一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，将高压微细水流喷射到多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，缠绕成卷得到卷材纤维；将卷材纤维放置在真空室内，向真空室内通入氩气，在负压下采用磁控溅射镀膜设备溅射金属靶材。本发明专利技术制备过程中没有废水排放、使用寿命长、无挥发性、对环境无污染，具有广谱高效抗菌、不易产生抗药性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法
本专利技术属于抗菌材料制备
，具体涉及一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法。
技术介绍
抑菌材料一般可分为有机抑菌材料和无机抑菌材料两大类。通常有机抑菌材料根据其化学分子结构而将其分成20余大类，像结构较为简单的醛基水溶液类及结构较为复杂的异噻唑和咪唑类等，它们的特点都是具有一定的挥发性和毒性，耐温性差，一般在200℃以内，长期使用有溶出、析出等现象，容易对皮肤和眼睛等造成刺激和腐蚀，甚至有的还存在致癌和坏血的潜在危险，因此使用中必须十分注意控制浓度；无机抑菌材料主要是指重金属离子Ag＋、Zn2＋、Cu2＋或以含这些离子的硅酸盐或磷酸盐为载体的抑菌材料。与有机抑菌材料相比，它具有较好的耐热和安全性，且抑菌能力强、耐久性好等特点，其中尤其以Ag＋的灭菌性能为人们所关注，它对各种致病细菌如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等都有强烈的杀灭效果。目前抑菌银纤维制备技术主要有化学镀、熔体直纺、物理技术。其中化学镀的最大缺点是生产过程中会产生含重金属离子的污水，必将受到环境保护的制约，该项技术正逐渐被淘汰；熔体直纺的最大缺点是银粒子分散均匀性差、纺丝工艺控制难度大、抑菌性能不稳定；物理技术是目前世界最先进的表面处理技术，在纺织材料表面实现金属化效果最为理想。当前国内的技术工艺多处于试验阶段，大多企业还不具备批量生产镀银纤维的条件，少有的几家生产镀银纤维的工厂，大多采用化学镀银工艺。生产效率低、成本高、污染严重，生产过程总受到环保部门的严格限制。而国外对镀银纤维生产工艺技术又相对保密，生产成本高，所以市场上虽有镀银纤维出现，但其质量水平及规模化生产无法满足社会需求。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种绿色环保、成本低的采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：（1）将高压微细水流喷射到多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，缠绕成卷得到卷材纤维；（2）将卷材纤维放置在真空室内，真空室内抽至负压，然后向真空室内通入氩气，采用磁控溅射镀膜设备溅射金属靶材，溅射区两极之间的电压为300-500V，直流电流为5-8A，溅射时间为1-1.5min，阳极设有阳极膜离子源，卷材纤维在溅镀前通过阳极膜离子源产生的离子束进行处理；所述磁控溅射镀膜设备的靶源采用矩形平面磁控靶和同轴圆柱形磁控靶结合。进一步的，本专利技术的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，步骤（1）中得到的卷材纤维克重为40g/m2。进一步的，本专利技术的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，步骤（2）中真空室内抽至负压为（1-10）×10-3Pa，通入氩气后的工作真空为（1-2）×10-1Pa。进一步的，本专利技术的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，阳极膜离子源采用聚焦放电模式，电压2000V，电流2.5A。进一步的，本专利技术的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，所述磁控溅射镀膜设备在真空室配置有低温泵系统，放置在真空室中通过其表面的低温冷凝效应，迅速捕集真空系统的残余气体。与传统设备比较可以大大缩短抽真空的时间（可缩短60-90%的抽气时间）、获得洁净的真空环境，真空度可提高半个数量级，提高了生产效率。作为优选方案，本专利技术的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，卷材纤维的收卷、放卷卷绕采用直流电机直接转矩实现卷绕操作，相对于传统的磁粉离合器对薄料、窄料及延伸性材料也具有较好的适应性；收卷侧安装有独立电机驱动的辅助张力牵引辊，确保卷绕张力控制达到较高的精度，充分保证材料的幅宽和克重的均匀性。作为优选方案，卷材纤维的收卷和放卷部位安装了可在机外实现转角控制的分段展平辊，在进行真空卷绕镀膜过程中可根据实际所需要的展平效果实施即时调控，保证材料的平整质量。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术可对不同类别、规格的短纤维进行选型，设计短纤维集束状态和交联程度，控制张力、克重、疏松度等工艺参数，形成特殊规格的卷状基材，保证产品加工的均匀性、一致性和连续性，实现规模化生产。（2）本专利技术采用离子源处理工艺，低气压、低电压、高束流，阳极膜离子源产生的低能量、大束流的离子束可以有效去除基片表面的有机污染物和氧化层，增加薄膜的附着力，同时避免对基材轰击时造成损伤，在真空状态下对纤维基材进行离子源处理，使纤维表面生成游离自由基，提高了纤维表面活性；解决了离子源处理与物理气相沉积同步技术，避免了基材的再污染，同时提高了生产效率，解决了普通纤维与金属之间附着力的技术难题，有效增强纤维表面与金属之间的界面结合力。（3）本专利技术通过卷绕方式将纤维基体连续传送至真空室内，再利用高真空磁控溅射技术使纤维表面沉积具有抗菌效果的银、铜、锌等金属层。磁控溅射中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高靶材的利用率和生产效率，重新设计磁场分布和一系列结构设计，磁控靶边缘的磁力线呈发散状直达基底表面，在基底表面形成大量离子轰击，直接干预基底表面溅射成膜。（4）本专利技术加工过程没有废水排放、使用寿命长、无挥发性、对环境无污染，具有广谱高效抗菌、不易产生抗药性等优点。将其与纤维复合制成高性能抑菌纤维复合材料，能在长时间内缓慢释放出银离子，长期保持有效的银离子浓度，从而具有抗菌性能稳定，杀菌作用时间长，使用方便等特点。保证产品加工的均匀性、一致性和连续性，实现规模化生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，包括以下步骤：（1）将高压微细水流喷射到多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，从而使纤维网得以加固而具备一定强力，柔性缠结，不影响纤维原有特征，不损伤纤维，无需粘合剂加固、耐洗，得到卷材纤维，克重控制在40g/m2；（2）将卷材纤维放置在真空室内，真空室内抽至负压为1×10-3Pa，然后向真空室内通入氩气，保持工作真空1×10-1Pa，采用磁控溅射镀膜设备溅射金属靶材，本实施例的磁控溅射镀膜设备把矩形平面磁控靶的结构原理应用到圆柱形磁控溅射靶中，设计的磁控溅射靶称为圆柱形、平面式磁控溅射靶，它兼有平面矩形靶和同轴圆柱靶两者的优点，即镀膜的均匀性好，和靶材利用率较高，溅射区两极之间的电压为300V，直流电流为5A，溅射时间为1min，两极间产生放电，使氩气形成正离子Ar+作为电子载体，由阳极向阴极的银靶表面飞行。由于银靶表面的垂直磁场作用，使电子成摆线高速旋转加速，并与阴极上金属银靶碰撞，靶材在碰撞能量的作用下，使银靶表面的金属原子或分子，溅涂附着在织物表面上。由于溅射中Ar+的碰撞能远离于金属原子的结晶能，加之阳极膜离子源产生的低能量、大束流的离子束可以有效去除基片表面的有机污染物和氧化层，离子源采用聚焦放电模式工作，电压2000v，电流2.5A，为此纤维卷材上Ag原子的附着牢度较好，并且自身还可以进行表面迁移和扩散，发生深度渗透进入基材体相，是一种实用性很高的精细成膜技术，且膜相纯度高于其他工艺方法。本实施例在基体材料镀复主辊的驱动装置中采用的是直流控制系统，并配以高分辨编码器，以确保卷绕过程中实现卷膜速度的稳定及消本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将高压微细水流喷射到多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，缠绕成卷得到卷材纤维；（2）将卷材纤维放置在真空室内，真空室内抽至负压，然后向真空室内通入氩气，采用磁控溅射镀膜设备溅射金属靶材，溅射区两极之间的电压为300‑500V，直流电流为5‑8A，溅射时间为1‑1.5min，阳极设有阳极膜离子源，卷材纤维在溅镀前通过阳极膜离子源产生的离子束进行处理；所述磁控溅射镀膜设备的靶源采用矩形平面磁控靶和同轴圆柱形磁控靶结合。

【技术特征摘要】
1.一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将高压微细水流喷射到多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，缠绕成卷得到卷材纤维；（2）将卷材纤维放置在真空室内，真空室内抽至负压，然后向真空室内通入氩气，采用磁控溅射镀膜设备溅射金属靶材，溅射区两极之间的电压为300-500V，直流电流为5-8A，溅射时间为1-1.5min，阳极设有阳极膜离子源，卷材纤维在溅镀前通过阳极膜离子源产生的离子束进行处理；所述磁控溅射镀膜设备的靶源采用矩形平面磁控靶和同轴圆柱形磁控靶结合。2.根据权利要求1所述的一种采用物理沉积工艺制备纳米金属抗菌纤维的方法，其特征在于：步骤（2）中真空室内抽至负压为（1-10）×10-3Pa，通入氩气后的工作真空为（1-2）×10-1Pa。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志全，曾海军，张新民，
申请(专利权)人：郓城县天源电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37