭粉进行处理，增加其分散性能、降低团聚效果。同时以含双键的壳聚糖季铵盐、马来酸酐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸为主要原料制备共聚物；然后在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺的作用下与含氨基竹炭粉反应，形成致密的三维网状结构，有效改善竹炭粉的分散性能，同时改善其与聚酯的相容性。因此本申请将改性竹炭粉引入聚酯切片中制备竹炭纤维，竹炭粉与壳聚糖季铵盐相互协同作用，有效改善其抗菌性能，同时改性竹炭粉的引入又能改善其机械性能。

进一步优选的，所述竹炭纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔融共混：将改性竹炭粉、聚酯切片进行混合得到预混料，将上述预混料熔融共混后切片得到竹炭聚酯切片；其中竹炭粉的含量为聚酯切片的10-20wt％；

(2)熔融纺丝：将竹炭聚酯切片经计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、卷制得到竹炭纤维FDY丝；

(3)DTY工艺：将上述竹炭纤维FDY丝经导丝管、网络、加热拉伸、加捻、热定型、卷绕成型制得竹炭纤维，即得到的为竹炭DTY纤维。

所述改性竹炭粉的制备的方法，包括以下步骤：

S1将竹炭粉经6000-15000Hz的电磁场进行处理30-50min，得到预处理竹炭粉；

S2将预处理竹炭粉、氨基硅烷偶联剂加入20-50wt％乙醇水溶液中混合均匀，加热至85-100℃反应5-10h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、干燥，得到含氨基竹炭粉；其中预处理竹炭粉、氨基硅烷偶联剂、20-50wt％乙醇水溶液的质量比为1：(0.3-1):30-60。

S3将1-5重量份含双键的壳聚糖季铵盐、1-3重量份马来酸酐、1-2重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1-2重量份丙烯酸加入60-100重量份水中混合均匀，加热至80-95℃反应30-60min，然后加入5-10重量份1-5wt％过硫酸铵水溶液、0.1-1重量份巯基乙酸，继续反应3-5h，降温至室温、调节pH至中性，过滤，得到共聚物溶液；

S4将0.25-0.5重量份1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.25-0.5重量份N-羟基琥珀酰亚胺加入0.3-0.8重量份共聚物溶液中混合均匀室温下搅拌30min，然后加入0.5-1重量份含氨基竹炭粉，调节pH至6-6.5，继续反应8-12h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、冷冻干燥，得到改性竹炭粉。

其中步骤S1中所述竹炭粉的粒径为10-100nm。

所述氨纶包芯纱，包括芯纱和包覆纱，所述包覆纱包缠在所述芯纱的表面，所述芯纱为氨纶丝，所述包覆纱为火山泥尼龙丝，其中芯纱占包芯纱的质量百分比为15-20％。

所述氨纶包芯纱的制备方法，包括以下步骤：采用氨纶丝喂入罗拉，经过1.0-3.0倍预牵伸，通过导丝轮喂入前罗拉钳口；火山泥尼龙丝通过后罗拉、中罗拉在前罗拉与氨纶丝汇合，在细纱机加捻作用下形成氨纶包芯纱。

其中本发明采用的细纱机为环锭细纱机。

其中细纱锭速为5000-8000rpm，细纱捻系数为300-500。

本申请中氨纶包芯纱以氨纶丝为芯纱，火山泥尼龙丝为包覆纱，火山泥尼龙丝具有抑菌除臭、发散负离子、发射远红外线、升温保暖等特性。因此本申请制备的面料具有良好的远红外、蓄热保暖、抗菌等性能。

本发明还公开一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料的制备方法。

一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料的制备方法，包括以下步骤：

在全电脑控制单针筒提花针织圆机上编织纬平针组织，织物面层与里层都同时进纱，面层选用竹炭纤维，里层选用氨纶包芯纱。

优选的，采用全电脑控制单针筒提花针织圆机，以8路纱线为一个循环进行编织，第一路、第三路、第五路、第七路采用面层纱线，第二路、第四路、第六路、第八路采用里层纱线。

也可以为，采用全电脑控制单针筒提花针织圆机，以8路纱线为一个循环进行编织，第一路、第三路、第五路、第七路采用里层纱线，第二路、第四路、第六路、第八路采用面层纱线。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本申请制备的面料由竹炭纤维、氨纶包芯纱织造而成，其中竹炭粉与火山泥相互作用具有双重的抗菌、远红外发射性能，有效促进血液循环和新陈代谢；同时制备竹炭纤维具有异型多孔结构，能减少汗液接触皮肤引起不适，具有优异的吸湿、速干性能；多种功能纤维科学配比组合，内层触感细腻，柔软亲肤。

具体实施方式

在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。

本发明实施例中使用的原料的介绍：

实施例中采用的含双键的壳聚糖季铵盐为O-甲基丙烯酰胺壳聚糖季铵盐；O-甲基丙烯酰胺壳聚糖季铵盐的制备方法参照(《反应性壳聚糖季铵盐的抗菌性能及其在桑蚕丝织物后整理中的应用》，张伟、戴新兰等，印染助剂，2016年第33卷第12期)中第1.2节O-甲基丙烯酰胺壳聚糖季铵盐的合成制备而成。

实施例中采用的所述火山泥尼龙丝由巧兰(上海)纺织科技有限公司提供，加捻方式：正捻/S捻，纱支：40D。火山泥纺织品具有许多元素的特殊特性，对人体具有有益的生理作用及其化学稳定性，不会随时间变化或恶化。火山泥无毒，无过敏且相当安全。因为它将有益于人体电流并缓解肌肉紧张，所以非常适合使用身体保健，火山泥纤维具有良好的机械性能，具有高发射率的远红外线，高吸湿性和抗菌性能。

氨纶丝，40D；

全电脑控制单针筒提花针织圆机，型号SM8-TOP2 MP2，品牌：圣东尼，SM8-TOP2MP2是8路单面平纹电子提花针织圆机。

实施例中使用的油剂为高尔斯顿(Goulston)Lurol PS-11748，具体为Lurol PS-11748-40％，是适应于涤纶填充料和湿铺法短切纤维的油剂，非离子型，不需要交联剂，能提供纤维半永久性的柔软性和亲水性。具体稀释步骤为：将Lurol PS-11748-40％(使用前加热到40℃，搅拌)加入温水(35℃-50℃)中。不断搅拌，直到半透明的清澈液体形成；其中使用浓度为0.2wt％。

实施例中采用的聚酯切片为PET切片，型号：BG802，购买自扬州新东贸易发展有限公司。

下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料，包括面层和里层；所述面层纱线为竹炭纤维；所述里层纱线为氨纶包芯纱；其中该远红外蓄热保暖抗菌运动面料中，竹炭纤维的重量百分比为60wt％，氨纶包芯纱的重量百分比为40wt％。

所述竹炭纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔融共混：将50nm竹炭粉、聚酯切片进行混合得到预混料，将上述预混料熔融共混后切片得到竹炭聚酯切片；其中竹炭粉的含量为聚酯切片的20wt％；

(2)熔融纺丝：将竹炭聚酯切片经计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、卷制得到竹炭纤维FDY丝；

其中步骤(1)中所述熔融共混是在双螺杆挤出机中进行的，其种熔融共混的温度为290℃。

其中步骤(2)中熔融纺丝的工艺参数为：

挤出温度290℃；

冷却温度：25℃；

网络压力：0.3MPa；

一辊速度：2300m/min；

一辊温度：80℃；

二辊速度：3300m/min；

二辊温度：120℃；

卷绕速度为5000r/min；

其中步骤(2)中所述喷丝板上设有十字形喷丝孔。

其中步骤(2)中上油过程中采用的油剂为Lurol PS-11748，使用浓度为0.2wt％。

(3)DTY工艺：将上述竹炭纤维FDY丝经导丝管、网络、加热拉伸、加捻、热定型、卷绕成型制得竹炭纤维，即得到竹炭DTY纤维。

其中步骤(3)中DTY工艺为：

纺速：600m/min；

第一热箱温度：180℃；

第二热箱温度:180℃；

压空：0.1MPa；

牵伸倍数：1.05。

所述氨纶包芯纱，包括芯纱和包覆纱，所述包覆纱包缠在所述芯纱的表面，所述芯纱为氨纶丝，所述包覆纱为火山泥尼龙丝，其中芯纱占氨纶包芯纱的质量百分比为20wt％，包覆纱占氨纶包芯纱的质量百分比为80wt％；

所述氨纶包芯纱的制备方法，包括以下步骤：采用氨纶丝喂入罗拉，经过3.0倍预牵伸，通过导丝轮喂入前罗拉钳口；火山泥尼龙丝通过后罗拉、中罗拉在前罗拉与氨纶丝汇合，在细纱机加捻作用下形成包芯纱；其中本发明采用的细纱机为环锭细纱机；其中细纱锭速为8000rpm，细纱捻系数为500。

一种远红外蓄热保暖抗菌运动面料的制备方法，包括以下步骤：在全电脑控制单针筒提花针织圆机上编织纬平针组织，织物面层与里层都同时进纱，面层选用竹炭纤维，里层选用氨纶包芯纱；采用全电脑控制单针筒提花针织圆机，以8路纱线为一个循环进行编织，第一路、第三路、第五路、第七路采用面层纱线，第二路、第四路、第六路、第八路采用里层纱线。

实施例2

与实施例1基本相同，区别仅仅在于：采用改性竹炭粉代替竹炭粉；

所述改性竹炭粉的制备的方法，包括以下步骤：

S1将50nm竹炭粉经8000Hz的电磁场进行处理30min，得到预处理竹炭粉；

S2将预处理竹炭粉、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷加入20wt％乙醇水溶液中混合均匀，加热至85℃反应5h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、干燥，得到含氨基竹炭粉；其中预处理竹炭粉、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为1:0.5:30；

S3将3重量份含双键的壳聚糖季铵盐、2重量份马来酸酐、1重量份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1重量份丙烯酸加入100重量份水中混合均匀，加热至85℃反应60min，然后加入5重量份5wt％过硫酸铵水溶液、0.5重量份巯基乙酸，继续反应5h，降温至室温、调节pH至中性，过滤，得到共聚物溶液；

S4将0.25重量份1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.25重量份N-羟基琥珀酰亚胺加入0.5重量份共聚物溶液中混合均匀室温下搅拌30min，然后加入1重量份含氨基竹炭粉，调节pH至6.5，继续反应12h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、冷冻干燥，得到改性竹炭粉。

实施例3

与实施例2基本相同，区别仅仅在于：采用改性竹炭粉代替竹炭粉；所述改性竹炭粉的制备方法，包括以下步骤：将50nm竹炭粉、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入20wt％乙醇水溶液中混合均匀，加热至85℃反应5h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、干燥，得到改性竹炭粉；其中竹炭粉、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为1:0.5:30。

实施例4

与实施例2基本相同，区别仅仅在于：采用改性竹炭粉代替竹炭粉；

所述改性竹炭粉的制备的方法，包括以下步骤：

将0.25重量份1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.25重量份N-羟基琥珀酰亚胺加入0.5重量份(3wt％)含双键的壳聚糖季铵盐水溶液中混合均匀室温下搅拌30min，然后加入1重量份50nm竹炭粉，调节pH至6.5，继续反应12h，反应结束后，离心取沉淀、洗涤、冷冻干燥，得到改性竹炭粉。

测试例1

参照GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》对实施例1的面料进行抗菌性能测试；测试菌种：金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠杆菌(ATCC8099)、白色念珠菌(ATCC 10231)。

测试结果：对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99％；大肠杆菌的抑菌率为99％；白色念珠菌的抑菌率为95％。

测试例2

参考GB/T30127-2013《纺织品远红外性能的检测和评价》进行远红外性能测试。其中检测报告编号为ZFLJ30205157。

表1面料的远红外性能测试结果

测试例3

参照GB/T 21655.2-2019《纺织品吸湿速干性的评定第2部分：动态水分传递法》对实施例1的面料进行吸湿速干测试。检测报告编号为TTTS-WT22136666；

表2面料的吸湿速干性能的测试结果

测试例4

参照GB/T4802.1-2008对实施例1的面料进行起毛气球性能测试。检测报告编号为：A2210374220122C；

起毛起球级数：

5无变化；

4表面轻微起毛和(或)轻微起球；

3表面中度起毛和(或)中度起球；不同大小和密度的球覆盖试样的部分表面。

2表面明显起毛和(或)起球；不同大小和密度的球覆盖试样的大部分表面。

1表面严重起毛和(或)起球；不同大小和密度的球覆盖试样的整个表面。

参数类别E：压力780cN，起毛0次，起球600次。

测试结果：本申请制备的面料起毛起球性能的级别为4-5，因此面料性能优异。

测试例5

参照GB/T 14337-2022《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》，采用单纤维电子强力仪测试纤维强力，预加张力0.15cN/dtex，拉伸速度20mm/min，夹持距离20mm，等速将纤维拉伸至断裂，测试50组取平均值。

对各实施例制备的竹炭纤维进行机械性能测试。

表3竹炭纤维的断裂强度测试结果

测试例6

参照GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行抗菌性能测试；测试菌种：金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠杆菌(ATCC8099)、白色念珠菌(ATCC10231)。对各实施例得到的面料参照FZ/T73023-2006《抗菌针织品》中附录C的简化洗涤条件及程序，对待测面料进行不同次数的标准洗涤，洗涤条件为：2g/L标准合成洗衣机，浴比1:30，水温40±3℃，投入试样，洗涤5min，然后在常温下用自来水清洗2min，记为洗涤一次，对洗涤不同次后的面料的抗菌性进行检测，洗涤次数为50次，测试洗涤50次后的抑菌率。

表4持久抗菌性能测试结果

由于竹炭粉粒径小，表面能较大，易发生团聚，且与聚酯切片的相容性差，在上述基础上，采用硅烷偶联剂对竹炭粉进行处理，增加其分散性能、降低团聚效果。同时以含双键的壳聚糖季铵盐、马来酸酐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸为主要原料制备共聚物；然后在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺的作用下与含氨基竹炭粉反应，形成致密的三维网状结构，有效改善竹炭粉的分散性能，同时改善其与聚酯的相容性。因此本申请将改性竹炭粉引入聚酯切片中制备竹炭纤维，竹炭粉与壳聚糖季铵盐相互协同作用，有效改善其抗菌性能，同时改性竹炭粉的引入又能改善其机械性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。