專利名稱：纖維的改性加工處理劑及其加工處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維、紗線或織物的改性處理劑及其加工處理方法，尤其涉及一種將甲殼質(zhì)施加于纖維、紗線或織物上的改性處理劑及其加工處理方法，以提高該纖維抗菌能力及耐久能力，并使其擁有生物活性。
背景技術(shù)：
甲殼質(zhì)是取自蝦蟹水產(chǎn)外殼的天然多糖高分子(polysaccharide)，工業(yè)上的制造過(guò)程是將蝦蟹殼的原料以鹽酸溶解其中的鈣質(zhì)，并利用氫氧化鈉除去蛋白質(zhì)及脂質(zhì)，便可得到甲殼質(zhì)(chitin)的白色固體產(chǎn)物，然而甲殼質(zhì)不易溶解于一般溶劑，因此使得使用上遭受限制，故一般多以脫乙酰反應(yīng)(Deacetylation)制作成脫乙酰殼多糖(chitosan)衍生物，或者再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)羧甲基取代反應(yīng)(carboxymethyl substitution)形成羧甲基脫乙酰殼多糖(carboxymethylchitosan)的衍生物，脫乙酰殼多糖和羧甲基脫乙酰殼多糖均可完全溶于水中，使用時(shí)相當(dāng)方便，故而成為甲殼質(zhì)應(yīng)用的關(guān)鍵材料。
甲殼質(zhì)、脫乙酰殼多糖、羧甲基脫乙酰殼多糖，其化學(xué)式如下所示 甲殼質(zhì)
R1＝H或COCH3脫乙酰率＝NH2數(shù)目/n脫乙酰殼多糖 R1＝H或CH2COOHR2＝H，COCH3，CH2COOH脫乙酰率＝NH2數(shù)目/n羧甲基取代率＝CH2COOH/n羧甲基脫乙酰殼多糖此三種甲殼質(zhì)的衍生物均具有優(yōu)異的生物活性，例如皮膚相容性、保濕性及抗菌性等等，因此若可將甲殼質(zhì)導(dǎo)入纖維里面，使得上述甲殼質(zhì)生物活性機(jī)能顯現(xiàn)于纖維上，必可提高紡織品的手感、舒適性及衛(wèi)生機(jī)能。
一般甲殼質(zhì)應(yīng)用于纖維改性的專利多來(lái)自日本，依現(xiàn)行技術(shù)而言可分為兩類第一種技術(shù)便是在纖維制造過(guò)程中加入，將甲殼質(zhì)與纖維高分子材料摻合制成的高分子粘液，經(jīng)過(guò)紡絲工序得到改性纖維，例如JP11100713A2便是使用粒徑≤3μm的脫乙酰殼多糖為例摻入醋酸纖維素溶液中，并循紡絲工序制得抗菌醋酸纖維；而JP11100712A2則是將脫乙酰殼多糖與纖維素一并溶解于硫氰酸鹽中，經(jīng)過(guò)濕法紡絲得到抗菌人造纖維，此種技術(shù)具備有耐久性的優(yōu)點(diǎn)，但卻只能應(yīng)用于溶液紡絲系統(tǒng)，例如人造纖維、醋酸纖維、聚丙烯腈纖維，對(duì)于融熔紡絲系統(tǒng)，例如聚酯纖維或尼龍等便不適用。
第二種技術(shù)是對(duì)纖維進(jìn)行后加工處理，其乃是將甲殼質(zhì)施加于纖維體的表面，故可應(yīng)用于纖維、紗線、布匹及非織造織物等各種型態(tài)的材料的處理，理論上該種方式適用于各種天然及合成纖維，然而受到甲殼質(zhì)與纖維材料兩者間的結(jié)合性的限制，因此后加工處理的耐久性較第一種技術(shù)纖維制造過(guò)程中導(dǎo)入的方式要來(lái)得差。
發(fā)明的內(nèi)容由于脫乙酰殼多糖及羧甲基脫乙酰殼多糖均具備優(yōu)異的吸濕性，因此本發(fā)明人便著手從事研究運(yùn)用聚酯及聚氨酯等的水性樹脂，添加脫乙酰殼多糖以組成抗菌纖維加工劑，以提高甲殼質(zhì)后加工處理的耐久性。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種纖維材料的改性處理劑，它包括甲殼質(zhì)衍生物、纖維親和劑、表面活性劑及水。其中各組分的含量為甲殼質(zhì)衍生物0.5-15重量％，纖維親和劑0.1-15重量％；表面活性劑1.0-60重量％；其余為水，以所述加工處理劑的重量為基準(zhǔn)。該改性處理劑可以提高纖維與皮膚的親和性，達(dá)到抗菌、防霉、吸濕、抗靜電的功能。
所述甲殼質(zhì)衍生物為脫乙酰殼多糖與羧甲基脫乙酰殼多糖之一或兩者的組合，所述脫乙酰殼多糖的脫乙酰率為50-100％，它是分子量小于2000的低聚糖，包括雙糖、三糖、四糖、五糖、六糖、七糖等，以及分子量介于10000-1000000之間的高分子；羧甲基脫乙酰殼多糖的羧甲基取代率為0.3-2.0之間，由分子量小于2000的低聚糖與分子量介于10000-1000000之間的高分子組成；其中，在所述加工處理中，脫乙酰殼低聚糖或羧甲基脫乙酰殼低聚糖兩者和脫乙酰殼多糖高分子或羧甲基脫乙酰殼多糖高分子并用，低聚糖占甲殼質(zhì)衍生物用量10重量％以下。
在本發(fā)明的另一方面，涉及一種纖維材料的加工處理方法，它包括使用上述改性處理劑處理合成纖維材料和天然纖維材料，處理方式是采用浸漬、噴灑或浸軋中的任一種方式，將所述改性處理劑均勻分布于纖維表面，再經(jīng)過(guò)干燥后，使水份蒸發(fā)，從而使處理劑固著在纖維材料上；所述纖維材料包括纖維素纖維、蛋白質(zhì)纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚氨酯纖維或由它們制成的紗線或織物；所述纖維為短纖維或長(zhǎng)絲。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明應(yīng)用水性樹脂作為纖維親和劑，促使甲殼質(zhì)能夠有效的與纖維結(jié)合，先將聚酯或聚氨酯高分子與非離子型表面活性劑或陽(yáng)離子型表面活性劑摻合成均勻水相，再加入于甲殼質(zhì)溶液中，形成纖維改性加工劑，用于纖維、紗線、布匹及非織造織物的后處理，以增強(qiáng)其抗菌、吸濕抗靜電及耐水洗的效果。
上述甲殼質(zhì)衍生物成份可以為脫乙酰殼多糖(chitosan)與羧甲基脫乙酰殼多糖(carboxymethyl chitosan)兩者其中之一或兩者的組合，而脫乙酰殼多糖的脫乙酰率介于50-100％之間，是分子量小于2000的低聚糖，包括雙糖(dimer)、三糖(trimer)、四糖(tetramer)、五糖(pentamer)、六糖(hexamer)、七糖(heptamer)等，以及分子量介于10000-1000000之間的高分子；羧甲基脫乙酰殼多糖的羧甲基取代率介于0.3-2之間，由分子量小于2000的低聚糖與分子量介于10000-1000000之間的高分子所組成，其中脫乙酰殼低聚糖或羧甲基脫乙酰殼低聚糖兩者和脫乙酰殼多糖高分子或羧甲基脫乙酰殼多糖高分子并用，低聚糖占甲殼質(zhì)衍生物用量的10重量％以下。
同時(shí)本改性處理劑中的纖維親和劑可為聚酯樹脂或聚氨酯樹脂的水性樹脂，二者擇一使用，其中聚酯樹脂可為聚醚酯共聚物(polyetherester)HO(COCH2C6H4CH2COO)n(CH2CH2O)mHn/m＝2-5n＝200-1000；或?yàn)榛腔g苯二甲酸(sulfoisophalic acid)與乙二醇(ethylene glycol)的聚合物HO(COCH2C6H4CH2COO)n(OCH2CH2O)m(COCH2C6H3(SO3)CH2COO)oH分子量為3000-30000。
本改性處理劑中的聚氨酯樹脂為陽(yáng)離子型聚氨酯H(RNHCOO)n(OOCNHRNHCOOR)m-OH高分子鏈含有0.5-10％重量比率的氨基，分子量為2000-20000。而表面活性劑為非離子型表面活性劑及陽(yáng)離子型表面活性劑其中之一或兩者皆有。而且表面活性劑的所述非離子型表面活性劑以Tween聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯為主，所述陽(yáng)離子型表面活性劑以十四烷基—二甲基—苯甲基氯化銨鹽為佳，以達(dá)到該改性處理劑的最佳效果。
用上述改性處理劑處理合成纖維的方法是，將所述改性處理劑與纖維油劑按照1/4-1/1比例混合均勻后，利用上油設(shè)備以浸漬或噴灑方式，使其均勻分布于纖維表面，在纖維成型后的上油階段或加工絲的操作階段，同時(shí)完成上油及改性的工作，上油比例為0.1-3重量％，以纖維重量為基準(zhǔn)。
用上述改性處理劑處理紗線的方法是，使用染紗設(shè)備或漿紗設(shè)備，使改性處理劑滲透進(jìn)入紗線內(nèi)部，使纖維吸收處理劑，染紗的操作條件為處理浴的濃度為0.2-5重量％；處理溫度為70-120℃；
處理時(shí)間為20分鐘以上；漿紗的操作條件為上漿液中處理劑的濃度為0.5-5重量％；漿紗速度為50m/min以下；烘干溫度低于140℃。
用上述改性處理劑處理織物的方法是，采用浸漬或浸軋方式使改性處理劑滲透進(jìn)織物內(nèi)部，浸漬的條件為織物與處理液的處理浴比為1/3以上；處理溫度70-140℃；浸漬時(shí)間30分鐘以上；浸軋的條件為將加工處理液以水稀釋20-200倍；浸軋溫度20-100℃；壓吸率＝60-90重量％，以織物的纖維重量為基準(zhǔn)；干燥溫度170℃以下。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)及方式，下面例舉三個(gè)實(shí)施例，分別針對(duì)聚酯纖維、T/C混紡紗、及Nylon/Lycra交織布進(jìn)行改性，并加以詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例實(shí)施例1將6g脫乙酰殼多糖(脫乙酰率＝86％，平均分子量＝12000)、2g冰醋酸、3g聚醚酯共聚物(HO(COCH2C6H4CH2COO)n(CH2CH2O)mH，n/m＝2/1-4/1，n＝400-600)、0.5g Tween 20非離子型表面活性劑聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯，與88g水進(jìn)行混合以形成均勻的分散液，并應(yīng)用于聚酯纖維的抗菌加工，加工對(duì)象為240旦(48根單纖)的聚酯長(zhǎng)絲紗，在變形工序中進(jìn)行抗菌處理。
首先將上述的水相分散液與紡絲油劑混合(混合比例為水相/油劑＝1/5)，而得到均勻的W/O乳化油劑，聚酯紗在進(jìn)行假捻之前，先經(jīng)過(guò)上油羅拉以浸漬方式施加上述的乳化油劑，再進(jìn)行加捻及140℃熱定型，便得到甲殼質(zhì)處理過(guò)的聚酯加工紗。
將上述的聚酯加工紗以圓編機(jī)織成密度為210g/m2的針織布，經(jīng)過(guò)精煉后，測(cè)試其抗菌性、吸濕性及抗靜電性。
依美國(guó)織物材料的AATCC100-1998 Antibacterial Finish標(biāo)準(zhǔn)，以金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌為主要測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試經(jīng)甲殼質(zhì)加工后的纖維布料的抗菌性，結(jié)果如下(一)

1.試驗(yàn)菌金黃色葡萄球菌ATCC No.6538。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的聚酯纖維布。
(二)

1.試驗(yàn)菌肺炎桿菌ATCC No.11644。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的聚酯纖維布。
另外，依照AATCC 79-1995吸收性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)布料的吸濕性加以測(cè)試，以滴管在距離布面1公分高處滴下水滴，量測(cè)布面上水滴消失的時(shí)間，結(jié)果未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的聚酯纖維布為12秒，經(jīng)甲殼質(zhì)加工的聚酯纖維布為5秒內(nèi)。
再依JIS L1094-1996 Method B標(biāo)準(zhǔn)，以棉或毛的標(biāo)準(zhǔn)布與聚酯布樣摩擦后，測(cè)試聚酯布面的電位，其結(jié)果如下

實(shí)施例2將6g脫乙酰殼多糖(脫乙酰率＝80％，平均分子量＝6300)、2g羧甲基脫乙酰殼多糖(脫乙酰率＝71％，羧甲基取代率46％，平均分子量＝2100)、2g冰醋酸、2g Tween 60非離子型表面活性劑聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯，與80g水進(jìn)行混合以形成均勻的溶液，此均勻溶液再與2g聚酯樹脂混合，得到均勻分散形態(tài)的加工劑。其中聚酯樹脂為磺化間苯二甲酸與乙二醇的聚合物，分子量為5000-30000。
使用上述的加工劑加入2000ml的水稀釋，對(duì)50g Ne45’T/C混紡紗進(jìn)行改性加工，將T/C紗在20℃下浸入加工液中，至15分鐘升高溫度至110℃，保持在110℃下持續(xù)加熱1小時(shí)后取出T/C紗，以軟水清洗3次后，在110℃烘箱中烘干。
將上述的加工T/C混紗同樣依美國(guó)織物材料的AATCC100-1998抗菌整理標(biāo)準(zhǔn)，以金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌為主要測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試經(jīng)甲殼質(zhì)加工后的纖維布料的抗菌性，結(jié)果如下(一)

1.試驗(yàn)菌金黃色葡萄球菌ATCC No.6538。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的T/C混紡紗。
(二)

1.試驗(yàn)菌肺炎桿菌ATCC No.11644。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的T/C混紡紗。
實(shí)施例3將4g脫乙酰殼多糖、2g羧甲基脫乙酰殼多糖、3g冰醋酸、2g十四烷基-二甲基-苯甲基氯化銨鹽陽(yáng)離子型表面活性劑、1g Tween 60非離子型表面活性劑聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯，與100g水進(jìn)行混合攪拌完全溶解后，再與1g陽(yáng)離子型聚氨酯(該聚氨酯組成含0.5-5％重量比例的氨基，分子量為20000)配制成均勻分散液。
取50g上述的分散液，加水稀釋成2000ml加工液，對(duì)于Nylon/Lycra交織布進(jìn)行改性加工，布料規(guī)格為350g/m2、Nylon/Lycra＝84％/16％。
其步驟是首先將布浸入加工液中，令其完全浸濕后，再經(jīng)過(guò)壓吸機(jī)(padder)處理，使布面吸著70重量％的加工劑(以織物重量為基準(zhǔn))，再將浸濕加工劑的布料放入烘箱中于120℃、15分鐘烘干。
將上述的加工布以JIS L103洗滌方式水洗10次后，同樣依美國(guó)織物材料抗菌整理AATCC100-1998標(biāo)準(zhǔn)，以金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌為主要測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試經(jīng)加工后的纖維布料的抗菌性，結(jié)果如下
(一)

1.試驗(yàn)菌金黃色葡萄球菌ATCC No.6538。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的Nylon/Lycra交織布。
(二)

1.試驗(yàn)菌肺炎桿菌ATCC No.11644。
2.測(cè)試布樣取1.7g植菌后經(jīng)37℃培養(yǎng)24小時(shí)。
3.抑菌率＝100(A-B)/A％。
4.對(duì)照組使用未經(jīng)甲殼質(zhì)加工的Nylon/Lycra交織布。
另依織物材料的抗菌活性評(píng)估AATCC147-1997標(biāo)準(zhǔn)，以金黃色葡萄球菌與布面平行劃線培養(yǎng)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片3張檢附于附件中。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理過(guò)的布匹在經(jīng)過(guò)24小時(shí)后，兩種菌種均有遭到抑制的成效顯現(xiàn)，而未經(jīng)本發(fā)明方法處理的布匹，則不僅無(wú)法達(dá)到抑菌效果，并有細(xì)菌增生情形，因此本發(fā)明確時(shí)有其顯著的效益進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種纖維材料的改性處理劑，它包括甲殼質(zhì)衍生物、纖維親和劑、表面活性劑及水。
2.如權(quán)利要求1所述的改性處理劑，它包括甲殼質(zhì)衍生物0.5-15重量％；纖維親和劑0.1-15重量％；表面活性劑1.0-60重量％；其余為水作為溶劑，以所述加工處理劑的重量為基準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求1所述的改性處理劑，其特征在于所述甲殼質(zhì)衍生物為脫乙酰殼多糖與羧甲基脫乙酰殼多糖之一或兩者的組合，所述脫乙酰殼多糖的脫乙酰率為50-100％，它是分子量小于2000的低聚糖，包括雙糖、三糖、四糖、五糖、六糖、七糖等，以及分子量介于10000-1000000之間的高分子；羧甲基脫乙酰殼多糖的羧甲基取代率為0.3-2.0之間，由分子量小于2000的低聚糖與分子量介于10000-1000000之間的高分子組成；其中，在所述改性處理中，脫乙酰殼低聚糖或羧甲基脫乙酰殼低聚糖兩者和脫乙酰殼多糖高分子或羧甲基脫乙酰殼多糖高分子并用，低聚糖占甲殼質(zhì)衍生物用量10％重量以下。
4.如權(quán)利要求3所述的改性處理劑，其特征在于所述的纖維親和劑為聚酯樹脂或聚氨酯樹脂的水性樹脂，二者擇一使用，其中聚酯樹脂為a.聚醚酯共聚物HO(COCH2C6H4CH2COO)n(CH2xCH2xO)mHn/m＝2-5 x＝2-6n＝200-1000；b.磺化間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸與乙二醇的聚合物HO(COCH2C6H4CH2COO)n(OCH2CH2O)m(COCH2C6H3(SO3)CH2COO)oH分子量為3000-30000；其中聚氨酯樹脂為陽(yáng)離子型聚氨酯H(RNHCOO)n(OOCNHRNHCOOR)m-OH該聚氨酯高分子鏈含有0.5-10重量％比率的氨基，分子量為2000-20000。
5.如權(quán)利要求1所述的改性處理劑，其特征在于所述活性劑為非離子型表面活性劑及/或陽(yáng)離子型表面活性劑。
6.權(quán)利要求5所述的改性處理劑，其特征在于所述表面活性劑的非離子型表面活性劑為Tween聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯，所述陽(yáng)離子型表面活性劑為十四烷基—二甲基—苯甲基氯化銨鹽。
7.一種纖維材料的改性處理方法，它包括使用如權(quán)利要求1所述的改性處理劑處理合成纖維材料和天然纖維材料，處理方式是采用浸漬、噴灑或浸軋中的任一種方式，將所述改性處理劑均勻分布于纖維表面，再經(jīng)過(guò)干燥后，使水份蒸發(fā)，從而使處理劑固著在纖維材料上；所述纖維材料包括纖維素纖維、蛋白質(zhì)纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚氨酯纖維或由它們制成的紗線或織物；所述纖維為短纖維或長(zhǎng)絲。
8.如權(quán)利要求7所述的處理方法，其加工處理合成纖維的方法是，將所述改性處理劑與纖維油劑按照1/4-1/1比例混合均勻后，利用上油設(shè)備以浸漬或噴灑方式，使其均勻分布于纖維表面，在纖維成型后的上油階段或加工絲的操作階段，同時(shí)完成上油及改性的工作，上油比例為0.1-3重量％，以纖維重量為基準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求7所述的處理方法，其加工處理紗線的方法是，使用染紗設(shè)備或漿紗設(shè)備，使改性處理劑滲透進(jìn)入紗線內(nèi)部，使纖維吸收處理劑，染紗的操作條件為處理浴的濃度為0.2-5重量％；處理溫度為70-120℃；處理時(shí)間為20分鐘以上；漿紗的操作條件為上漿液中處理劑的濃度為0.5-5重量％；漿紗速度為50m/min以下；烘干溫度低于140℃。
10.如權(quán)利要求7所述的處理方法，其加工處理織物的方法是，采用浸漬或浸軋方式使改性處理劑滲透進(jìn)織物內(nèi)部，浸漬的條件為織物與處理液的處理浴比為1/3以上；處理溫度70-140℃；浸漬時(shí)間30分鐘以上；浸軋的條件為將加工處理液以水稀釋20-200倍；浸軋溫度20-100℃；壓吸率＝60-90重量％，以織物的纖維重量為基準(zhǔn)；干燥溫度170℃以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維材料的改性處理劑及其加工處理方法，它包括甲殼質(zhì)衍生物、纖維親和劑、表面活性劑及水。其中各組分的含量為甲殼質(zhì)衍生物0.5－15重量％，纖維親和劑0.1－15重量％；表面活性劑1.0－60重量％；其余為水。使用所述改性處理劑處理合成纖維材料和天然纖維材料的方法是采用浸漬、噴灑或浸軋中的任一種方式，將所述改性處理劑均勻分布于纖維表面，再經(jīng)過(guò)干燥后，使水份蒸發(fā)，從而使處理劑固著在纖維材料上。該改性處理劑可以提高纖維與皮膚的親和性，達(dá)到抗菌、防霉、吸濕、抗靜電的功能。
文檔編號(hào)D06M15/01GK1508354SQ02157450
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者魏亞中 申請(qǐng)人:全球生技股份有限公司