專利名稱：蠶絲燒制產(chǎn)品及其制造方法和采用該產(chǎn)品的抗菌材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用作抗菌材料的蠶絲燒制產(chǎn)品，以及該產(chǎn)品的制備方法。
背景技術(shù)：
在專利文件1中，通過燒制和炭化蠶絲材料而制成的蠶絲燒制產(chǎn)品，被用作電磁波屏蔽材料。
該蠶絲燒制產(chǎn)品由以下步驟形成蠶絲材料在低溫下(例如，400-450℃)經(jīng)初級燒制；冷卻上述蠶絲材料；以及，該蠶絲材料在1100-1200℃溫度下經(jīng)次級燒制。
請注意，專利文件1為第2002-220745號日本專利公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人研究了蠶絲燒制產(chǎn)品的各種用途，他們發(fā)現(xiàn)在低溫下(也就是1000℃或更低的溫度)燒制的蠶絲燒制產(chǎn)品，具有吸附和抗菌性能。
本發(fā)明的蠶絲燒制產(chǎn)品，其特征在于在1000℃或更低的溫度下燒制和炭化蠶絲材料。
通過低溫?zé)疲被嵫苌牡煞忠廊槐３指弑壤??？咕阅芫褪怯筛弑壤臍堄嗟煞直憩F(xiàn)出來的。
因此，該蠶絲燒制產(chǎn)品適用作面罩等中的抗菌材料。
蠶絲燒制產(chǎn)品優(yōu)選包括18-35重量％的氮元素。
蠶絲燒制產(chǎn)品可經(jīng)過活化處理而使得表面積擴(kuò)大，從而進(jìn)一步提高吸附和抗菌性能。
本發(fā)明的方法包含以下步驟蠶絲材料以100℃/小時或更小的升溫速度，直到達(dá)到第一溫度進(jìn)行初級燒制；維持第一溫度數(shù)小時；上述蠶絲材料以100℃/小時或更小的升溫速度，直到達(dá)到第二溫度進(jìn)行次級燒制，第二溫度高于第一溫度，為1000℃或更低；以及，維持第二溫度數(shù)小時。其中上述步驟都在惰性氣氛中進(jìn)行。
較好地，已經(jīng)過初級燒制的蠶絲材料一旦冷卻至室溫，就接著對該蠶絲材料進(jìn)行次級燒制。
較好地，初級燒制步驟和次級燒制步驟中的升溫速度為50℃/小時或更小。
請注意，適于蠶絲材料次級燒制的第二溫度為1000℃或更低；考慮到蠶絲燒制產(chǎn)品的柔性，優(yōu)選第二溫度為500-900℃，更優(yōu)選為600-800℃。
所述方法可還包含步驟如下將已經(jīng)過次級燒制的蠶絲材料暴露于高溫蒸汽中，作為活化處理。
發(fā)明效果本發(fā)明中，蠶絲燒制產(chǎn)品通過在1000℃或更低的溫度下燒制和炭化蠶絲材料而制成，因此可制得未石墨化且具有足夠柔性的光亮黑色蠶絲燒制產(chǎn)品；該蠶絲燒制產(chǎn)品具有高抗菌性能，所以它可用作面罩中的抗菌材料，等等。
此外，該蠶絲燒制產(chǎn)品保持了蠶絲材料的形態(tài)；與其他碳纖維不同，該蠶絲燒制產(chǎn)品為柔性材料，因此它不會刺手。
附圖概述

圖1為一種燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，該燒制產(chǎn)品是通過在2000℃溫度下燒制粗顆粒蠶絲材料制得的。
圖2為一種燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，該燒制產(chǎn)品是通過在700℃溫度下燒制顆粒蠶絲材料制得的。
圖3為一種燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，該燒制產(chǎn)品是通過在1000℃溫度下燒制顆粒蠶絲材料制得的。
圖4為一種燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，該燒制產(chǎn)品是通過在1400℃溫度下燒制顆粒蠶絲材料制得的。
圖5為一種經(jīng)700℃溫度燒制的蠶絲材料的FE-SEM照片。
圖6為一種經(jīng)2000℃溫度燒制的蠶絲材料的FE-SEM照片。
本發(fā)明的具體實施方式
本發(fā)明的蠶絲燒制產(chǎn)品是通過在較低的溫度下(也就是1000℃或更低的溫度)蠶絲燒制材料而制成的。
在以下描述中，蠶絲材料包括由養(yǎng)殖蠶絲或野蠶絲制成的機(jī)織物、針織品、粉末、布、線，等等。所述蠶絲燒制產(chǎn)品是通過燒制上述蠶絲材料一種或多種制成的。
蠶絲材料應(yīng)該在1000℃或更低的溫度下進(jìn)行燒制。燒制環(huán)境應(yīng)該是惰性氣氛，例如氮氣環(huán)境，氬氣環(huán)境，或真空環(huán)境，以便不使蠶絲材料燒制成灰燼。
蠶絲材料應(yīng)該經(jīng)分段燒制，而不是快速燒制。
例如，蠶絲材料在惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行初級燒制，以100℃/小時或更小的低升溫速度，優(yōu)選為50℃/小時或更小，直到達(dá)到第一溫度(例如，500℃)，然后維持第一溫度數(shù)小時。該蠶絲材料一旦冷卻至室溫后，就在相同的氣氛下進(jìn)行次級燒制，以100℃/小時或更小的較低升溫速度，優(yōu)選為50℃/小時或更小，直到達(dá)到第二溫度(例如，700℃)，并維持第二溫度數(shù)小時。然后，上述蠶絲材料或蠶絲燒制產(chǎn)品冷卻至室溫，并從爐子中取出。請注意，蠶絲材料可在初級燒制之后進(jìn)行次級燒制而不經(jīng)冷卻步驟。
燒制條件并不限于上述實施方式，它們可根據(jù)蠶絲材料的種類、蠶絲燒制產(chǎn)品的功能等等任選更改。
通過蠶絲材料的分段燒制，以低升溫速度燒制以及在1000℃或更低的溫度下燒制，可以避免蛋白質(zhì)高有序結(jié)構(gòu)的快速分解，該結(jié)構(gòu)內(nèi)組合了一打(dozen)氨基酸的結(jié)晶和非結(jié)晶形式，尤其多種功能可通過高比例的殘余氮組分獲得。
通過蠶絲材料的低溫例如500-1000℃燒制，可制得柔軟(柔性)的光亮黑色燒制產(chǎn)品，而未被石墨化。
圖1為一種燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，該燒制產(chǎn)品是通過在2000℃溫度下燒制粗顆粒蠶絲材料制得的。在2681cm-1、1570cm-1和1335cm-1處觀察到了特征峰，可見粗顆粒蠶絲材料被石墨化。
圖2-4為燒制產(chǎn)品的拉曼光譜圖，這些燒制產(chǎn)品是分別通過在700℃、1000℃和1400℃的溫度下燒制粗顆粒蠶絲材料制得的。經(jīng)1400℃燒制，光譜強(qiáng)度有所降低，但在上述相同3個位置觀察到了特征峰。通過1000℃或更低的溫度燒制，沒有觀察到高特征峰，可見燒制產(chǎn)品未被石墨化。
表1

表1顯示了一種燒制產(chǎn)品的元素分析(半定量分析)結(jié)果，采用電子束微量分析儀。該產(chǎn)品是由養(yǎng)殖蠶絲制成的針織品，在氮氣環(huán)境中經(jīng)700℃燒制。
測試條件如下加速電壓15kV；照射電流1μA；以及探頭直徑100μm.請注意，表中值表示測得元素的趨勢，但它們不是被保證的值。
如表1所示，大量氮元素依然保持，也就是，27.4重量％。此外，其它氨基酸衍生元素也依然得以保持。
表2

表2顯示了一種燒制產(chǎn)品的元素分析(半定量分析)結(jié)果，采用電子束微量分析儀。該產(chǎn)品是由養(yǎng)殖蠶絲制成的針織品，在氮氣環(huán)境中經(jīng)1400℃燒制。
測試條件如下加速電壓15kV；照射電流1μA；以及探頭直徑100μm.請注意，表中值表示測得元素的趨勢，但它們不是被保證的值。
如表2所示，殘余氮元素減少至15.7重量％。
表3

表3顯示了一種燒制產(chǎn)品的元素分析(半定量分析)結(jié)果，采用電子束微量分析儀。該產(chǎn)品是由養(yǎng)殖蠶絲制成的非織造布，在氮氣環(huán)境中經(jīng)700℃燒制。
測試條件如下加速電壓15kV；照射電流1μA；以及探頭直徑100μm.請注意，表中值表示測得元素的趨勢，但它們不是被保證的值。
如表3所示，大量氮元素依然保持，也就是24.5重量％。
圖5為經(jīng)700℃燒制的蠶絲材料的FE-SEM照片。該蠶絲燒制材料的一個表面被薄膜覆蓋，所述薄膜為來自于氨基酸的燒制殘余物，例如氮元素。
另一方面，圖6為經(jīng)2000℃燒制的蠶絲材料的FE-SEM照片，但該蠶絲燒制材料的表面清晰，沒有被薄膜覆蓋。
表4

表4表示燒制產(chǎn)品的抗菌試驗結(jié)果，所述燒制產(chǎn)品為由養(yǎng)殖蠶絲制成的機(jī)織物，在氮氣氣氛中經(jīng)700℃燒制。
上述試驗為JIS L 1902定量試驗(統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)試驗)。
標(biāo)準(zhǔn)棉布用作未處理布。未處理布中的細(xì)菌數(shù)表示未燒制布中已培植和生長的細(xì)菌數(shù)。
例如，表中的“2.2E+04”表示2.2×104，值“4.3”則是該值的對數(shù)值。
如表4所示，細(xì)菌在未處理布中生長相當(dāng)大；另一方面，所有細(xì)菌在樣品(也就是，燒制布)中均大大減少，因此我們發(fā)現(xiàn)該燒制產(chǎn)品具有抗菌性能。
通過蠶絲材料的多級分段燒制，采用1000℃或更低的溫度，以及較低的升溫速度進(jìn)行燒制，樣品中依然保持大量氨基酸的衍生元素，例如氮元素，因此樣品能具有抗菌性能。
由于蠶絲燒制產(chǎn)品具有抗菌性能，因此該產(chǎn)品適用作面罩材料，等等。
將蠶絲燒制產(chǎn)品用作抗菌濾材的情況下，可選用片狀蠶絲材料進(jìn)行燒制而制成片狀燒制產(chǎn)品，該片狀蠶絲材料可以是機(jī)織布、針織物、粉末或非織造布。通過調(diào)節(jié)機(jī)織布、針織物、粉末或非織造布的密度，蠶絲燒制產(chǎn)品的透氣性能可得到調(diào)整。
活化處理可應(yīng)用于蠶絲燒制產(chǎn)品，使得蠶絲燒制產(chǎn)品的一個表面形成不規(guī)則狀，并提高該表面的表面積，從而吸附性和抗菌性能可得以提高。
例如，活化處理是將蠶絲燒制產(chǎn)品暴露于溫度約850℃(1000℃或更低溫度)的高溫蒸汽中；該活化處理的結(jié)果是，許多微細(xì)孔(直徑為0.1nm至數(shù)打nm)在蠶絲燒制產(chǎn)品的表面內(nèi)形成。
實施例1蠶絲材料在氮氣氣氛中以較低的升溫速度50℃/小時加熱，直到達(dá)到第一溫度(450℃)，然后該材料在第一溫度下燒制5小時，作為初級燒制。接下來，所述燒制材料一旦冷卻至室溫后，就再在氮氣氣氛中以較低的升溫速度50℃/小時加熱，直到達(dá)到第二溫度(700℃)，然后該材料在第二溫度下燒制5小時，作為次級燒制。更進(jìn)一步地，上述燒制材料冷卻至室溫，從而制成圖5中所示的蠶絲燒制產(chǎn)品。
使蠶絲燒制產(chǎn)品暴露于溫度為850℃的蒸汽中，作為活化處理，因此，許多微細(xì)孔在蠶絲燒制產(chǎn)品的表面形成；蠶絲燒制產(chǎn)品的表面積可擴(kuò)大約1000倍。
權(quán)利要求
1.一種蠶絲燒制產(chǎn)品，它是通過在1000℃或更低溫度下燒制和炭化蠶絲材料而形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的蠶絲燒制產(chǎn)品，其特征在于，所述蠶絲燒制產(chǎn)品包括18-35重量％的氮元素。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蠶絲燒制產(chǎn)品，其特征在于，所述蠶絲燒制產(chǎn)品經(jīng)活化處理，從而在該蠶絲燒制產(chǎn)品的表面形成許多微細(xì)孔。
4.一種由蠶絲燒制產(chǎn)品制成的抗菌材料，該蠶絲燒制產(chǎn)品是通過在1000℃或更低溫度下燒制和炭化蠶絲材料而形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的抗菌材料，其特征在于，所述蠶絲燒制產(chǎn)品包括18-35重量％的氮元素。
6.如權(quán)利要求4或5所述的抗菌材料，其特征在于，所述蠶絲燒制產(chǎn)品經(jīng)活化處理，從而在該蠶絲燒制產(chǎn)品的表面形成許多微細(xì)孔。
7.一種制備蠶絲燒制產(chǎn)品的方法，它包含以下步驟以100℃/小時或更小的升溫速度對蠶絲材料進(jìn)行初級燒制，直到達(dá)到第一溫度；保持第一溫度數(shù)小時；以100℃/小時或更小的升溫速度對上述蠶絲材料進(jìn)行次級燒制，直到達(dá)到第二溫度，第二溫度高于第一溫度，且為1000℃或更低；以及保持第二溫度數(shù)小時，其中所述步驟均在惰性氣氛中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，經(jīng)過初級燒制的蠶絲材料一旦冷卻至室溫，然后就對該蠶絲材料進(jìn)行次級燒制。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，初級燒制步驟和次級燒制步驟中的升溫速度為50℃/小時或更小。
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的方法，它還包括如下步驟將經(jīng)過次級燒制的蠶絲材料暴露于高溫蒸汽中，作為活化處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新穎蠶絲燒制產(chǎn)品。本發(fā)明的蠶絲燒制產(chǎn)品，其特征在于將蠶絲材料在1000℃或更低溫度下的燒制和炭化步驟。通過低溫?zé)?，氨基酸衍生的氮成分依然保持高比例?？咕阅芫褪怯筛弑壤臍堄嗟煞直憩F(xiàn)出來的。因此，該蠶絲燒制產(chǎn)品適用作面罩等中的抗菌材料。
文檔編號D01F9/18GK1809658SQ20048001705
公開日2006年7月26日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者橋爪仁, 清水誠, 八幡富男, 木村睦 申請人:信濃絹糸株式會社