含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法与流程

1.本发明涉及抗菌材料制备技术领域，尤其涉及一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法。


背景技术：

2.随着社会快速发展及人民安全健康意识的提高，人们对生活品质的追求也在不断的提高；其中就包括对于健康智能纺织品的追求，即要求纺织品在满足一般织物的耐用、保温及舒适性的基础上，同时还具备一定的抗菌功能。目前，市面上的抗菌聚酯纤维主要包括添加银、铜、锌系列的无机抗菌剂的抗菌聚酯纤维，添加季胺盐、季鏻盐、聚六亚甲基双胍盐酸盐等有机抗菌剂的抗菌纤维。但是，添加无机类抗菌剂的聚酯纤维存在着一定的生物安全毒性，且会影响织物的穿着性能；而添加有机类抗菌剂的聚酯纤维具有纺丝困难、抗菌剂溶液析出等缺点。
3.现有技术中，采用有机抗菌剂制备抗菌聚酯纤维时，一般采用将抗菌剂共混到聚酯中制得抗菌纤维，或者将纤维经过涂覆、浸泡抗菌剂溶液等方式来制备抗菌纤维。例如，发明专利(申请号为cn 201610504987.x)公开了一种铜基金属有机骨架抗菌纤维及其制备方法，该抗菌纤维由聚酯、铜基金属有机骨架材料、抗菌剂制备而成，具体将聚酯与铜基金属有机骨架材料熔融共混纺丝，得到铜基金属有机骨架聚酯复合纤维，再将该铜基金属有机骨架聚酯复合纤维浸渍在抗菌剂中，得到抗菌纤维。发明专利(申请号为cn 201811011918.0)公开了一种抗菌纤维素纤维的制备方法，将分散剂、抗菌剂和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，制得混合纺丝原液，然后将混合纺丝原液经过纺丝工艺，即得抗菌纤维素纤维。
4.上述专利中通过将纤维浸渍至抗菌剂中、将抗菌剂与纤维原料共混的方式制备的抗菌纤维，抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出，对人体的安全性较差，且织物的抗菌功能容易衰减，出现随着时间的流逝而逐渐降低的问题，不适合长期使用。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，将具有抗菌作用的咪唑环结构，以共价键的方式连接至聚酯分子链中，以解决现有的抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出的问题，提高抗菌聚酯纤维的安全性；该含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维具有抗菌效果好、具有长效的抗菌性能，市场应用前景好。
7.为实现上述发明目的，本发明提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维，所述抗菌聚酯纤维的分子链为含有咪唑环结构的聚酯分子链，所述咪唑环结构通过共价键的方式连接至聚酯分子链中。
8.作为本发明的进一步改进，所述抗菌聚酯纤维的分子链中，所述咪唑环结构的组
分为1％～15％。
9.本发明还提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
10.s1、将二酸单体、二醇单体按特定比例混合，进行预聚合，所述预聚合的温度为240～260℃，压力为2～3mpa，得到聚酯预聚体；
11.s2、将步骤s1得到的所述聚酯预聚体与抗菌功能单体按比例进行真空缩聚，所述真空缩聚的温度为245～275℃，时间为60～100min，真空度小于100pa，制得抗菌聚酯材料；所述抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物；
12.s3、将步骤s2中制得的所述抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。
13.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述特定比例为所述二酸单体、二醇单体的摩尔比为1:(1.0～1.3)，所述二酸单体、二醇单体的摩尔比优选为1:1.18。
14.作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述聚酯预聚体与抗菌功能单体的摩尔比为1:(0.05～0.2)。
15.作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述抗菌功能单体为2-羟基-3-咪唑-1-基-丙酸。
16.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述预聚合的时间为50～180min。
17.作为本发明的进一步改进，在步骤s3中，所述熔融纺丝的纺丝工艺温度为270～290℃，纺速为3500～5000m/min。
18.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述二酸单体包括对苯二甲酸、己二酸、顺丁烯二酸、戊二酸、丁二酸中的一种；所述二酸单体优选为对苯二甲酸。
19.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述二醇单体包括乙二醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇的一种；所述二醇单体优选为乙二醇。
20.本发明的有益效果是：
21.1、本发明提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，将二酸单体、二醇单体按特定比例混合，进行预聚合，得到聚酯预聚体；将聚酯预聚体与抗菌功能单体按比例进行真空缩聚，制得抗菌聚酯材料；最后将抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。本发明将具有抗菌作用的咪唑环结构，以共价键的方式连接至聚酯分子链中，以解决现有的抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出的问题，提高抗菌聚酯纤维的安全性；该含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维抗菌效果好、具有长效的抗菌性能，市场应用前景好。
22.2、本发明的抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物，可以在聚酯预聚体的聚合过程中发生缩聚反应，以共价键的形式缩聚到聚酯的分子链中，且对聚酯的缩聚过程影响性小，使得缩聚产物仍然具有聚酯的特性，可以达到较高的粘度，对聚酯后续纺丝工艺影响小，适合产业化生产，稳定批量地制备抗菌聚酯纤维。
23.3、本发明在含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备过程中，通过控制制备聚酯预聚体的温度、时间和压力，来控制二酸单体与二醇单体的预聚合过程，避免其继续发生缩聚或共聚，使其成功地形成聚酯预聚体；再将聚酯预聚体继续与含有羟基和羧基的咪唑化合物进行缩聚，咪唑化合物会以共价键的形式，连接至聚酯分子链中，形成分子链结构一体化的抗菌聚酯材料。该抗菌聚酯材料的纺丝性能好，制备的抗菌聚酯纤维综合性能良好，最终用
于可穿戴织物领域，不影响织物的耐用性、保温性及舒适性。
24.4、本发明的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维在应用时，由于其分子量大，分子链长、分子结构稳定，不容易受温度、湿度的影响，抗菌性能稳定；且由于具有抗菌咪唑结构以共价键的方式键接到聚酯分子链中，区别于一般抗菌剂共混到聚酯中的聚酯纤维，该咪唑类小分子抗菌剂不会从纤维中脱落或溶出，所以不容易发生抗菌作用的衰减，抗菌聚酯纤维的使用寿命长，对人体危害性小，安全性高。
附图说明
25.图1为本发明的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法流程简图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
27.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
28.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
29.一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维，抗菌聚酯纤维的分子链为含有咪唑环结构的聚酯分子链，咪唑环结构通过共价键的方式连接至聚酯分子链中。抗菌聚酯纤维的分子链中，咪唑环结构的组分为1％～15％。本发明将具有抗菌作用的咪唑环结构，以共价键的方式连接至聚酯分子链中，以解决现有的抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出的问题，提高抗菌聚酯纤维的安全性。通过控制咪唑环结构在聚酯纤维中的组分含量，减小其对聚酯材料性能造成的影响，来保证聚酯材料具有较好的可纺性，使得纺丝得到的抗菌聚酯纤维具有良好的综合性能。该含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维抗菌效果好、具有长效的抗菌性能，市场应用前景好。
30.请参阅图1所示，一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
31.s1、将二酸单体、二醇单体按特定比例混合，进行预聚合，预聚合的温度为240～260℃，压力为2～3mpa，时间为50～180min，得到聚酯预聚体；
32.s2、将步骤s1得到的聚酯预聚体与抗菌功能单体按比例进行真空缩聚，真空缩聚的温度为245～275℃，时间为60～100min，真空度小于100pa，制得抗菌聚酯材料；抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物；
33.s3、将步骤s2中制得的抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，熔融纺丝的纺丝工艺温度为270～290℃，纺速为3500～5000m/min，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。
34.特别地，抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物，可以在聚酯预聚体的聚合过程中发生缩聚反应，以共价键的形式缩聚到聚酯的分子链中，且对聚酯的缩聚过程影响性小，使得缩聚产物仍然具有聚酯的特性，可以达到较高的粘度，对聚酯后续纺丝工艺影
响小，适合产业化生产，稳定批量地制备抗菌聚酯纤维。
35.在一些具体的实施方式中，抗菌功能单体为2-羟基-3-咪唑-1-基-丙酸。
36.具体的，在步骤s1中，特定比例为二酸单体、二醇单体的摩尔比为1:(1.0～1.3)，二酸单体、二醇单体的摩尔比优选为1:1.18。在步骤s2中，聚酯预聚体与抗菌功能单体的摩尔比为1:(0.05～0.2)。通过控制制备聚酯预聚体的温度、时间和压力，来控制二酸单体与二醇单体的预聚合过程，避免其继续发生缩聚或共聚，使其成功地形成聚酯预聚体；再将聚酯预聚体继续与含有羟基和羧基的咪唑化合物进行缩聚，咪唑化合物会以共价键的形式，连接至聚酯分子链中，形成分子链结构一体化的抗菌聚酯材料。该抗菌聚酯材料的纺丝性能好，制备的抗菌聚酯纤维综合性能良好，最终用于可穿戴织物领域，不影响织物的耐用性、保温性及舒适性。
37.在一些具体的实施方式中，二酸单体包括对苯二甲酸、己二酸、顺丁烯二酸、戊二酸、丁二酸中的一种；二酸单体优选为对苯二甲酸。
38.在一些具体的实施方式中，二醇单体包括乙二醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇的一种；二醇单体优选为乙二醇。
39.含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维在应用时，由于其分子量大，分子链长、分子结构稳定，不容易受温度、湿度的影响，抗菌性能稳定；且由于具有抗菌咪唑结构以共价键的方式键接到聚酯分子链中，区别于一般抗菌剂共混到聚酯中的聚酯纤维，该咪唑类小分子抗菌剂不会从纤维中脱落或溶出，所以不容易发生抗菌作用的衰减，抗菌聚酯纤维的使用寿命长，对人体危害性小，安全性高。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，制备方法具体包括以下步骤：
42.s1、将对苯二甲酸、乙二醇单体按摩尔比1:1.18混合，进行预聚合，预聚合的温度为250℃，压力为2.5mpa，时间为50min，得到聚酯预聚体；
43.s2、将步骤s1得到的聚酯预聚体与2-羟基-3-咪唑-1-基-丙酸按摩尔比1:0.1进行真空缩聚，真空缩聚的温度为260℃，时间为80min，真空度小于100pa，制得抗菌聚酯材料；
44.s3、将步骤s2中制得的抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，熔融纺丝的纺丝工艺温度为280℃，纺速为4500m/min，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维；该抗菌聚酯纤维中咪唑环结构的组分含量为1％。
45.实施例2～4
46.实施例2～4提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，实施例2～4通过调整聚酯预聚体与2-羟基-3-咪唑-1-基-丙酸的摩尔比，使得抗菌聚酯纤维中咪唑环结构的组分含量分别为5％、10％、15％；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
47.对比例1
48.对比例1提供了一种抗菌聚酯纤维及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，对比例1将咪唑类抗菌剂直接与聚酯进行共混制得抗菌聚酯材料，咪唑类抗菌剂的含量为5％；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
49.对比例2
50.对比例2提供了一种抗菌聚酯纤维及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，对比例2先制备聚酯纤维，并将聚酯纤维浸渍于咪唑类抗菌剂中，制得种抗菌聚酯纤维。
51.将实施例1～4以及对比例1～2制备的抗菌聚酯纤维，进行抗菌聚酯材料粘度及抗菌聚酯纤维的抗菌性进行检测，同时将普通聚酯纤维作为对照组；得到的结果如下表所示。
52.表1实施例1～4、对比例1～2及对照组的材料性能测试结果
[0053][0054][0055]
由表1可知，通过本发明的制备方法成功的制备出具有良好抗菌性能的聚酯纤维，且抗菌聚酯材料的粘度以及抗菌聚酯纤维的抗菌率均与咪唑环结构在抗菌聚酯纤维中的组分含量有关，咪唑环结构的组分含量越高，制备的抗菌聚酯纤维的抗菌率越高，抗菌持续性越好，但是抗菌聚酯的粘度越小，因此从抗菌聚酯纤维的综合性能来看，咪唑环结构在抗菌聚酯纤维中的组分含量限定在1％～15％之间。由对比例1～2的数据可以看出，对比例1中咪唑环结构的小分子采用熔融加工的方式，共混到聚酯纤维材料中，容易造成咪唑环抗菌小分子的析出，造成抗菌效果持续性不长；另外，采用共混方式对聚酯进行熔融改性，容易造成聚酯材料的粘度低，造成后续的纺丝工艺不稳定，对产业化不利。对比例2是将咪唑环类的抗菌小分子通过浸渍涂层的方式，复合到聚酯纤维表面，存在着抗菌效果持续性差的缺点。
[0056]
综上所述，本发明提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，将二酸单体、二醇单体按特定比例混合，进行预聚合，得到聚酯预聚体；将聚酯预聚体与抗菌功能单体按比例进行真空缩聚，制得抗菌聚酯材料；最后将抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。本发明将具有抗菌作用的咪唑环结构，以共价键的方式连接至聚酯分子链中，以解决现有的抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出的问题，提高抗菌聚酯纤维的安全性。本发明的抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物，可以在聚酯预聚体的聚合过程中发生缩聚反应，以共价键的形式缩聚到聚酯的分子链中，且对聚酯的缩聚过程影响性小，使得缩聚产物仍然具有聚酯的特性，可以达到较高的粘度，对聚酯后续纺丝工艺影响小，适合产业化生产，稳定批量地制备抗菌聚酯纤维。该含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维不容易发生抗菌作用的衰减，抗菌效果好、具有长效的抗菌性能，对人体危害性小、安全性高，市场应用前景好。
[0057]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改
或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌聚酯纤维的分子链为含有咪唑环结构的聚酯分子链，所述咪唑环结构通过共价键的方式连接至聚酯分子链中。2.根据权利要求1所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维，其特征在于，所述抗菌聚酯纤维的分子链中，所述咪唑环结构的组分为1％～15％。3.一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将二酸单体、二醇单体按特定比例混合，进行预聚合，所述预聚合的温度为240～260℃，压力为2～3mpa，得到聚酯预聚体；s2、将步骤s1得到的所述聚酯预聚体与抗菌功能单体按比例进行真空缩聚，所述真空缩聚的温度为245～275℃，时间为60～100min，真空度小于100pa，制得抗菌聚酯材料；所述抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物；s3、将步骤s2中制得的所述抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。4.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述特定比例为所述二酸单体、二醇单体的摩尔比为1:(1.0～1.3)，所述二酸单体、二醇单体的摩尔比优选为1:1.18。5.根据权利要求4所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述聚酯预聚体与抗菌功能单体的摩尔比为1:(0.05～0.2)。6.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述抗菌功能单体为2-羟基-3-咪唑-1-基-丙酸。7.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述预聚合的时间为50～180min。8.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述熔融纺丝的纺丝工艺温度为270～290℃，纺速为3500～5000m/min。9.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述二酸单体包括对苯二甲酸、己二酸、顺丁烯二酸、戊二酸、丁二酸中的一种；所述二酸单体优选为对苯二甲酸。10.根据权利要求3所述的含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述二醇单体包括乙二醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇的一种；所述二醇单体优选为乙二醇。

技术总结
本发明提供了一种含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维及其制备方法，将二酸单体、二醇单体混合，预聚合后得到聚酯预聚体；将聚酯预聚体与抗菌功能单体进行真空缩聚，制得抗菌聚酯材料；最后将抗菌聚酯材料进行熔融纺丝，即得含咪唑环结构的抗菌聚酯纤维。本发明将具有抗菌作用的咪唑环结构以共价键的方式连接至聚酯分子链中，解决了现有抗菌剂容易从纤维中脱落或溶出的问题；抗菌功能单体为含有羟基和羧基的咪唑化合物，可以在聚酯预聚体的聚合过程中发生缩聚反应，以共价键的形式缩聚到聚酯分子链中，且对聚酯的缩聚过程影响小，对后续纺丝工艺影响小，适合产业化生产。该抗菌聚酯纤维抗菌效果好、抗菌性能稳定，安全性高，市场应用前景好。前景好。前景好。


技术研发人员：曾跃民 李姣姣
受保护的技术使用者：青岛上雅家居用品股份有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/8/4