抗病毒錦綸6 FDY的制備及其性能

當(dāng)前，新型冠狀肺炎疫情仍在全球肆虐，由病毒引起的新興傳染病防治也成為全球健康領(lǐng)域最關(guān)注的話題之一。紡織品具有較大的比表面積及多孔性特點(diǎn)，其表面容易沾染人體排出的汗?jié)n與油脂，在適宜的溫濕度環(huán)境下易成為病毒的溫床，助長(zhǎng)病毒的傳播。

紡織用纖維中，錦綸憑借優(yōu)良性能而被廣泛應(yīng)用于服飾、家紡等領(lǐng)域。相較于一些其他合成纖維，錦綸6的高回潮率使其更容易為病毒提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，因此，開發(fā)能夠遏制病毒活性的錦綸6，可以有效干預(yù)病毒的復(fù)制與傳播能力，具有非常大的研究意義與應(yīng)用價(jià)值。本文采用含有表面負(fù)載銀納米顆粒的介孔二氧化鈦的聚酰胺6母粒，將其添加到錦綸6中制備得到錦綸6功能性纖維。通過研究該功能性纖維對(duì)病毒活性的遏制作用，以及功能性母粒的添加對(duì)錦綸6纖維產(chǎn)品物理性能及生產(chǎn)情況的影響，確定了適宜的添加比例。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

錦綸6切片：特性黏度2.47 dL/g，含水率≤0.06%，二氧化鈦含量為0.3%，福建永榮錦江股份有限公司生產(chǎn)。

抗病毒母粒：抗病毒粉體為表面負(fù)載銀納米顆粒的介孔二氧化鈦，粉體含量25%，含水率≤0.08%。

1.2 儀器及設(shè)備

PA6高速紡絲卷繞機(jī)（Oerlikon Barmag（歐瑞康巴馬格）公司），KS108失重式在線母粒添加設(shè)備（德國(guó)Aquafil工程有限公司），Testo425精密型風(fēng)速儀（德國(guó)儀器國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司），RID－10A凝膠滲透色譜儀（日本島津（Shimadzu）公司），YG023B－III全自動(dòng)單紗強(qiáng)力機(jī)（常州市第一紡織設(shè)備有限公司），烏斯特V型條干儀（烏斯特（上海）貿(mào)易有限公司），RS－III型噴射式染色機(jī)（成都中核海川核技術(shù)有限公司），標(biāo)準(zhǔn)光源箱（東莞博萊德儀器設(shè)備有限公司），YG368型全自動(dòng)長(zhǎng)絲卷縮率測(cè)試儀（常州紡織儀器廠有限公司）。

1.3 工藝流程

利用母粒在線添加裝置，抗病毒母粒與錦綸6半光切片分別經(jīng)過計(jì)量加料器計(jì)量后被輸送至螺桿擠壓機(jī)，在機(jī)筒內(nèi)經(jīng)過螺桿充分熔融混合后擠出。其中，熔融過程中螺桿 1 區(qū)—螺桿 5 區(qū)和紡絲箱體的溫度分別為255、257、258、259、259和259 ℃；熔體通過熔體保溫管道輸送至計(jì)量泵，經(jīng)計(jì)量泵精確計(jì)量后被分配至紡絲組件，從噴絲孔中噴出，形成熔體細(xì)流；經(jīng)單體抽吸并通過側(cè)吹風(fēng)冷卻形成初生纖維，冷卻風(fēng)溫度為22 ℃，濕度為80%，風(fēng)速為0.45 m/s；初生纖維通過油嘴精確計(jì)量上油集束，所用油劑濃度為8%；上油后絲束經(jīng)預(yù)網(wǎng)絡(luò)器、5 輥連續(xù)拉伸后，最終在成品轉(zhuǎn)軸上卷繞成筒，卷繞速度為4 600 m/min，制得抗病毒母粒添加量分別為0、2%、4%和6%的抗病毒錦綸6全拉伸絲（SD FDY 44 dtex/34 f）。

1.4 性能測(cè)試

抗病毒活性試驗(yàn)：依據(jù)ISO 18184：2014（E）《抗病毒紡織品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)使用的病毒為甲型流感病毒H3N2MDCK細(xì)胞，通過試驗(yàn)得到對(duì)照組接種病毒后即刻 3 個(gè)感染滴度值的常用對(duì)數(shù)平均值與抗病毒織物標(biāo)本接觸 2 h后 3 個(gè)感染滴度值的常用對(duì)數(shù)平均值，通過計(jì)算得到抗病毒活性值。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：若紡織品的抗病毒活性值低于3.0，即抗病毒活性率低于99.9%，則樣品的抗病毒作用效果小。抗病毒活性值的計(jì)算如式（1）所示。

式（1）中：Mv為抗病毒活性值；lg（Va）是對(duì)照組接種后即刻 3 個(gè)感染滴度值的常用對(duì)數(shù)平均值；lg（Vc）是與抗病毒織物標(biāo)本接觸 2 h后 3 個(gè)感染滴度值的常用對(duì)數(shù)平均值。

抗病毒活性率Mr的計(jì)算方法如式（2）所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 母粒

抗病毒母粒中含有的抗病毒粉體為表面負(fù)載銀納米顆粒的介孔二氧化鈦，而無(wú)機(jī)納米顆粒在熔體中容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚之后顆粒的粒徑大幅增加，從而造成紡絲組件升壓速度過快、堵塞過濾網(wǎng)、組件周期短，阻礙紡絲過程的平穩(wěn)進(jìn)行且紡絲斷頭多。這些問題可以通過選擇合適尺寸的納米顆粒以及控制其在高分子基體中的合理含量得以解決。本文選用的載銀介孔二氧化鈦納米顆粒平均粒徑在10 nm左右，符合紡絲要求。

2.2 抗病毒活性

抗病毒活性為任何物質(zhì)對(duì)病毒粒子結(jié)構(gòu)中的某個(gè)要素進(jìn)行改變而導(dǎo)致病毒粒子無(wú)法復(fù)制的性質(zhì)?？共《灸噶Ｌ砑恿糠謩e為2%、4%和6%的抗病毒錦綸6 FDY的抗病毒活性的檢測(cè)結(jié)果如表 1 所示。分析表 1 中所列數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，抗病毒錦綸6 FDY的抗病毒活性率隨著抗病毒母粒添加量的增大而升高。當(dāng)添加2%抗病毒母粒時(shí)，纖維的抗病毒活性率僅98.67%，表示其抗病毒效果較??；當(dāng)添加4%抗病毒母粒時(shí)，抗病毒活性值大幅提高，抗病毒活性率達(dá)到99.97%，纖維具有全效力的抗病毒作用；當(dāng)進(jìn)一步提高至6%時(shí)，抗病毒活性率達(dá)到99.99%，與添加量4%相比提升效果不明顯。

表1 抗病毒錦綸6 FDY的抗病毒活性試驗(yàn)結(jié)果

2.3 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布情況

高分子的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布情況對(duì)紡絲流體質(zhì)量的穩(wěn)定性影響較大，因此本文研究了不同抗病毒母粒添加量的抗病毒錦綸6 FDY的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布情況。從表 2 可以看出，抗病毒母粒添加量越大，聚酰胺6的重均分子量及數(shù)均分子量越小，分子量的分布越寬。分析是因?yàn)樵诩徑z過程中，錦綸6切片受熱熔融成為熔體，在熔融過程中會(huì)發(fā)生再聚合反應(yīng)，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)繼續(xù)增大，但由于抗病毒錦綸6 FDY中引入了表面負(fù)載銀納米顆粒的介孔二氧化鈦?zhàn)鳛榭共《靖男詣@些無(wú)機(jī)納米粒子嵌入高分子鏈之間，不僅增大了聚酰胺分子鏈之間的距離，還限制了聚酰胺分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)，從而阻礙了聚酰胺分子鏈之間的相互碰撞幾率，并阻礙了聚酰胺分子量的繼續(xù)增長(zhǎng)。

表2 抗病毒錦綸6 FDY的相對(duì)分子質(zhì)量

2.4 力學(xué)性能及可紡性

由于紡織品中的纖維在使用過程中需要具備必要的力學(xué)性能，因此研究了不同添加量的抗病毒母粒對(duì)纖維斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率的影響。從表 3 可以看出，在其他條件一致的情況下，與同規(guī)格的常規(guī)錦綸6 FDY相比，抗病毒錦綸6 FDY的力學(xué)性能發(fā)生了不同程度的降低，降低的程度隨著母粒添加量的增大而增大，可紡性也隨著母粒添加量的增大而變差。分析其原因主要有兩方面：一是抗病毒錦綸6 FDY的相對(duì)分子質(zhì)量隨著納米顆粒的引入而變小，而高分子材料的力學(xué)性能與其相對(duì)分子質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系；二是載銀介孔二氧化鈦納米顆粒與高分子基體之間存在界面相容性差的問題，當(dāng)其含量增大時(shí)，納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚的幾率隨之增大，團(tuán)聚顆粒在高分子基體中由于破壞了聚合物的規(guī)整性而成為缺陷點(diǎn)，在受力狀態(tài)下缺陷點(diǎn)周圍的應(yīng)力急劇增加，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，在力學(xué)測(cè)試過程中缺陷點(diǎn)成為材料的薄弱點(diǎn)，因此斷裂強(qiáng)度隨著添加量的增大而減小。斷裂伸長(zhǎng)率降低的主要原因是纖維中存在缺陷點(diǎn)，以及納米顆粒限制了拉伸過程中高分子鏈發(fā)生相對(duì)位移的能力。

表3 抗病毒錦綸6 FDY的力學(xué)性能及可紡性

2.5 條干不勻率

表4 列出了不同抗病毒母粒添加量下錦綸6 FDY的條干不勻率數(shù)據(jù)。從表 4 可以看出，抗病毒母粒的添加對(duì)纖維的線密度影響不大，但會(huì)提高纖維的線密度CV值和條干CV值，總體來看影響程度隨添加量增大而增大。分析其原因主要有兩方面：一是由于抗病毒納米顆粒不僅分散在纖維內(nèi)部，同時(shí)也分布在纖維表面，使得纖維表面的摩擦系數(shù)不一致，引起絲條張力波動(dòng)從而造成絲條拉伸不均勻；二是由于抗病毒納米顆粒的引入使得纖維中的缺陷增多，缺陷造成的應(yīng)力集中也會(huì)導(dǎo)致絲條拉伸不均勻。

表4 抗病毒錦綸6 FDY的條干不勻率

2.6 染色均勻度

表5 列出了不同抗病毒母粒添加量下錦綸6 FDY的染色均勻度。從表 5 可以看出，不同母粒添加量下抗病毒錦綸6 FDY的染色均勻度均為4.5級(jí)，表明抗病毒母粒的添加對(duì)錦綸6 FDY的染色均勻度影響不大，因此生產(chǎn)過程中無(wú)需擔(dān)心抗病毒納米顆粒對(duì)染色均勻度的影響。

表5 抗病毒錦綸6 FDY的染色均勻度

2.7 沸水收縮率

表6 列出了在不同抗病毒母粒添加量下錦綸6 FDY的沸水收縮率。從表 6 可以看出，抗病毒母粒的添加使錦綸6 FDY的沸水收縮率降低，添加量越大，沸水收縮率越小，這主要是由于抗病毒納米顆粒在纖維中起到了限制高分子鏈運(yùn)動(dòng)的作用，從而提高了抗病毒錦綸6 FDY的形狀穩(wěn)定性。

表6 抗病毒錦綸6 FDY的沸水收縮率

3 結(jié)論

（1）本文通過添加含有載銀介孔二氧化鈦納米顆粒的錦綸6母粒制備得到具有抗病毒功效的錦綸6 FDY，并通過抗病毒活性試驗(yàn)測(cè)試了纖維的抗病毒活性，發(fā)現(xiàn)纖維的抗病毒活性率隨著抗病毒母粒添加量的提高而增大，當(dāng)抗病毒母粒添加量從2%增至4%時(shí)，纖維的抗病毒活性率從98.67%提升到了99.97%，抗病毒效果得到較大提升。

（2）與未添加抗病毒材料的錦綸6 FDY相比，抗病毒母粒添加量越高，錦綸6的相對(duì)分子質(zhì)量減小、分子量分布變寬、力學(xué)性能下降、可紡性與條干不勻率變差的程度越大；但對(duì)染色均勻性影響不大，且對(duì)纖維的沸水收縮率具有改善作用。

（3）對(duì)比抗病毒母粒添加量分別為2%、4%和6%時(shí)纖維的抗病毒效果及其他基本性能，添加量為4%的錦綸6 FDY在具有較好抗病毒效果的同時(shí)，其物性指標(biāo)可滿足使用要求且紡況較好。