CN103774265B - 一种抗菌纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗菌纤维及其制备方法。依据本发明所制备的抗菌纤维，其所需要的特性物质组分及质量分数如下：聚合物100份，ZnO催化微粒10-50份，偶联剂0.2-1.5份，抗氧剂0.1-0.5份、增塑剂0-50份。本发明所提供的抗菌纤维无需经过有毒有机物的处理，无二次污染，选用的催化剂是丰富的矿产物，便于工业生产，成本低廉，制备工艺简单，抗菌纤维使抗菌剂利用效率提高，除菌速率快，去除率高，抗菌纤维易于编织成型，且皂洗度高，可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及利用熔体静电纺丝技术、无机粒子与聚合物偶联技术将无机粒子负载在聚合物纳米纤维上，制备抗菌纤维，使其具有高效的抗菌性能。
背景技术
生产中常用的抗菌剂主要分为有机和无机两大类。有机抗菌剂包括多种传统的抗菌剂，以酸、酯、醇、酚为主要原料；虽然抗菌力强，即效性好，但是存在毒性，安全性差，易迁移(导致抗菌寿命短)等不足，另外其耐热性差，易在加工时分解失效，分解物质甚至有毒，所以应用范围窄。无机抗菌剂及其制品，具有安全、可靠、稳定和持久的抗菌性能等独特的功能，成为当前抗菌材料领域的研究开发热点，目前普遍使用的主要是Ag和Zn为主的金属抗菌剂，而Ag又因其价格原因受到局限。
目前对纳米ZnO的研究多集中于ZnO的纳米微粒和纳米薄膜。纳米粉体做催化剂时易团聚，难分离，不易回收；纳米薄膜做催化剂时由于其表面积小，因而活性不高。但静电纺丝法制备的催化纤维则不存在以上问题。静电纺丝不但方法简单易操作，而且由于制备的产品具有比表面积大、孔隙率高、均一性好的特点，因而其产品具有易回收、无二次污染，可重复利用等优点使得其有广泛的应用前景。
传统的制备催化纤维的方法有两种：一种是浸渍法，浸渍法所需要的催化剂必须是可溶性的化学药品，制备过程会造成空气污染，另外浸渍法制备的催化纤维皂洗度低，可重复利用率低。另一种方法是溶液静电纺丝技术，不溶于有机物的聚合物就不能实现纺丝，且不溶的无机粒子要实现与聚合物的直接纺丝必须先制备负载了无机粒子的可溶性聚合物，程序繁杂，且溶液静电纺丝所得的纤维由于溶剂的挥发表面出现孔洞力学性能明显降低。因此，利用熔体静电纺丝技术制备催化纤维可以实现无机粒子与聚合物的一次性纺丝，无须造粒，且通过偶联剂的添加，使无机粒子与聚合物之间的连接牢固，皂洗度高，清洗之后，可重复利用，使用时间久。
发明内容
本发明抗菌纤维的目的在于将ZnO粒子经过细化及偶联剂表面处理之后，利用熔体静电纺丝技术，与聚合物直接混合纺丝，制备皂洗度高，使用周期长，催化效率高的抗菌纤维。
本发明所提供的抗菌纤维所需要的特性物质组分及质量分数如下：
聚合物100份，ZnO催化微粒10-50份，偶联剂0.2-1.5份，抗氧剂0.1-0.5份、增塑剂0-50份。
本发明所提供的聚合物为在高温下可以稳定纺丝的各种聚合物如：聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯、聚乳酸、聚己内酯。
本发明抗菌纤维所提供的ZnO催化微粒粒径在纳米-微米之间，微小于所得聚合物纤维的直径，使其可以多数出现在纤维的表面，不至于包裹在纤维之中，影响ZnO使用效率。
本发明抗菌纤维所提供的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或其混合物。
本发明抗菌纤维所提供的抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168或其混合物。
本发明抗菌纤维所提供的增塑剂包括聚酯类增塑剂、多元醇酯类增塑剂或其混合物。
本发明抗菌纤维的制备方法如下：
第一步，ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将1%-3%的偶联剂逐滴滴加到ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
第二步，将经表面处理的ZnO微粒与聚合物、抗氧剂、增塑剂充分混合，利用熔体静电纺丝技术纺丝，制得微米-纳米纤维，其中纺丝温度为聚合物熔融温度以上10℃-50℃，纺丝距离10cm-14cm，纺丝电压40-90kV。
本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的抗菌纤维无需经过有毒有机物的处理，无二次污染，选用的催化剂是丰富的矿产物，便于工业生产，成本低廉，制备工艺简单，无需经过造粒处理，抗菌纤维使催化剂利用率提高，杀除细菌速率快，去除率高，纤维易于编织成型，且皂洗度高，易回收，可重复使用。而且本发明使用偶联剂连接聚合物和ZnO催化微粒，使ZnO催化微粒与聚合物之间以化学键连接，聚合物纤维不会因为无机粒子的添加而力学性能降低而影响纤维的正常使用。
具体实施方式
下列实施例中所指的份数均指质量份数。浓度均为质量百分比浓度。
范例1：
ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数1%的硅烷偶联剂逐滴滴加ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
将聚丙烯100份、表面处理过的ZnO催化微粒20份，抗氧剂10100.3份、聚酯增塑剂15份充分混合，经熔体静电纺丝仪器纺丝（纺丝温度：220℃，纺丝距离12cm，纺丝电压55kV）。
范例2：
ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数1.2%的钛酸酯偶联剂逐滴滴加ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
将聚丙烯100份、表面处理过的ZnO催化微粒30份，抗氧剂1010和抗氧剂168以3:1比例添加0.4份充分混合，经熔体静电纺丝仪器纺丝（纺丝温度：220℃，纺丝距离12cm，纺丝电压60kV）。
范例3：
ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数1%的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂（比例为1:1）逐滴滴加到ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
将聚乳酸100份、表面处理过的ZnO催化微粒30份，抗氧剂10100.5份、聚酯增塑剂10份充分混合，经熔体静电纺丝仪器纺丝（纺丝温度：210℃，纺丝距离10cm，纺丝电压60kV）。
范例4：
ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数2%的硅烷偶联剂逐滴滴加ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
将聚酯100份、表面处理过的ZnO催化微粒40份，抗氧剂1010与抗氧剂168（质量比3:2）0.5份、多元醇酯类增塑剂30份充分混合，经熔体静电纺丝仪器纺丝（纺丝温度：285℃，纺丝距离14cm，纺丝电压70kV）。
范例5：
ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数3%的硅烷偶联剂逐滴滴加ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干。
将聚乙烯100份、表面处理过的ZnO催化微粒50份，抗氧剂10100.1份、聚酯增塑剂与多元醇酯类增塑剂50份（质量比3:2）充分混合，经熔体静电纺丝仪器纺丝（纺丝温度：220℃，纺丝距离12cm，纺丝电压45kV）。
Claims (5)
1.一种抗菌纤维，其特征在于，物质组成及其质量份数为：聚合物100份，ZnO催化微粒10-50份，抗氧剂0.1-0.5份，偶联剂0.2-1.5份，增塑剂0-50份，所述聚合物为在高温下可以稳定纺丝的聚合物：聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯、聚乳酸、聚己内酯。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌纤维，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或其混合物。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌纤维，其特征在于，增塑剂包括聚酯类增塑剂、多元醇酯类增塑剂或其混合物。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌纤维，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168或其混合物。
5.权利要求1所述的一种抗菌纤维的制备方法，其特征在于，
第一步，ZnO催化微粒加入到无水乙醇中高速搅拌1-2小时，然后加热搅拌到80℃，制得ZnO悬浊液，将占ZnO微粒质量分数1%-3%的偶联剂逐滴滴加到ZnO悬浊液中，继续搅拌1-2小时，过滤后烘干；
第二步，将经表面处理的ZnO微粒与聚合物、抗氧剂、增塑剂充分混合，利用熔体静电纺丝技术纺丝，制得微米-纳米纤维，其中纺丝温度为比聚合物熔融温度高10℃-50℃，纺丝距离10cm-14cm，纺丝电压40-90kV。
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