CN104073900A - 离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用。离子液体作为抗菌添加剂在聚酰胺复合纤维中的应用。加入有离子液体的聚酰胺复合纤维分别对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌表现出非常优异的抑菌和杀菌的特性。本发明的抗菌聚酰胺复合纤维薄膜可以应用在医学、生物、环保、纺织等领域。
Description
技术领域
本发明属于纺织技术领域,涉及离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,可通过离子液体利用纺丝技术制备出抗菌的聚酰胺复合纤维膜。
背景技术
在自然界中有许多物质本身就具有良好的杀菌或抑制微生物的功能,如部分带有特定基团的有机化合物、一些无机金属材料及其化合物、部分矿物质和天然物质。但目前抗菌材料更多的是指通过添加一定的抗菌物质(称为抗菌剂),从而使材料具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新型功能材料,如抗菌塑料、抗菌纤维和织物、抗菌陶瓷、抗菌金属材料等。
抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂,因无机抗菌剂在塑料成型过程中稳定应用最普遍,但是大多数无机抗菌剂为重金属离子,对人体毒性较大,且会造成环境污染。有机抗菌剂主要品种有香醛、乙基香草醛类化合物、季铵盐类等,但是有机抗菌剂耐温性差,长期使用有溶出、析出现象。
聚酰胺工程塑料具有很多优点:高熔点、出色的耐热性能以及自熄性;韧性、耐久性、电化学以及其他物理性能都具有出色的指标;优良的耐油性剂、耐化学品性能;优良的耐磨、抗蠕变及耐老化性能。因此尼龙工程塑料广泛应用于工业领域。
离子液体作为一种有机抗菌剂,具有很好的抗菌性能。而且,尼龙作为极性分子,分子链上含极性酰胺键,与离子液体的相容性好,但目前未见有将离子液体填充到尼龙树脂制得尼龙抗菌材料的研究报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供离子液体作为抗菌剂在聚酰胺复合纤维中的应用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术手段如下:
步骤(1).将聚酰胺、离子液体分别在100~110℃下真空干燥48~72h;
步骤(2).将干燥后的聚酰胺、干燥后的离子液体按质量比为100:0.1~50加入到甲酸中,在常温下磁力搅拌4~8h,得到均一的静电纺丝前 驱体溶液;甲酸与聚酰胺的质量比为100:10~30;
作为优选,甲酸与聚酰胺的质量比为100:20;
作为优选,静电纺丝前驱体的溶液中加入的干燥后聚酰胺与干燥后离子液体的质量比为100:5~40;
步骤(3).先将2~4毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10~15厘米处作为收集板,提供15~16千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
上述方法制备得到的聚酰胺复合纤维膜为共混物,该共混物包括聚酰胺和离子液体;聚酰胺与离子液体的质量比为100:0.1~50;
作为优选,聚酰胺复合纤维膜中聚酰胺与离子液体的质量比为100:5~40。
所述的离子液体的阳离子为咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、季铵盐类阳离子、吡咯类阳离子、哌啶类阳离子、季膦盐类阳离子或锍盐类阳离子。
所述的咪唑类阳离子为二元取代咪唑类阳离子、三元取代咪唑阳离子或四元取代咪唑类阳离子:
所述的二元取代咪唑类阳离子的结构式如下;
其中:R1、R2为氢原子或C1~20烷基或烯基,R1、R2不同时为氢原子;
作为优选,二元取代咪唑类阳离子为1,3-二甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-辛基-3-甲基咪唑阳离子、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-乙基咪唑阳离子、1-苄基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-烯丙基咪唑阳离子、1-十二烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-十六烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-二十烷基-3-甲基咪唑阳离子、N-甲基咪唑阳离子、N-丁基咪唑阳离子或N-十二烷基咪唑阳离子;
所述的三元取代咪唑类阳离子为1,2,3-三甲基咪唑阳离子,1,3,4-三甲基咪唑阳离子,1,3-二丁基-2-甲基咪唑阳离子,1-丁基-3,4-二甲基咪唑 阳离子,1-十二烷基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑阳离子,1-丁基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-2,3-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-十二烷基咪唑阳离子,1-丁基-3,4-二丙基咪唑阳离子,1-十二烷基-3,4-二丁基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-十六烷基咪唑阳离子或1-苄基-2,3-二丁基咪唑阳离子。
所述的四元取代咪唑类阳离子为1,3,4,5-四甲基咪唑阳离子,1,4,5-三甲基-3-丁基咪唑阳离子,1-甲基-3,4,5,-三丁基咪唑阳离子,1-甲基-3,4,5-三己基咪唑阳离子或1-甲基-4,5-二丁基-3-己基咪唑阳离子。
所述的吡啶类阳离子的结构式如下:
其中:R3、R4为氢原子或C1~20烷基,R3、R4不同时为氢原子;
作为优选,吡啶类阳离子为1,3-二甲基吡啶阳离子、1-丁基-3-甲基吡啶阳离子、1-己基-3-甲基吡啶阳离子、1-戊基-3-甲基吡啶阳离子、1-丁基-3-乙基吡啶阳离子、1-癸基-3-甲基吡啶阳离子、1,3-二己基吡啶阳离子、1,3-二丁基吡啶阳离子、1-丙基-3-丁基吡啶阳离子、1-十二烷基-3-甲基吡啶阳离子、1-十二烷基-3-丁基吡啶阳离子、1-己基-3-丁基吡啶阳离子、N-甲基吡啶阳离子、N-丁基吡啶阳离子、N-丙基吡啶阳离子、N-己基吡啶阳离子、N-戊基吡啶阳离子、N-辛基吡啶阳离子、N-癸基吡啶阳离子或N-十二烷基吡啶阳离子;
所述的季铵盐类阳离子的结构式如下:
其中:R5、R6、R7、R8各自独立为C1~20烷基;
作为优选,季铵盐类阳离子为N,N,N-三(乙基)甲铵阳离子、N,N,N-三(正丁基)甲铵阳离子、N,N,N-三(己基)甲铵阳离子、N-甲基-N-乙基-N,N-二丁基铵阳离子、N,N,N-三(癸基)甲铵阳离子、N-十六烷基-N,N-二乙基甲铵阳离子、N,N,N,N-四(十二烷基)铵阳离子、N,N,N-三(十二烷基)乙铵阳离子、N,N,N-三(十二烷基)正丁基铵阳离子或N,N,N-三(二十烷基)十烷基铵阳离子。
所述的吡咯类阳离子的结构式如下:
其中:R9、R10各自独立为C1~20烷基;
作为优选,吡咯类阳离子为N,N-二(甲基)吡咯阳离子、N,N-二(正丁基)吡咯阳离子、N,N-二(乙基)吡咯阳离子、N,N-二(丙基)吡咯阳离子、N,N-二(己基)吡咯阳离子、N,N-二(十二烷基)吡咯阳离子、N-甲基-N-乙基吡咯阳离子、N-丁基-N-甲基吡咯阳离子、N-己基-N-甲基吡咯阳离子、N-癸基-N-甲基吡咯阳离子、N-丙基-N-甲基吡咯阳离子、N,N-二(十六烷基)吡咯阳离子或N-苄基-N-十二烷基吡咯阳离子;
所述的哌啶类阳离子的结构式如下:
其中:R11、R12各自独立为C1~20烷基;
作为优选,哌啶类阳离子为N,N-二(甲基)哌啶阳离子、N,N-二(正丁基)哌啶阳离子、N,N-二(乙基)哌啶阳离子、N,N-二(丙基)哌啶阳离子、N,N-二(己基)哌啶阳离子、N,N-二(十二烷基)哌啶阳离子、N-乙基-N-甲基哌啶阳离子、N-丁基-N-甲基哌啶阳离子、N-己基-N-甲基哌啶 阳离子、N-癸基-N-甲基哌啶阳离子、N-丙基-N-甲基哌啶阳离子、N,N-二(十六烷基)哌啶阳离子或N-苄基-N-十二烷基哌啶阳离子;
所述的季膦盐类阳离子的结构如下:
其中:R13、R14、R15、R16为C1~20烷基或烯基,R13、R14、R15、R16不同时为氢原子;
作为优选,所述的季膦盐类阳离子为三乙基(甲基)膦阳离子,三正丁基(甲基)膦阳离子,三丙基(甲基)膦阳离子,三正己基(甲基)膦阳离子,三正辛基(甲基)膦阳离子,三正十二烷基(甲基)膦阳离子,二己基(乙基)(甲基)膦阳离子,二正丁基(乙基)(甲基)膦阳离子,三(十烷基)(甲基)膦阳离子,二(十六烷基)二(乙基)膦阳离子,四(正丁基)膦阳离子,四(正己基)膦阳离子,四(十六烷基)膦阳离子,四(十二烷基)膦阳离子,三(十烷基)(乙基)膦阳离子,三(十烷基)(正丁基)膦阳离子或三(十六烷基)(甲基)膦阳离子。
所述的锍盐类阳离子的结构如下:
其中:R17、R18、R19为C1~20烷基或烯基,R17、R18、R19不同时为氢原子;
作为优选,所述的锍盐类阳离子为三乙基锍阳离子,三丙基锍阳离子,三正丁基锍阳离子,三戊基锍阳离子,三正己基锍阳离子,三正癸基锍阳离子,三(正十二烷基)锍阳离子,三(正十六烷基)锍阳离子,二(乙基)甲基锍阳离子,二(丁基)甲基锍阳离子,二(正己基)甲基锍阳离子,二(正辛基)甲基锍阳离子或二(正十二烷基)甲基锍阳离子。
所述的离子液体的阴离子为氟离子,氯离子,溴离子,硫酸根,硫酸氢根,碳酸根,磷酸根,甲苯磺酸根,磷酸二氢根,磷酸二乙酯基,磷酸 氢二根,硝酸根,甲基硫酸根,甲基磺酸根,氯铝酸根,六氟磷酸根,四氟硼酸根,三氟甲基磺酸根,硫氰酸根,乙酸根,双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸根,双(丙二酸根合)硼酸根,硼酸根,双氰胺基,氯铝酸根,双(草酸根合)硼酸根,双(三氟甲基)亚胺基,双(三氟甲烷磺酰)亚胺基,双(邻苯二甲酸根合)硼酸根,溴氯酸根,癸基苯磺酸根,二氯铜酸根,双(五氟乙基)次膦酸根,双(水杨酸根合)硼酸根,双(三氟甲烷磺酰基)甲烷基,(十二烷基)苯磺酸根,二乙基膦酸根,硫酸乙酯基,磺酸乙酯基,四氰基硼酸根,四(硫酸氢根合)硼酸根,四(甲基硫酸根合)硼酸根,三(五氟乙基)三氟磷酸根或三氟乙酸根。
本发明的有益效果是:
本发明中聚酰胺纳米复合纤维膜表现出极其优异的抗菌性,分别对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌表现出非常优异的抑菌和杀菌的特性。
本发明选择离子液体的原因如下:(1)离子液体的结构完全由阴阳离子组成,其阳离子为大体积且极不对称的有机阳离子,而阴离子由小体积的无机或者有机阴离子组成,这使得离子液体的蒸汽压极低,表现出不挥发性,是一种绿色溶剂;(2)离子液体极大程度的提高了聚酰胺纳米纤维的抗菌性,可以作为一种有效地、绿色的抗菌剂;(3)离子液体抑菌和杀菌的机理如下:细菌细胞壁表面的磷脂层使得细菌表面通常带负电,离子液体的阳离子上表现出正电荷或共轭正电荷,二者因静电作用相互吸引,使得细菌细胞壁最终溶解和破裂,细胞壁内外的细胞质(即营养物质)无法正常传递,最终细菌死亡,从而达到杀菌和抑菌的效果;(4)离子液体由于是小分子,且具有很高的离子移动性,容易渗入和渗出,在杀菌和抑菌后,其浓度并未发生任何变化,其杀菌或者抑菌模式为接触-杀菌模式,具备永久杀菌和抑菌性;(5)与其它无机和有机抗菌剂相比,离子液体作为抗菌剂,其稳定性和化学稳定性较好,可适用于较高温度下,所以掺杂离子液体的聚酰胺抗菌纤维也可以应用在高温环境下。
本发明中,聚酰胺的选择是因为其分子结构中包含氨基甲酸酯键(-NH-CO-),其与血液中酰胺键(-NH-CO-)相同,二中能够表现出较好的生物相容性和血液相容性。此外,离子液体和聚酰胺在抗菌性能上具有协同作用,最终掺杂离子液体的聚酰胺抗菌纤维其抗菌和杀菌性均优于单 独的聚酰胺纤维和单独的离子液体。
本发明采用静电纺丝技术制备所得薄膜中纤维的长径比较大,比表面积高,其与离子液体的相互作用较高,最终离子液体在聚酰胺内,使得离子液体达到永久抗菌效果;其它技术往往会造成抗菌剂的“喷霜”现象,使得抗菌性在聚合物表面析出,最终消失。
本发明的抗菌聚酰胺复合纤维薄膜可以应用在医学、生物、环保、纺织等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的分析(下面所用的市售有机抗菌剂为正丁-苯丙异噻唑啉-三酮)。
对比例1.
步骤(1).将聚酰胺在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例1.
步骤(1).将聚酰胺在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺、1g市售的有机抗菌剂按质量比为100:5加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例1制备的聚酰胺纳米纤维薄膜为聚酰胺/有机抗菌剂复合纤维薄膜。
实施例2.
步骤(1).将聚酰胺在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺、1g硝酸银固体按质量比为100:5加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,向其中加入固体2g柠檬酸钠,其中硝酸银和柠檬酸钠的质量比为1:2,在常温下磁力搅拌4h,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例2制备的聚酰胺纳米纤维薄膜为聚酰胺/纳米银复合纤维薄膜。
实施例3.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和0.02g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:0.1加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例4.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和0.2g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:1加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例5.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下 真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和1g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:5加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例6.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和2g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:10加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例7.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和3g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:15加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例8.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和4g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:20加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例9.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和8g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:40加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例10.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在100℃下真空干燥72h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和10g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:50加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌4h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将2毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处10厘米处作为收集板,提供15千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
将对比例1、实施例1~10所制备的聚酰胺复合纤维薄膜进行抗菌性测试,其所选用的菌种为革兰氏阳性菌(G+)金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌(G-)大肠杆菌。
表1对比例1、实施例1~10所制备的聚酰胺复合纤维薄膜的抗菌性效果 (对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
如表1所示,纯聚酰胺纤维(对比例1)对两类常见细菌的抗菌性能较差。例如,纯聚酰胺纤维对金黄色葡萄球菌的抗菌效率只有20%,而对大肠杆菌的抗菌效率较前者高为40%。在两类细菌抗菌效果上的差异是由于两类细菌不同的细菌结构所造成的。金黄色葡萄球菌的细胞壁较厚而大肠杆菌的细胞壁中肽聚糖只有1-2层,其细胞壁较薄。所以,纯聚酰胺纤维对大肠杆菌较金黄色葡萄球菌有较好的抗菌性。实施例1是市售的有机抗菌剂所制备的抗菌的聚酰胺纳米复合纤维,其对两类细菌的抗菌效率分别为66%和70%,较对比例1有一定的提高。但是,作为有机抗菌剂,其挥发性较严重,并在纤维表面有一定程度的析出,表现为“喷霜”现象。实施例2是银系聚酰胺抗菌纤维,其对两类细菌的抗菌效率分别为54%和69%,较对比例也有一定程度的提高。但是,银纳米粒子是无机抗菌剂,其极易团聚,这使得材料表现出不均匀性。与两类市售的抗菌纤维相比,离子液体不仅表现出优异的抗菌性,高含量的离子液体也未表现出“喷霜”现象。例如,5%的离子液体(即实施例5)掺杂下的聚酰胺纤维对两类细菌的抗菌性分别为89%和87%,与对比例1相比,有很大程度的提高。随着离子液体含量的提高,聚酰胺纳米复合纤维的抗菌性逐渐升高,最终可高达99.9 以上。
综上所述,本发明的聚酰胺复合纤维复合膜对两类常见的细菌表现出优异的抑菌和杀菌效果,表明离子液体是聚酰胺复合纤维优良的抗菌剂,其抗菌机理如下:细菌细胞壁表面的磷脂层使得细菌表面通常带负电,离子液体的阳离子上表现出正电荷或共轭正电荷,二者因静电作用相互吸引,使得细菌细胞壁最终溶解和破裂,细胞壁内外的细胞质(即营养物质)无法正常传递,最终细菌死亡,从而达到杀菌和抑菌的效果。
实施例11.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在110℃下真空干燥48h;
步骤(2).将20g干燥后的聚酰胺和10g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:50加入到200g甲酸中,在常温下磁力搅拌8h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将4毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处15厘米处作为收集板,提供16千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例12.
步骤(1).将聚酰胺和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分别在105℃下真空干燥60h;
步骤(2).将30g干燥后的聚酰胺和12g1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐按质量比为100:40加入到100g甲酸中,在常温下磁力搅拌8h;待得到均一溶液后,就得到了静电纺丝前驱体的溶液。
步骤(3).先将3毫升配制好的静电纺丝前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中,将高压电源正极连在纺丝不锈钢针头上,负极接铝箔,铝箔放在不锈钢针头水平方向处13厘米处作为收集板,提供16千伏电压即可在铝箔上收集到聚酰胺纳米纤维薄膜;纺丝结束,关闭电源。
实施例13~24.
将实施例6中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表2所示的阳离子为二元取代咪唑类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例6相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表2实施例13~24中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例25~38.
将实施例7中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐含氮离子液体更改为如表3所示的阳离子为三元取代咪唑类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例7相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表3实施例25~38中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例39~43.
将实施例8中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表4所示的阳离子为四元取代咪唑类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例8相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表4实施例39~43中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例44~64.
将实施例9中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表5所示的阳离子为吡啶类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例9相同, 制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表5实施例44~64中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例65~74.
将实施例10中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表6所示的阳离子为季铵盐类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例10相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表6实施例65~74中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性 (对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例75~82
将实施例6中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表7所示的阳离子为吡咯类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例6相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表7实施例75~82中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例89~101.
将实施例6中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表8所示的阳离子为哌啶类阳离子的离子液体,其他实验条件如实施例6相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表8实施例89~101中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例102~118.
将实施例6中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表9所示的阳离子为季膦盐类离子液体,其他实验条件如实施例6相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表9实施例101~118中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
实施例119~131.
将实施例6中的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体更改为如表10所示的阳离子为季锍盐类离子液体,其他实验条件如实施例6相同,制备得到具有良好抗菌性的聚酰胺纳米纤维薄膜。
表10实施例119~131中离子液体的选择及其制备所得膜的抗菌性(对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)
上述实施例并非是对于本发明的限制,本发明并非仅限于上述实施例,只要符合本发明要求,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.离子液体作为抗菌添加剂在聚酰胺复合纤维中的应用。
2.如权利要求1所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的离子液体的阳离子为咪唑类阳离子、吡啶类阳离子、季铵盐类阳离子、吡咯类阳离子、哌啶类阳离子、季膦盐类阳离子或锍盐类阳离子;
所述的咪唑类阳离子为二元取代咪唑类阳离子、三元取代咪唑阳离子或四元取代咪唑类阳离子:
所述的二元取代咪唑类阳离子的结构式如下;
其中:R1、R2为氢原子或C1~20烷基或烯基,R1、R2不同时为氢原子;
所述的吡啶类阳离子的结构式如下:
其中:R3、R4为氢原子或C1~20烷基,R3、R4不同时为氢原子;
所述的季铵盐类阳离子的结构式如下:
其中:R5、R6、R7、R8各自独立为C1~20烷基;
所述的吡咯类阳离子的结构式如下:
其中:R9、R10各自独立为C1~20烷基;
所述的哌啶类阳离子的结构式如下:
其中:R11、R12各自独立为C1~20烷基;
所述的季膦盐类阳离子的结构如下:
其中:R13、R14、R15、R16为C1~20烷基或烯基,R13、R14、R15、R16不同时为氢原子;
所述的锍盐类阳离子的结构如下:
其中:R17、R18、R19为C1~20烷基或烯基,R17、R18、R19不同时为氢原子。
3.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的离子液体的阴离子为氟离子,氯离子,溴离子,硫酸根,硫酸氢根,碳酸根,磷酸根,甲苯磺酸根,磷酸二氢根,磷酸二乙酯基,磷 酸氢二根,硝酸根,甲基硫酸根,甲基磺酸根,氯铝酸根,六氟磷酸根,四氟硼酸根,三氟甲基磺酸根,硫氰酸根,乙酸根,双(2,4,4-三甲基戊基)次膦酸根,双(丙二酸根合)硼酸根,硼酸根,双氰胺基,氯铝酸根,双(草酸根合)硼酸根,双(三氟甲基)亚胺基,双(三氟甲烷磺酰)亚胺基,双(邻苯二甲酸根合)硼酸根,溴氯酸根,癸基苯磺酸根,二氯铜酸根,双(五氟乙基)次膦酸根,双(水杨酸根合)硼酸根,双(三氟甲烷磺酰基)甲烷基,(十二烷基)苯磺酸根,二乙基膦酸根,硫酸乙酯基,磺酸乙酯基,四氰基硼酸根,四(硫酸氢根合)硼酸根,四(甲基硫酸根合)硼酸根,三(五氟乙基)三氟磷酸根或三氟乙酸根。
4.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的二元取代咪唑类阳离子为1,3-二甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基咪唑阳离子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-辛基-3-甲基咪唑阳离子、1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-乙基咪唑阳离子、1-苄基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-烯丙基咪唑阳离子、1-十二烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-十六烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-二十烷基-3-甲基咪唑阳离子、N-甲基咪唑阳离子、N-丁基咪唑阳离子或N-十二烷基咪唑阳离子;
所述的三元取代咪唑类阳离子为1,2,3-三甲基咪唑阳离子,1,3,4-三甲基咪唑阳离子,1,3-二丁基-2-甲基咪唑阳离子,1-丁基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-十二烷基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-2,3-二甲基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-十二烷基咪唑阳离子,1-丁基-3,4-二丙基咪唑阳离子,1-十二烷基-3,4-二丁基咪唑阳离子,1-苄基-3,4-十六烷基咪唑阳离子或1-苄基-2,3-二丁基咪唑阳离子;
所述的四元取代咪唑类阳离子为1,3,4,5-四甲基咪唑阳离子,1,4,5-三甲基-3-丁基咪唑阳离子,1-甲基-3,4,5-三丁基咪唑阳离子,1-甲基-3,4,5-三己基咪唑阳离子或1-甲基-4,5-二丁基-3-己基咪唑阳离子。
5.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的吡啶类阳离子为1,3-二甲基吡啶阳离子、1-丁基-3-甲基吡啶阳离子、1-己基-3-甲基吡啶阳离子、1-戊基-3-甲基吡啶阳离子、1-丁基-3-乙基吡啶阳离子、1-癸基-3-甲基吡啶阳离子、1,3-二己基吡啶阳离子、1,3-二丁基吡啶阳离子、1-丙基-3-丁基吡啶阳离子、1-十二烷基-3- 甲基吡啶阳离子、1-十二烷基-3-丁基吡啶阳离子、1-己基-3-丁基吡啶阳离子、N-甲基吡啶阳离子、N-丁基吡啶阳离子、N-丙基吡啶阳离子、N-己基吡啶阳离子、N-戊基吡啶阳离子、N-辛基吡啶阳离子、N-癸基吡啶阳离子或N-十二烷基吡啶阳离子。
6.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的季铵盐类阳离子为N,N,N-三(乙基)甲铵阳离子、N,N,N-三(正丁基)甲铵阳离子、N,N,N-三(己基)甲铵阳离子、N-甲基-N-乙基-N,N-二丁基铵阳离子、N,N,N-三(癸基)甲铵阳离子、N-十六烷基-N,N-二乙基甲铵阳离子、N,N,N,N-四(十二烷基)铵阳离子、N,N,N-三(十二烷基)乙铵阳离子、N,N,N-三(十二烷基)正丁基铵阳离子或N,N,N-三(二十烷基)十烷基铵阳离子。
7.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的吡咯类阳离子为N,N-二(甲基)吡咯阳离子、N,N-二(正丁基)吡咯阳离子、N,N-二(乙基)吡咯阳离子、N,N-二(丙基)吡咯阳离子、N,N-二(己基)吡咯阳离子、N,N-二(十二烷基)吡咯阳离子、N-甲基-N-乙基吡咯阳离子、N-丁基-N-甲基吡咯阳离子、N-己基-N-甲基吡咯阳离子、N-癸基-N-甲基吡咯阳离子、N-丙基-N-甲基吡咯阳离子、N,N-二(十六烷基)吡咯阳离子或N-苄基-N-十二烷基吡咯阳离子。
8.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的哌啶类阳离子为N,N-二(甲基)哌啶阳离子、N,N-二(正丁基)哌啶阳离子、N,N-二(乙基)哌啶阳离子、N,N-二(丙基)哌啶阳离子、N,N-二(己基)哌啶阳离子、N,N-二(十二烷基)哌啶阳离子、N-乙基-N-甲基哌啶阳离子、N-丁基-N-甲基哌啶阳离子、N-己基-N-甲基哌啶阳离子、N-癸基-N-甲基哌啶阳离子、N-丙基-N-甲基哌啶阳离子、N,N-二(十六烷基)哌啶阳离子或N-苄基-N-十二烷基哌啶阳离子。
9.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的季膦盐类阳离子为三乙基(甲基)膦阳离子,三正丁基(甲基)膦阳离子,三丙基(甲基)膦阳离子,三正己基(甲基)膦阳离子,三正辛基(甲基)膦阳离子,三正十二烷基(甲基)膦阳离子,二己基(乙基)(甲基)膦阳离子,二正丁基(乙基)(甲基)膦阳离子,三(十烷基)(甲基)膦阳离子,二(十六烷基)二(乙基)膦阳离子,四(正丁基) 膦阳离子,四(正己基)膦阳离子,四(十六烷基)膦阳离子,四(十二烷基)膦阳离子,三(十烷基)(乙基)膦阳离子,三(十烷基)(正丁基)膦阳离子或三(十六烷基)(甲基)膦阳离子。
10.如权利要求2所述的离子液体在聚酰胺复合纤维中的应用,其特征在于:所述的锍盐类阳离子为三乙基锍阳离子,三丙基锍阳离子,三正丁基锍阳离子,三戊基锍阳离子,三正己基锍阳离子,三正癸基锍阳离子,三(正十二烷基)锍阳离子,三(正十六烷基)锍阳离子,二(乙基)甲基锍阳离子,二(丁基)甲基锍阳离子,二(正己基)甲基锍阳离子,二(正辛基)甲基锍阳离子或二(正十二烷基)甲基锍阳离子。
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