CN104775298B - 一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，该方法将二水合醋酸锌溶于乙醇水溶液中，调节pH值，加入普通纺织布，通过微波‑超声波法制备得到ZnO/纺织布复合材料。本发明方法操作简单，成本低廉，反应耗时短，效率高，能耗低，且在纺织布底材上生长的ZnO颗粒分布均匀，形貌规整，粒径可控，粒径范围可控制在10nm‑3μm。该材料对常见皮肤致病菌革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌均具有良好的抑菌活性。
Description
技术领域
本发明属于功能复合材料制备技术领域，特别涉及一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法。
背景技术
我国是纺织纤维生产和加工的大国，随着科技和社会的发展，多功能性的纺织品将成为市场的主流。作为与人体直接接触的材料，纺织品尤其是内衣织物会有大量汗液、皮脂及各种分泌物附着，在人体高温潮湿条件下，这些物质成为滋生病菌的温床，造成许多不良的影响：纺织品上滋生的微生物会使纺织品变色，污染，使纺织纤维劣变，某些真菌还可使纺织品上的染料褪色；同时，微生物会使纺织品产生一些不愉快的气味；特别是一些病菌会导致皮肤病及其他传染病的发生，严重危害人们的身体健康。
常见的纺织纤维材料并不具备抗菌活性，相反它们成为微生物聚集和繁殖的场所，随着卫生标准的提高，抑制细菌在纺织品上的生长显得迫在眉睫，一些抗菌纺织品也孕育而生。纳米氧化锌是一种新型的无机抗菌剂，它的抗菌活性相对纳米银有所降低，但它价格低廉，生物毒性较低，具有抗紫外线和防静电功能，此外氧化锌还具有止血、止痒的功能，经常被用作医药或化妆品的添加剂，被认为是一种完全安全的无机抗菌剂。因此研制出具有良好抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料将有非常广阔的应用前景，可对常见的皮肤致病菌具有较高的抑菌活性，使皮肤免受细菌的侵扰，保障人体的健康。
ZnO抗菌复合材料的研究一直是热门课题，主要的制备方法有溶剂热法，溶胶-凝胶法，声化学法等。然而采用溶剂热法，溶胶-凝胶法等方法大多反应过程较为复杂，周期长，不易规模化生产，且合成出来的材料稳定性差，附着的ZnO容易脱落，影响材料的使用性能。近年来，人们发现声化学合成法制备的复合材料具有反应条件温和，操作简单，可连续化规模生产，且生产的纳米材料尺寸可控，性能稳定等优点而受到广泛关注。采用声化学法合成的ZnO复合材料有ZnO/玻片和ZnO/绷带等。例如I.Perelshtein等[ACS AppliedMaterials&Interfaces,2009,1,363-366]以浓度为1mmol/L的二水合醋酸锌为前驱体，棉布绷带为底材，在常温采用超声波法反应30min制得ZnO/绷带复合材料，ZnO纳米粒子的平均粒径为30nm，其中ZnO负载量为0.75％的样品对常见细菌大肠杆菌和金黄色葡萄球菌3h的抑菌率均可达到100％。G.Applerot等[ACS Applied Materials&Interfaces,2010,2:1052-1059]以聚对二甲苯-玻片为底材，分别采用微波法和超声波法制备ZnO/聚对二甲苯-玻片复合材料。其中以30mmol/L的无水醋酸锌为前驱体，采用微波法反应5min制得的ZnO/玻璃复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用3h后其抑菌率分别为100％和83％；以50mmol/L的四水合醋酸锌为前驱体采用超声波法反应2h制得的ZnO/聚对二甲苯-玻片复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作用3h后其抑菌率分别为100％和76％。目前已报道的声化学法合成ZnO抗菌纺织布复合材料的文献还不多，主要方法包括超声波法和微波法，但采用超声波法合成出的复合物中ZnO纳米粒子虽然稳定性较好，但大多反应耗时相对较长，不利于连续化规模生产，而采用微波法合成出的复合物虽然反应耗时短，但稳定性较差，纳米粒子易于从底材上脱落。到目前为止，还未见有文献报道采用微波与超声波结合的方法制备ZnO/纺织布抗菌复合材料。
发明内容
本发明的主要目的在于解决目前技术上存在的不足，提供一种简单快捷制备ZnO/纺织布复合材料的方法，解决当前复合材料制备过程中，制备工艺繁琐，周期长，稳定性差等问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.底材的预处理
将纺织布浸泡在无水乙醇中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用；
b.ZnO/纺织布复合材料的制备
将二水合醋酸锌溶于乙醇水溶液中，超声使其均匀分散，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8-9，将其倒入装有预处理后纺织布的微波-超声波反应器中，调节微波和超声波功率，在一定温度下进行反应，反应5-30min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，即可得到ZnO/纺织布复合材料。
其中，乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为1:1-10:1。
按上述方案，所述的纺织布基底为普通棉布，羊毛织物，丝绸织物或聚酯纤维中的一种。
按上述方案，所述的二水合醋酸锌的浓度为0.2-20mmol/L。
按上述方案，所述调节微波功率为200-400W，调节超声波功率为600-800W。
按上述方案，所述反应温度为80-90℃。
按上述方案，所述ZnO的粒径范围可控制在10nm-3μm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
制备工艺简单，反应耗时短，效率高，能耗低；通过本方法制备的ZnO/纺织布复合材料，ZnO纳米颗粒在纺织布底材上分布均匀，形貌规整，稳定性好且不易脱落，同时ZnO粒径范围可控制在10nm-3μm，并且对常见的皮肤致病菌革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌均具有较好的抗菌性能。
附图说明
图1为实施例1中所制备的ZnO/棉布复合材料的X射线粉末衍射图；
图2为实施例1中所制备的ZnO/棉布复合材料的扫描电子显微镜图；
图3为实施例2中所制备的ZnO/丝绸复合材料中ZnO颗粒的原子力显微镜图；
图4为实施例3中所制备的ZnO/羊毛复合材料中ZnO颗粒的原子力显微镜图；
图5为实施例4中所制备的ZnO/聚酯纤维复合材料中ZnO颗粒的原子力显微镜图；
图6为实施例3中所制备的ZnO/羊毛复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，列举实施例如下。但本发明并不局限于这些实施例，本技术领域相关人员应了解，所举实施例仅用于帮助理解本发明，不应该视其为对本发明的具体限制，而本发明要求保护的范围也并不局限于实施例列举的范围。
实施例1
ZnO/棉布复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.底材的预处理
将普通棉布底材浸泡在无水乙醇溶液中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用；
b.ZnO/棉布复合材料的制备
称取0.0121g二水合醋酸锌溶于50mL无水乙醇和5mL水中，超声5min使其均匀分散，得到浓度为1mmol/L的二水合醋酸锌前驱体溶液，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8.30，将其倒入装有处理后棉布的圆底烧瓶中，调节微波和超声波功率分别为300W和700W，调节温度为85℃进行反应，反应15min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，得到ZnO/棉布复合材料。
其中，溶剂乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为10:1。
附图1为ZnO/棉布复合材料的X射线粉末衍射图，从图中可见，扣除棉布底材的特征吸收峰后复合材料中ZnO的特征吸收峰与ZnO标准图谱中的特征吸收峰完全对应，表明ZnO成功地生长在棉布底材上。
附图2为ZnO/棉布复合材料的扫描电子显微镜图，从图中可见，ZnO颗粒在棉布底材上分布均匀、致密，且粒径均一，平均粒径为40nm。
实施例2
ZnO/丝绸复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.底材的预处理
将普通丝绸底材浸泡在无水乙醇溶液中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用。
b.ZnO/丝绸复合材料的制备
称取0.0022g二水合醋酸锌溶于45mL无水乙醇和5mL水中，超声2min使其均匀分散，得到浓度为0.2mmol/L的二水合醋酸锌前驱体溶液，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8.20，将其倒入装有处理后丝绸的圆底烧瓶中，调节微波和超声波功率分别为350W和750W，调节温度为80℃进行反应，反应10min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，得到ZnO/丝绸复合材料。
其中，溶剂乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为9:1。
附图3为ZnO/丝绸复合材料中ZnO颗粒的原子力显微镜图，从图中可见，ZnO颗粒形貌规整、粒径均一，平均粒径为30nm。
实施例3
ZnO/羊毛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.底材的预处理
将普通羊毛底材浸泡在无水乙醇溶液中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用。
b.ZnO/羊毛复合材料的制备
称取0.0242g二水合醋酸锌溶于50mL无水乙醇和5mL水中，超声10min使其均匀分散，得到浓度为2.0mmol/L的二水合醋酸锌前驱体溶液，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8.35，将其倒入装有处理后羊毛的圆底烧瓶中，调节微波和超声波功率分别为200W和600W，调节温度为88℃进行反应，反应20min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，得到ZnO/羊毛复合材料。
其中，溶剂乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为10:1。
附图4为ZnO/羊毛复合材料中ZnO颗粒的原子力显微镜图，从图中可见，ZnO颗粒形貌规整、粒径均一，平均粒径为10nm。
实施例4
ZnO/聚酯纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a.底材的预处理
将普通聚酯纤维底材浸泡在无水乙醇溶液中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用。
b.ZnO/聚酯纤维复合材料的制备
称取0.1098g二水合醋酸锌溶于25mL无水乙醇和25mL水中，超声10min使其均匀分散，得到浓度为10mmol/L的二水合醋酸锌前驱体溶液，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8.50，将其倒入装有处理后聚酯纤维的圆底烧瓶中，调节微波和超声波功率分别为400W和800W，调节温度为90℃进行反应，反应30min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，得到ZnO/聚酯纤维复合材料。
其中，溶剂乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为1:1。
附图5为ZnO/聚酯纤维复合材料溶剂中ZnO颗粒的原子力显微镜图，从图中可见，ZnO颗粒形貌规整，平均粒径为3μm。
实施例5
以实施例3为例，ZnO/羊毛复合材料的抗菌性能测试，包括以下步骤：
a.预处理：
将空白羊毛和ZnO/羊毛复合材料置于超净工作台中，正反面分别照射20min紫外线进行杀菌处理。
b.ZnO/羊毛复合材料的细菌实验
将过夜培养的细菌悬浊液分散在无菌的生理盐水中，调节OD值使细菌初始浓度为1.0×108CFU/mL，稀释100倍置于无菌的液体培养基中，将空白羊毛和样品分别置于相同的菌液浓度的液体培养基中振荡培养，分别培养1h，3h取点涂板，将固体培养基放入37℃恒温培养箱中培养24h，数菌落个数并计算其抑菌率。
附图6为实施例3中所制备的ZnO/羊毛复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率图，从图中可见ZnO/羊毛复合材料在对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作用3h之后杀菌率均接近100％，说明该材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抑菌效果。
Claims (4)
1.一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.底材的预处理
将纺织布浸泡在无水乙醇中，超声清洗，再用去离子水冲洗，取出后烘干，备用；
b.ZnO/纺织布复合材料的制备
将二水合醋酸锌溶于乙醇水溶液中，超声使其均匀分散，然后缓慢滴加一定量的氨水，调节其pH值为8-9，将其倒入装有预处理后纺织布的微波-超声波反应器中，调节微波和超声波功率，所述调节微波功率为200-400W，调节超声波功率为600-800W，在一定温度下进行反应，所述反应温度为80-90℃，反应5-30min后将样品取出用去离子水冲洗，烘干，即可得到ZnO/纺织布复合材料。
其中，乙醇水溶液中无水乙醇和水的体积比为1:1-10:1。
2.如权利要求1所述的一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，其特征在于所述的纺织布基底为普通棉布，羊毛织物，丝绸织物或聚酯纤维中的一种。
3.如权利要求1所述的一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，其特征在于所述的二水合醋酸锌的浓度为0.2-20mmol/L。
4.如权利要求1所述的一种具有抗菌性能的ZnO/纺织布复合材料的制备方法，其特征在于所述ZnO的粒径范围可控制在10nm-3μm。
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