本發明屬于聚酯纖維領域，具體地涉及一種具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維及其制備方法。

背景技術：

紡織纖維因其多孔式物體形狀和高分子聚合物的化學結構有利于微生物附著，同時，在人體穿著過程中，會沾上汗液、皮脂以及其它各種人體分泌物和環境污染物，為各種微生物提供營養源，因此，紡織品的抗菌功能研究和開發有著極其重要的意義。具有抗菌除臭功能的纖維都是在制備過程中加入抗菌防臭的藥物，經過長時間的穿著或者洗滌，藥物容易脫落失效。并且大部分的功能性纖維只具有單一的功能性，并沒有將多種功能性實現完美的復合。為了提高服用產品對市場的適應度，就需要開發出具有抗菌除臭及保健功能的復合纖維。

技術實現要素：

本發明的目的在于公開一種具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維及其制備方法，該聚酯纖維不僅具有良好的抗菌除臭能力和保溫能力，而且具有促進人體微循環、消炎鎮痛、加速傷口愈合、活化基體、促進體內廢物排放、消除疲勞、調節神經等保健功效。

本發明設計的一種具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維，該聚酯纖維為皮芯結構，且聚酯構成皮芯結構的芯層，聚乙烯醇-乙烯共聚物在芯層的外圍，圍合形成皮芯結構的皮層；所述聚乙烯醇-乙烯共聚物沿皮芯結構的徑向方向向外連接有聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯與二價銅離子絡合形成聚酯纖維的抗菌層，且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的末端連接有聚乙二醇，形成聚酯纖維表面的親膚、親水層。

進一步地，二氧化鋯納米粒子嵌在聚酯纖維的聚酯芯層中，且二氧化鋯納米粒子的質量為聚酯芯層質量的1.5～4.0％。

再進一步地，所述二氧化鋯納米粒子的平均粒徑為30～60nm。

更進一步地，所述聚酯纖維的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度為7～15μm，且聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層上含有若干個孔，孔徑為20～50nm，孔隙率為40～50％。

更進一步地，所述聚酯纖維的聚酯芯層為聚對苯二甲酸乙二醇酯，且聚酯芯層的平均直徑為14～20μm。

更進一步地，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯通過配位鍵與二價銅離子絡合，且甲基丙烯酸二甲氨乙酯與二價銅離子的摩爾比為2～3：1。

更進一步地，所述聚乙二醇的分子量為3.0～5.0kDa，所述聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量為8.0～10.0kDa。

本發明還提供了一種聚酯纖維的制備方法，包括如下步驟：

1)將二氧化鋯納米粒子和聚對苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合體系I、氯化鈉和聚乙烯醇-乙烯共聚物共混形成混合體系II，再將混合體系I和混合體系II熔融共混，通過皮芯紡絲法，制備得到皮芯結構的聚酯纖維，且皮芯結構的聚酯纖維中的皮層為含有氯化鈉的聚乙烯醇-乙烯共聚物層，皮芯結構的聚酯纖維中的芯層為含有二氧化鋯納米粒子芯層，氯化鈉為納米粒度氯化鈉；

2)將步驟1)制備得到的皮芯結構的聚酯纖維置于水中浸漬、洗滌，溶出氯化鈉晶體，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層中含有若干個孔的皮芯纖維；

3)將步驟2)制備得到的皮芯纖維浸漬在溴代異丁酰溴溶液中，發生自由基活化反應，充分洗滌纖維，得到具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維；

4)將步驟3)制備得到的具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維，在氮氣的保護氛圍下，浸漬在含有溴化亞銅、雙吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，發生聚合反應，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維；

5)將步驟4)制備得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維，在相轉移催化劑的條件下，與聚乙二醇鉀鹽發生親核取代反應，得到末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維。

6)將步驟5)制備得到的末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維浸漬在二價銅離子溶液中發生絡合反應，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維。

進一步地，所述步驟3)中的反應時間為30～60min，所述步驟4)中的反應條件為，逐漸升溫至65～80℃，再保溫反應16～20h。

再進一步地，所述步驟5)中的相轉移催化劑為四丁基溴化銨，所述步驟6)中的二價銅離子溶液的濃度為0.45～0.55mol/ml，絡合反應時間為1～2h。

作為本發明的技術優選，所述聚乙二醇的分子量優選為4.0kDa。

作為本發明的技術優選，所述二氧化鋯納米粒子的粒徑優選為50nm，質量百分含量為2.0～3.5％。

本發明制備的聚酯纖維的原理：

將聚酯纖維設計成皮芯結構，其中皮層富含多孔，達到除臭的目的，芯層嵌有ZrO₂(二氧化鋯)納米粒子，具有保溫和保健功能，且皮層表面還鍵接有二價銅離子(Cu²⁺)絡合而形成抗菌層，此外還引入聚乙二醇，提高聚酯纖維的穿著舒適性。

本發明的有益效果在于：

1、該聚酯纖維除具有保溫效果，還具有促進人體微循環、消炎鎮痛、加速傷口愈合、活化基體、促進體內廢物排放、消除疲勞、調節神經等保健功效；此外，還能除臭抗菌，因此是一種同時兼具多種功能的聚酯纖維。

2、該聚酯纖維的制備方法操作可行，能同時制備兼具多種功能的產品，操作簡單可行，且成本較低，具有較好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例抗菌除臭保健功能聚酯纖維的纖維截面圖；

圖2為圖1的纖維剖面圖；

其中，圖中各標號如下：

1—聚乙烯醇-聚乙烯共聚物皮層、2—聚乙烯醇-聚乙烯共聚物皮層中的多孔結構、3—聚酯芯層、4—抗菌層、5—親水、親膚層、6—ZrO₂納米粒子。

具體實施方式

下面結合附圖和對本發明的較佳實施例進行細致的闡述，使本發明的特征和優點能夠被本領域技術人員更容易的接受，并對本發明的保護范圍做出更加清楚的界定。

實施例1

如圖1所示，本發明公開的具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維為皮芯結構，聚酯構成皮芯結構中的芯層，成為聚酯芯層3，而且聚酯芯3的平均直徑優選為14μm(聚酯芯層的直徑控制在14～20μm之間)，直徑適當的聚酯芯層能與聚合物較好的連接；本實施例中的聚酯優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯，在聚對苯二甲酸乙二醇酯芯層中嵌有ZrO₂納米粒子6，因為ZrO₂納米粒子作為遠紅外材料，除具有保溫效果外，還具有促進人體微循環、消炎鎮痛、加速傷口愈合、活化基體、促進體內廢物排放、消除疲勞、調節神經等保健功效。同時，在本實施例中，ZrO₂納米粒子的粒徑為50nm，含量為2％(ZrO₂納米粒子的含量優選控制在2.0～3.5％之間)，若ZrO₂納米粒子含量過高則會影響纖維的強度，過低則會使保溫和保健能力變差。

再次結合圖1可知，聚乙烯醇-乙烯共聚物在聚酯芯層的外圍，圍合形成皮芯結構的皮層，成為聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層1，且在本實施中聚乙烯醇-乙烯共聚物皮1的厚度為9μm(聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度可以控制在7～15μm之間)，與此同時，為了保證吸附效果，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層為多孔結構，如圖1中聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層中的多孔結構2所示，孔隙率達到40～50％，而孔徑為20～50nm，因為過低的孔隙率導致臭氣分子的吸附能力不足，而過高的孔隙率會影響聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的力學性能，并影響后期聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯和Cu²⁺形成絡合物的抗菌層的接枝密度，最終會影響到纖維的抗菌能力。因此，本實施中具有多孔結構的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層，能夠對人體代謝過程中產生的臭氣分子，如硫化氫、硫醇等，具有優異的吸附能力，明顯減少了因異味分子引起的對中樞神經、口腔、咽喉和胃部的刺激性不良反應。

結合圖1、圖2可知，在聚乙烯醇-乙烯共聚物沿皮芯結構的徑向方向向外連接有聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯，且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量在本實施例中為9.0kDa(聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的分子量控制在8.0～10.0kDa之間)，聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯通過配位鍵與Cu²⁺絡合形成絡合物，構成聚酯纖維的抗菌層4，Cu²⁺通過配位鍵牢固的結合到聚酯纖維上，發揮持久的抗菌能力，并且聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯也具有優異的抗菌能力，和Cu²⁺發揮協同抗菌性能夠顯著提高聚酯纖維的抗菌性；甲基丙烯酸二甲氨乙酯與Cu²⁺的摩爾比優選為2～3:1，若甲基丙烯酸二甲氨乙酯的含量較低，則會導致甲基丙烯酸二甲氨乙酯與Cu²⁺的結合力不牢固，影響抗菌的耐久性；若Cu²⁺的的含量較低，則會影響絡合物的抗菌能力。本實施制備的聚酯纖維抗菌層中的聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯與Cu²⁺的結合能力較強，經過30次洗滌之后，Cu²⁺抗菌離子幾乎沒有損失，仍然保持了較好的抗菌性能，抑菌率仍能保持在86％以上。

再次結合圖1和圖2可知，在聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯的末端連接有聚乙二醇，且本實施中的聚乙二醇的分子量優選為4.0kDa，聚乙二醇的親水性能夠提高聚酯纖維的親膚性，因此在聚酯纖維的表面形成親水、親膚層，如圖1和圖2中的親水、親夫層5所示，在形成親水、親膚層的同時，還能賦予聚酯纖維一定的抗菌靜電能力，因此在實用性上有效提高了穿著的舒適性，并且賦予了聚酯纖維一定的抗靜電能力。

因此本實施例的聚酯纖維兼具多種功能。

實施例2

本實施例公開了該聚酯纖維的制備方法，包括如下步驟：

1)將粒徑為30nm的ZrO₂納米粒子和分子量為8.0kDa的聚對苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合體系I，且ZrO₂納米粒子的質量為ZrO₂納米粒子和聚對苯二甲酸乙二醇酯的總質量的2.0％，納米粒度氯化鈉和分子量為3.0kDa的聚乙烯醇-乙烯共聚物熔融共混形成混合體系II，再將混合體系I和混合體系II熔融共混，通過復合纖維紡絲法，制備皮芯結構的聚酯纖維，且皮芯結構的聚酯纖維中的皮層為含有氯化鈉的聚乙烯醇-乙烯共聚物層，皮芯結構的聚酯纖維中的芯層為含有ZrO₂納米粒子芯層；

2)將步驟1)制備得到的皮芯結構的聚酯纖維置于水中浸漬、洗滌，溶出氯化鈉晶體，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層中含有若干個孔的皮芯纖維，且孔徑為20～30nm，孔隙率為45％，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度約為9μm；

3)將步驟2)制備得到的皮芯纖維浸漬在溴代異丁酰溴溶液中，反應40min后，充分洗滌纖維，得到具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維；

4)將步驟3)制備得到的具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維，在氮氣的保護氛圍下，浸漬在含有溴化亞銅、雙吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，且溴化亞銅與甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩爾量之比為2：1，逐漸升溫至65℃，保溫反應18h，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維；

5)將步驟4)中制備得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維，在相轉移催化劑四丁基溴化銨的催化作用下，與聚乙二醇鉀鹽發生親核取代反應，得到末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維。

6)將步驟5)制備得到的末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維浸漬在濃度為0.5mol/ml的二價銅離子溶液中發生絡合反應，反應1.5h，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維。

制備的聚酯纖維的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度為9μm，孔徑為20～30nm，孔隙率為45％；聚酯芯層的平均直徑為18μm。

實施例3

本實施例中的聚酯纖維的制備方法，包括如下步驟：

1)將粒徑為50nm的ZrO₂納米粒子和分子量為10kDa的聚對苯二甲酸乙二醇酯共混形成混合體系I，且ZrO₂納米粒子的質量為ZrO₂納米粒子和聚對苯二甲酸乙二醇酯的總質量的3.5％，納米粒度氯化鈉和分子量為5.0kDa的聚乙烯醇-乙烯共聚物熔融共混形成混合體系II，再將混合體系I和混合體系II熔融共混，通過復合纖維紡絲法，制備皮芯結構的聚酯纖維，且皮芯結構的聚酯纖維中的皮層為含有氯化鈉的聚乙烯醇-乙烯共聚物層，皮芯結構的聚酯纖維中的芯層為含有ZrO₂納米粒子芯層；

2)將步驟1)制備得到的皮芯結構的聚酯纖維置于水中浸漬、洗滌，溶出氯化鈉晶體，得到聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層中含有若干個孔的皮芯纖維，且孔徑為40～50nm，孔隙率為50％，聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度約為13μm；

3)將步驟2)制備得到的皮芯纖維浸漬在溴代異丁酰溴溶液中，反應60min后，充分洗滌纖維，得到具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維；

4)將步驟3)制備得到的具有原子轉移自由基聚合引發活性的纖維，在氮氣的保護氛圍下，浸漬在含有溴化亞銅、雙吡啶的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶液中，且溴化亞銅與甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩爾量之比為3：1，逐漸升溫至80℃，保溫反應16h，得到聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維；

5)將步驟4)中制備得到的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維，在相轉移催化劑四丁基溴化銨的催化作用下，與聚乙二醇鉀鹽發生親核取代反應，得到末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維。

6)將步驟5)制備得到的末端連有聚乙二醇的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯功能化的聚酯纖維浸漬在濃度為0.45mol/ml的二價銅離子溶液中發生絡合反應，反應2.0h，得到具有抗菌除臭保健功能的聚酯纖維。

制備的聚酯纖維的聚乙烯醇-乙烯共聚物皮層的厚度為13μm，孔徑為40～50nm，孔隙率為50％；聚酯芯層的平均直徑為14μm。

以上實施例僅為最佳舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。除上述實施例外，本發明還有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。