CN102086565A - 一种聚乳酸抗菌纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚乳酸抗菌纳米纤维膜及其制备方法，属于功能纺织材料领域。本发明通过在聚乳酸中添加抗菌剂，采用静电纺丝技术制备了一种具有高效抗菌活性的聚乳酸抗菌纳米纤维膜。该纤维膜中的抗菌剂为TCC，其中聚乳酸的质量百分数为95％和94％，抗菌剂TCC的质量分数为5％和6％。所制得的抗菌纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及白色念珠菌的抑菌率均超过93％。该抗菌纳米纤维膜能用于日用、纺织、产业和医药领域。

Description

一种聚乳酸抗菌纳米纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种PLLA抗菌纳米纤维膜及其制备方法，属于抗菌超细纤维材料及其制备领域。 

背景技术

聚乳酸(PLLA)是乳酸的一种重要衍生物，具有良好的生物相容性和生物可降解性，在生物体内可逐渐降解为二氧化碳和水，对人体无毒、无积累，因而被公认为是21世纪最有前途的可生物降解且可再生的功能材料。目前，聚乳酸已被制成了复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布等，被应用于服装、产业和医药卫生领域。 

当纤维直径从微米(如10～100μm)缩小至亚微米或纳米(如10×10^-3～100×10^-3μm)时，聚合物纤维与相应的材料相比，会表现出许多意想不到的新奇性质。如非常大的比表面积(其比表面积是微米纤维的10³倍)，柔性及超强的力学行为(如硬度和抗张强度)。纳米纤维织物具有精细的织物结构、特征的光泽和颜色、极高的孔隙度、极好的柔韧性、吸附性、过滤性、粘合性和保温性。利用静电纺丝技术可以很好的把聚乳酸和纳米纤维的优良特性结合起来，制成聚乳酸纳米纤维。同时通过在纺丝液中添加功能试剂，如抗菌剂、抗红外辐射剂和抗紫外吸收剂等，可以获得用于制造质量轻，且具有选择性吸附功能的新型防护、过滤用品和具有抑菌、杀菌功能的材料，这些材料在有效抑菌、杀菌和阻挡一些极细粒子或气凝胶等有害物质的同时能保持很好的透气性，保证了穿着的舒适性。因此，将拓展聚乳酸纤维材料在服装等日用品，以及在医学方面的应用范围。 

目前在聚乳酸抗菌纳米纤维的研究中，李新松等报道了在高分子材料中掺入2％～40％的抗菌超细粒子，静电纺丝制备抗菌纳米纤维。所使用抗菌剂为含银或锌或铜离子的无机超细粒子，或者是含银或锌或铜离子无机沸石超细粒子，或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛，或是甲壳素、壳聚糖超细粒子，但超细粒子存在易于团聚的缺点。高卫东等制备了茶多酚/聚乳酸复合纳米纤维膜，虽然对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有良好的抗菌作用，但茶多酚有颜色，且容易被氧化。因此，很有必要开发性能稳定、抗菌效果优异且广效的聚乳酸抗菌纳米纤维。 

三氯卡班(TCC)是一种高效、广谱抗菌剂，它具备持续、安全、稳定的杀菌特点，与皮肤有极好的相容性，并且对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、酵母菌、病毒都具有高效抑杀作用。并且稳定性和配伍性极好，没有难闻的气味，且用量少，药效持久。即使稀释到三千万倍的三氯卡班TCC溶液，也可完全抑制某些致病性细菌的生长。我们 将其作为抗菌添加剂，以期制备一种安全、稳定、高效的聚乳酸抗菌纳米纤维膜。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种透气性好、稳定性高、广谱抗菌、可生物降解且加工工艺简单的聚乳酸抗菌纳米纤维膜以及其制备方法。 

本发明提供的一种聚乳酸抗菌纳米纤维膜及制备包括以下步骤： 

(1)抗菌纺丝溶液的制备 

称取适量的聚乙二醇400于具塞锥形瓶中，再将一定量的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入二氯甲烷，其中二氯甲烷与聚乙二醇400的体积比为9∶1，再将一定量的PLLA切片加入其中，PLLA的质量分数为10％，在室温下磁力搅拌3h.加入TCC的质量分数分别为0.0％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，0.6％. 

(2)静电纺丝装置与方法 

静电纺丝设备由高压数显直流电源，微量注射泵，溶液储存器，毛细管，收集装置组成，本实验采用接地的金属铝箔作为收集装置.将配置好的溶液倒入溶液储存器(20mL注射器)中并固定在微量注射泵上，采用磨平的针头(防止电场过于集中产生尖端放电)作为喷射细流的毛细管，连接高压电源的正极，金属铝箔连接高压电源的负极，溶液的剂出量由微量注射泵控制。抗紫外聚乳酸纳米纤维的静电纺过程参数为：毛细管内径0.7mm，挤出量1mL/h，接受屏与喷丝头间的距离12cm，电压10kV。 

(3)聚乳酸纳米纤维的抗菌性能 

测定了纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌的抗菌性能。采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》，样品的抗菌性能通过抑菌率进行评价，可按下列公式计算得出： 

$X_s=\frac{A-B}{A}\×100$

式中：X_s——抑菌率； 

A——被试样品振荡前平均菌落数； 

B——被试样品振荡后平均菌落数； 

如果振荡后的平均菌落数大于振荡前的平均菌落数，抑菌率按0计算.被试样片组抑菌率与对照样片组抑菌率的差值＞26％，产品具有抗菌作用. 

(4)聚乳酸纳米纤维的微观形貌 

用日立SU-1510扫描电子显微镜观察聚乳酸抗菌纳米纤维的微观状态，测试条件为离子溅射仪喷铂80秒，5KV低加速电压。测试结果见图1。从图看出，纤维膜为网状结构，随着TCC浓度的增大，纳米纤维的直径稍有增大，当TCC的百分含量为0.6％时，纤维的直径为4μm。 

图1聚乳酸抗菌纳米纤维膜的SEM图 

具体实施方式

实例1： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将170.0mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

实例2： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将141.7mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

实例3： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将113.3mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

实例4： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将85.01mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

实例5： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将56.67mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

实例6： 

抗菌纳米纤维材料的制备：取2mL聚乙二醇400(密度为1g/cm³)于具塞锥形瓶中，再将28.34mg的TCC加入其中，在50℃下加热使其溶解，然后加入18mL二氯甲烷(密度为1.32g/cm³)，再将2.570g的PLLA(分子量为10万)切片加入其中，在室温下磁力搅拌3h.将制好的纺丝液装入装有毛细管(内径0.7mm)的挤出器中，控制电压为10kV，挤出速度为1mL/h，在距喷丝头12cm处的平面接收屏上获得白色的PLLA纳米纤维膜。所制纳米膜采用改良的振荡烧瓶法检测纳米纤维膜的抗菌性能。根据GB-15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准》评价抗菌率。抗菌测试结果见表1。 

表1聚乳酸纳米纤维膜的抗菌效果 

Claims (3)

1.一种聚乳酸抗菌纳米纤维膜及其制备方法，其特征为：该纳米纤维膜由聚乳酸和TCC抗菌剂组成，按纳米纤维的重量百分比计算，聚乳酸占总重量的95％和94％，抗菌剂TCC占总重量的5％和6％。

2.按照权利要求1所述的TCC为5％和6％的两种聚乳酸抗菌纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及白色念珠菌的抗菌率分别为98.60、93.74、94.01和98.89、94.91、95.25。

3.按照权利要求1所述的聚乳酸抗菌纳米纤维膜的制备方法，其特征在于制备方法为：(1)静电纺丝液的配制：首先将TCC溶解在PEG400中，然后加入二氯甲烷溶剂和PLLA切片，制成均匀的电纺丝混合液。各组分的量为：PEG∶CH₂Cl₂＝1∶9(体积比)，PLLA切片为溶剂(PEG+CH₂Cl₂)质量的10％，TCC为溶剂和PLLA总质量的5％和6％。(2)电纺丝方法：将静电纺丝液加入储液器(20mL注射器)中，并固定在微量注射泵上，采用磨平的针头(防止电场过于集中产生尖端放电)作为喷射细流的毛细管，连接高压电场，金属铝箔作为接收屏接地，溶液的剂出量由微量注射泵控制。聚乳酸抗菌纳米纤维的静电纺过程参数为：毛细管内径0.7mm，挤出速度1mL/h，接受屏与喷丝头间的距离12cm，电压10kV。

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