本发明涉及一种功能纤维及面料，特别涉及一种具有抗菌和远红外功能的纤维、绒类面料，还涉及其制备方法，属于功能面料生产。
背景技术：
1、随着科学技术的不断发展，人类自我防护意识的不断加强，人们已清楚认识到皮肤是人体相对薄弱环节，它容易受到各种外界因素的伤害，也易成为各种有害因素的侵入人体的通道，因此是一道必须注意的防线。近年来皮肤病发病率递增，研究结果表明，更多的有害细菌及病毒是通过接触式接触到人体的皮肤，人体皮肤携带细菌和病毒后可以感染到自己甚至是周边的人，从而引起疾病的传播，而绒类面料是人们经常使用的一种面料，可以用做服装、家纺、工业、医用、车用等领域，而普通的面料已不能满足人们的健康需求，而使用具有抗菌远红外功能的绒类面料能有效保护人体的健康不受细菌和病毒的侵扰。
2、目前，市场上的抗菌功能性面料大都是经过后整理制备而成，这种面料经过浸水或洗涤几次后，抗菌远红外效果会减弱直至消失，抗菌效果不佳。例如中国专利cn110948961a公开了一种远红外纤维抗菌混纺面料的制备方法，其采用远红外纤维和棉纤维的混纺纱作为经线和牛奶纤维和棉纤维的混纺纱作为纬线互相交织而成远红外纤维抗菌面料，再将远红外纤维抗菌面料加入抗菌整理剂处理，然后焙烤。而通过在纤维中引入抗菌功能材料能够解决上述技术问题，避免浸水或洗涤导致抗菌远红外功能的减弱，比如中国专利cn112746368a公开了一种具有远红外保暖抗菌功能的面料及其制备方法，其通过采用锗矿石、甲壳素、木质素和壳聚糖碳酸盐作为抗菌材料引入pet纤维，使得经线具有抗病毒、抗细菌等功能；同时采用混合远红外纤维作为纬线，使得纬线具有远红外保暖功能，从而获得具有远红外保暖抗菌功能的面料。但是该面料中引入的抗菌材料成分复杂，且其需要在pet纤维掺入较高比例才具有抗菌效果，特别是其面纱的远红外保暖抗菌功能是由于同时采用了具有抗菌功能的经线和具有远红外保暖功能纬线，其抗菌材料并不具有远红外保暖功能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的以上缺点，本发明的第一个目的是在于提供一种具有抗菌和远红外功能的纤维，该纤维通过引入生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体功能材料，其赋予纤维抗菌及远红外功能，特别适合用于家纺和服装产品。
2、本发明的第二个目的是在于提供一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料，该绒类面料通过使用掺入生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体功能材料的纤维，赋予其稳定、永久性的抗菌和远红外功能，能够避免浸水或洗涤导致面料抗菌远红外功能减弱的缺陷。
3、本发明的第三个目的是在于提供一种具有抗菌和远红外功能的纤维的制备方法，该制备方法简单、成本低，有利于工业化生产。
4、本发明的第四个目的是在于提供一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料的制备方法，该制备方法可以采用现有成熟的纺织工艺，对工艺设备无特殊要求，成本低，满足工业化生产。
5、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种具有抗菌和远红外功能的纤维，其以有机聚合物纤维为基体纤维；所述基体纤维中掺入生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体。
6、本发明的纤维关键是在于引入了生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体功能材料，生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体中的生物炭可以吸收人体和环境发射的远红外线使其自身升温，在其升温的同时可以辐射出更高能量的远红外线，通过温升效应加强保暖和促进血液循环，生物炭具备多孔结构，可以吸附细菌使其丧失生物液，吸附的同时也加强了锌掺杂二氧化钛的杀菌能力；而锌掺杂二氧化钛作为光敏抗菌材料，相比纯二氧化钛锌元素掺杂增加了在可见光区的吸收，可以在紫外和可见光照射的条件下抗菌。
7、作为一个优选的方案，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体中生物炭与锌掺杂二氧化钛的质量比为1:9～9:1。在优选的比例范围内，随着生物炭的比例增加，生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的抗菌性能会稍有下降，而远红外性能有明显提升，但是当竹炭的比例增加到一定程度时时，抗菌性能出现下降，远红外性能并没有提升。所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体中生物炭与锌掺杂二氧化钛的质量比进一步优选为1:2～2:1，最优选为4:6～6:4。
8、作为一个优选的方案，所述锌掺杂二氧化钛中锌元素与钛元素的摩尔比为0.5～5.5:100。
9、锌与钛元素的比例过低会影响删菌效果，随着新元素的增加，其锌与钛摩尔比达到3.5:100时，复合粉体材料的抗菌效果达到最佳，继续增加锌的含量会影响粉体晶型结构。因此，锌掺杂二氧化钛中锌元素与钛元素的摩尔比进一步优选为2～4:100。
10、作为一个优选的方案，所述生物炭为竹炭。
11、作为一个优选的方案，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体在基体纤维中的掺量为0.5％～2.5％。生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的掺杂量过低，会影响纤维的抗菌和远红外功能，如果其用量过高，则影响纺丝效果，同时粉体材料会存在团聚现象。
12、作为一个优选的方案，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的粒径为60～500nm。进一步优选为60～400nm，最优选为60～300nm。粉体材料的粒径影响纺丝性能，粒径过大则会出现断丝、飘丝，纺丝不流畅等现象。
13、作为一个优选的方案，所述有机聚合物纤维为pet纤维。
14、本发明还提供了一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料，其由所述的具有抗菌和远红外功能的纤维与涤纶纤维编织而成。
15、作为一个优选的方案，所述具有抗菌和远红外功能的纤维作为绒类面料的面丝或底丝，其在面丝或底丝中用量占比为10％～100％。所述具有抗菌和远红外功能的纤维在面丝或底丝中用量占比为50％～70％。随着具有抗菌和远红外功能的纤维在面丝或底丝中用量占比提高，其抗菌和远红外功能有明显提升，但当其在面丝或底丝中的占比达到60％时，基本能够覆盖整个面料，进一步提高其比例，抗菌和远红外功能没有太大的变化。
16、本发明还提供了一种具有抗菌和远红外功能的纤维的制备方法，该方法是采用溶胶凝胶法制备生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体通过硅烷偶联剂或有机钛酸酯类进行表面改性后，与有机聚合物粉体依次进行共混、挤出造粒和熔融纺丝。作为一个较优选的方案，所述挤出的温度为260～280℃。作为一个较优选的方案，所述熔融纺丝温度为270～290℃，纤维纤度在0.5～5d。具有抗菌和远红外功能的纤维的具体的制备过程如下：将生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体进行表面修饰增加其在树脂基体中的分散性，表面修饰剂为硅烷偶联剂或钛酸四丁酯，将修饰后的纳米粉体与pet粉体进行预混，在预混机中进行，转速100～300rpm，再通过双螺杆挤出机制备pet母粒，加工温度为260～280℃，所述母粒用于熔融纺丝，普通纺丝级pet切片采用单螺杆喂料，纺丝温度为270～290℃，母粒通过计重法单独喂入，母粒添加量为3～10％，纺制纤维纤度在0.5～5d。硅烷偶联剂或钛酸四丁酯的质量为生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体质量的0.5～1.5％。硅烷偶联剂或钛酸四丁酯为常规的市售产品，例如硅烷偶联剂kh550等等。
17、作为一个优选的方案，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的制备过程如下：将锌盐饱和溶液滴加至钛源有机溶液中充分搅拌形成溶胶，再加入生物炭粉继续搅拌反应直至形成凝胶，将凝胶经过干燥、高温处理和研磨，即得。钛源一般为易溶性无机或有机钛源，例如四氯化钛或钛酸四丁酯，锌盐一般为水溶性锌盐，例如氯化锌或硫酸锌。作为一个较优选的方案，所述高温处理的条件为：在无氧环境及300～600℃温度下进行处理。生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体更具体的制备方法如下：1)将四氯化钛或钛酸四丁酯逐步滴加溶解于乙醇中，过程伴随搅拌，搅拌速率为300～800r/m；2)搅拌均匀后逐滴加入氯化锌或硫酸锌饱和水溶液，过程持续搅拌；3)加入生物炭粉体，并持续搅拌；4)再持续搅拌1～6h，观察溶液状态，若无明显凝胶化，则逐滴加入去离子水至凝胶化出现为止；5.)对凝胶进行干燥，干燥后得到的产物进行高温处理，处理温度为300～600℃，无氧条件；6)对高温处理产物进行干法研磨，得到纳米粉体。
18、作为一个优选的方案，所述生物炭粉通过以下条件制备：将生物质原料，在无氧气氛及温度为400～1000℃条件下，碳化4～16h，再研磨得到纳米级生物炭粉。进一步优选的碳化温度为500～700℃。优选的碳化时间为6～10h。为了提高碳化程度可以将纳米级生物炭粉再重复一次碳化处理。
19、本发明还提供了一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料的制备方法，该方法是将所述具有抗菌和远红外功能的纤维与涤纶纤维混用，依次通过纺纱、织造、染色、定型、拉毛、定型轧车上柔及后整理，即得。
20、作为一个优选的方案，所述织造过程中，在高速特里科经编机上织造坯布，使用三把梳杍编织成坯布。其中，将具有抗菌和远红外功能纤维及同规格普通涤纶纤维混用根据需求用于面料的面丝或底丝，在面丝或底丝中具有抗菌和远红外功能的质量分数为10～100％。
21、作为一个优选的方案，所述染色过程中，浴比控制在1:10～1:20，进布后加冰醋酸，所述冰醋酸的浓度为0.2～1g/l，工作浴ph＝3～5；所述染色分为五阶段：第一阶段为升温至125～135℃，升温速率为～1～2℃/min，保温30～50min；第二阶段为降温至75～85℃，速率为1.5～2.5℃/min，保温10min，加入纯碱和保险粉，所述纯碱和保险粉用量均为2～4g/l；第三阶段为继续降温至35～45℃，速率控制在1～2℃/min，然后排水；第四阶段为继续进水加冰醋酸，所述冰醋酸浓度为0.2～1g/l，调节布面至中性，第五阶段为溢流水洗及批次水洗，时间为10～30min。所述染色采用的颜料包括分散型染料，例如分散红。所述染色采用高温高压溢流染色机。
22、作为一个优选的方案，所述定型过程中：温度为190～230℃，处理速度为25～30m/min；
23、作为一个优选的方案，所述拉毛过程中：进行连续式起毛处理。
24、作为一个优选的方案，所述定型轧车上柔过程中：温度为170～220℃，处理速度为20～30m/min，定型轧车中添加10～30g/l的三元共聚氨基硅油(陶氏化学购买)，轧车压力控制在0.35～0.4mpa。
25、作为一个优选的方案，所述后整理过程中：利用烫光机和剪毛机的相互配合进行梳理和修剪，其中，烫光机烫辊的温度为160～190℃，转速为750rpm～950rpm。更具体来说，利用烫光机和剪毛机将起绒后的绒毛做进一步的梳理和修剪，烫光机为利用170℃左右高速旋转的有棱角的烫辊对起绒后的绒毛进行梳理整理，使绒毛倒向和角度统一，再利用剪毛机台圆刀和平刀结合，对绒毛进行修剪处理。
26、本发明的生物炭是采用生物质原料经过无氧高温碳化得到。以竹炭为例进行说明：以竹粉为原料，在无氧气氛条件下，碳化温度为400～1000℃，碳化时间为4～16h，制备好的竹炭经干法研磨制备粉体，粉体粒径为30～500nm。优选的碳化温度为500～700摄氏度。优选的碳化温度为6～10小时。
27、相对现有技术，本发明技术方案带来的有益效果：
28、本发明提供的纤维和绒类面料，具有抗菌和远红外功能，且其抗菌和远红外功能是基于在高分子聚合物纤维中掺入生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体功能材料，其不但能够保证纤维和绒类面料长久的抗菌和远红外效果，避免浸水或洗涤导致面料抗菌远红外功能减弱等缺陷，而且生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的抗菌和远红外效果较为显著，可以促进人体血液循环和新陈代谢，以及有效防止细菌和病毒的传染和再生，保证绒类面料的使用安全和清洁，使得消费者在使用纺织品的同时可以对身体健康有益，特别适合家纺和服装产品的开发。
29、本发明的具有抗菌和远红外功能的纤维、绒类面料制备方法简单，原料成本低，满足工业化生产。
1.一种具有抗菌和远红外功能的纤维，其特征在于：以有机聚合物纤维为基体纤维；所述基体纤维中掺入生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗菌和远红外功能的纤维，其特征在于：所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体中生物炭与锌掺杂二氧化钛的质量比为1:9～9:1；
3.根据权利要求1或2所述的一种具有抗菌和远红外功能的纤维，其特征在于：
4.一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料，其特征在于：由权利要求1～3任一项所述的具有抗菌和远红外功能的纤维与涤纶纤维编织而成。
5.根据权利要求4所述的一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料，其特征在于：所述具有抗菌和远红外功能的纤维作为绒类面料的面丝或底丝，其在面丝或底丝中质量占比为10％～100％。
6.权利要求1～3任一项所述的一种具有抗菌和远红外功能的纤维的制备方法，其特征在于：其特征在于：采用溶胶凝胶法制备生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体，所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体通过硅烷偶联剂或有机钛酸酯类进行表面改性后，与有机聚合物粉体依次进行共混、挤出造粒和熔融纺丝。
7.根据权利要求6所述的一种具有抗菌和远红外功能的纤维的制备方法，其特征在于：所述生物炭-锌掺杂二氧化钛复合纳米粉体的制备过程如下：将锌盐饱和溶液滴加至钛源有机溶液中充分搅拌形成溶胶，再加入生物炭粉继续搅拌反应直至形成凝胶，将凝胶经过干燥、高温处理和研磨，即得；
8.根据权利要求6所述的一种具有抗菌和远红外功能的纤维的制备方法，其特征在于：
9.权利要求4或5所述的一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料的制备方法，其特征在于：将所述具有抗菌和远红外功能的纤维与涤纶纤维混用，依次通过纺纱、织造、染色、定型、拉毛、定型轧车上柔及后整理，即得。
10.根据权利要求9所述的一种具有抗菌和远红外功能的绒类面料的制备方法，其特征在于：
