Cu/ZnO-SiO2复合抗菌改性聚酯纤维的制备及其性能研究

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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维具有优良的综合性能:弹性回复性能好,强度模量高,尺寸稳定性好,耐磨性能优良等被广泛用做服用纺织纤维原料[1]。一般的PET纤维及其织物的多孔结构使微生物易于附着,导致致病菌的传播,还会使纤维及其织物脆化变质影响使用性能;在使用的过程中,易于吸收人体代谢产生汗液、皮脂、表皮屑等为微生物的生长提供充分的营养物质,产生异味影响舒适性。因此,对PET的抗菌改性具有良好的发展前景。目前常用的抗菌剂按其化学组成可以分为有机类抗菌剂和无机类抗菌剂,而无机抗菌剂因其较高的耐热性、稳定性、抗菌广谱性、不易产生耐药性等优点而受到关注。其中纳米氧化锌(ZnO NPs)具有较高的安全性,稳定性好且资源丰富、成本低等优点,但是用作纺织品抗菌剂主要存在两方面的问题:一方面ZnO的抗菌活性一般认为其来源于其光催化产生的活性氧自由基(ROS)以及游离的Zn2+共同作用的结果,而ZnO作为一种宽禁带的光催化剂需要在波长较短的紫外光照下才具有催化活性[2],因此提高ZnO的抗菌活性是必要的;另一方面,ZnO对聚合物大分子主链的断裂有较高的催化活性,加速高分子基体的老化、降解,从而限制了ZnO的应用范围。本文通过两步合成法制备了Cu/ZnO-SiO2复合抗菌粉体,并通过熔融共混的方式制备了Cu/ZnO-SiO2抗菌改性PET切片,最后采用熔融纺丝的方法制备了改性PET纤维,主要结论如下:(1)首先采用溶胶-凝胶法制备了Cu2+掺杂量为5mol%的Cu/ZnO,通过FT-IR、XRD分析表明Cu/ZnO为六方纤锌矿结构,Cu2+掺杂在ZnO晶格中以固溶体的形式存在,紫外-可见光谱分析表明Cu2+的掺入有利于ZnO对可见光波长范围内的吸收峰红移,可以有效提高对太阳光的利用效率。(2)之后采用水热晶化法将Cu/ZnO与SiO2进行复合制备了不同复合比例的Cu/ZnO-SiO2复合抗菌剂;通过XRD分析表明:随着Cu/ZnO与SiO2复合比例的增加,Cu/ZnO-SiO2复合抗菌剂的晶粒尺寸逐渐减小;通过氮气等温吸附-脱附测试结果表明:Cu/ZnO-SiO2复合抗菌粉体具有介孔结构,其孔径分布在35nm之间,孔结构可能为楔形、裂缝型、狭缝型等不规整结构;随着Cu/ZnO与SiO2复合比例的增加,粉体的比表面积由167.90 m2/g增加至602.8m2/g;通过抑菌圈测试结果表明:随着Cu/ZnO与SiO2复合比例的增加,粉体的抗菌活性先增加后减小,当复合比例为1:2时,粉体的抗菌活性最佳。(3)以Cu/ZnO-SiO2(1:2)作为抗菌改性添加剂,使用双螺杆熔融共混制备出了改性剂添加量分别为0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.5wt%的抗菌改性切片。改性PET切片的特性粘度随着抗菌粉体的添加量改变基本保持不变,说明通过Cu/ZnO与SiO2复合有效的减弱了Cu/ZnO对的降解作用;改性切片的结晶温度((8)随着改性剂添加量含量得增加而逐渐升高;改性PET切片的抗菌效果逐渐增强当粉体的添加量在1.5wt%以上时,即可制得具有抗菌效果的改性切片。(4)使用上述改性切片分别制备了添加剂含量分别为0.5wt%、1.5wt%、2.5wt%的抗菌改性纤维。随着抗菌粉体含量的增加,改性PET纤维的取向因子fs以及声模量E都显著下降,当粉体添加量为2.5wt%时,取向因子fs下降至0.45,声模量下降至37.77N/m2;同时改性纤维的断裂强度显著下降,而断裂伸长率上升。
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