CN105839295A - 一种抗菌性纤维膜的制备方法 - Google Patents

一种抗菌性纤维膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括：由N‑(4‑羟基‑3‑甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2‑羟丙酯、N,N‑二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌制备复合抗菌剂；将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入混合溶剂中得到混合溶液；将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，加入混合溶液后静电纺丝得到原丝，将原丝置于水中浸泡然后干燥。本发明提出的抗菌性纤维膜的制备方法，其过程简单，条件温和，得到的纤维膜抗菌性能好，抗污性能优异，机械强度和韧性高，使用寿命长。

Description

一种抗菌性纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及膜材料技术领域，尤其涉及一种抗菌性纤维膜的制备方法。
背景技术
聚丙烯腈具有耐有机溶剂性、耐光性、耐气候性、耐霉菌性，良好的化学稳定性、热稳定性和溶液纺丝制膜加工性能等，而且聚丙烯腈来源广泛、价格便宜，是一种理想的制膜材料，目前已被广泛应用于超滤、透析、渗透气化等领域。但是聚丙烯腈是疏水性材料，用其制备的膜容易产生膜污染，缩短膜使用寿命，增加投资成本，且其分子链旋转困难，所得膜的机械强度和韧性差，限制了其进一步应用，在实际应用过程往往需要对其进行改性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种抗菌性纤维膜的制备方法，其过程简单，条件温和，得到的纤维膜抗菌性能好，抗污性能优异，机械强度和韧性高，使用寿命长。
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为15-25kV，温度为10-25℃，相对湿度为10-20％，纺丝距离为10-25cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5-1mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
优选地，在S1中，所述复合抗菌剂的制备工艺具体如下：将N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至65-75℃，通氮气，加入甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和过硫酸铵，在70-85℃下反应10-20h，反应结束后得到所述复合抗菌剂。
优选地，在S1中，在复合抗菌剂的制备过程中，N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌的重量比为3-10:1-5:2-5:1-8。
优选地，在S2中，聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖的重量比为30-50:2-5:1-8。
优选地，在S3中，复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙、硫代二丙酸二月桂酯的重量比为3-10:2-5:0.5-2:1-8:0.2-1.5:1-5:0.3-1:0.1-1。
优选地，在S3中，复合抗菌剂的重量与混合溶液中聚丙烯腈的重量比为1-5:30-60。
优选地，所述抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；且复合抗菌剂的制备工艺具体如下：按重量份将5份N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入40份二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至70℃，通氮气，加入20份质量分数为10％的甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、30份质量分数为15％的N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、3.5份乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和0.3份过硫酸铵，在80℃下反应15h，反应结束后得到所述复合抗菌剂；
S2、按重量份将40份聚丙烯腈、3.8份二醋酸纤维素和5份葡萄糖加入30份N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，其中，混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为2:5，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、按重量份将7份复合抗菌剂、3份聚乙烯醇、1份锂皂石、5份银离子负载沸石分子筛、1份纳米二氧化钛、3份氧化铝溶胶、0.5份氯化钙和0.1份硫代二丙酸二月桂酯加入30份水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，其中，加入的混合溶液中的聚丙烯腈的重量与复合抗菌剂的重量比为40:2，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为20kV，温度为20℃，相对湿度为15％，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.65mL/h；
S4、将原丝置于55℃的水中浸泡20min，在85℃的条件下真空干燥5h得到所述抗菌性纤维膜。
本发明在抗菌性纤维膜的制备方法中，首先以N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌为原料，通过控制N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌的比例，使其发生了聚合反应，得到了复合抗菌剂，将其加入体系中，与锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶和氯化钙配合，赋予纤维膜膜优异的稳定膜通量、抑菌性和抗污性能，并使膜的通量恢复率提高到89％以上，同时提高了膜的机械性能和韧性，克服了单纯的聚丙烯腈分子旋转困难造成的机械强度和韧性差的缺陷；加入了葡萄糖和二醋酸纤维素为共混剂，通过控制葡萄糖、二醋酸纤维素和聚丙烯腈的比例，使得到的膜孔径均一、孔隙率高，并配合加入了氯化钙，降低了膜液的黏度，防止了因二醋酸纤维素的加入引起的纯水通量的降低，使膜具有较高水通量。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为15kV，温度为25℃，相对湿度为10％，纺丝距离为25cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
实施例2
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为25kV，温度为10℃，相对湿度为20％，纺丝距离为10cm，喷丝头纺丝溶液的流速为1mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
实施例3
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；所述复合抗菌剂的制备工艺具体如下：将N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至65℃，通氮气，加入甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和过硫酸铵，其中，N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌的重量比为3:5:2:8，在85℃下反应10h，反应结束后得到所述复合抗菌剂；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；其中，聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖的重量比为30:5:1；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，其中，复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙、硫代二丙酸二月桂酯的重量比为3:5:0.5:8:0.2:5:0.3:1，然后加入混合溶液混合均匀，其中，复合抗菌剂的重量与混合溶液中聚丙烯腈的重量比为5:30，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为17kV，温度为21℃，相对湿度为13％，纺丝距离为20cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.65mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
实施例4
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；所述复合抗菌剂的制备工艺具体如下：将N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至75℃，通氮气，加入甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和过硫酸铵，在70℃下反应20h，反应结束后得到所述复合抗菌剂；其中，在复合抗菌剂的制备过程中，N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌的重量比为10:1:5:1；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；其中，聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖的重量比为50:2:8；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，其中，复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙、硫代二丙酸二月桂酯的重量比为10:2:2:1:1.5:1:1:0.1；然后加入混合溶液混合均匀，其中，复合抗菌剂的重量与混合溶液中聚丙烯腈的重量比为1:60，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为23kV，温度为14℃，相对湿度为18％，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.85mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
实施例5
本发明提出的一种抗菌性纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；且复合抗菌剂的制备工艺具体如下：按重量份将5份N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入40份二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至70℃，通氮气，加入20份质量分数为10％的甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、30份质量分数为15％的N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、3.5份乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和0.3份过硫酸铵，在80℃下反应15h，反应结束后得到所述复合抗菌剂；
S2、按重量份将40份聚丙烯腈、3.8份二醋酸纤维素和5份葡萄糖加入30份N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，其中，混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为2:5，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、按重量份将7份复合抗菌剂、3份聚乙烯醇、1份锂皂石、5份银离子负载沸石分子筛、1份纳米二氧化钛、3份氧化铝溶胶、0.5份氯化钙和0.1份硫代二丙酸二月桂酯加入30份水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，其中，加入的混合溶液中的聚丙烯腈的重量与复合抗菌剂的重量比为40:2，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为20kV，温度为20℃，相对湿度为15％，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.65mL/h；
S4、将原丝置于55℃的水中浸泡20min，在85℃的条件下真空干燥5h得到所述抗菌性纤维膜。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；
S2、将聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖加入N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、将复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙和硫代二丙酸二月桂酯加入水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为15-25kV，温度为10-25℃，相对湿度为10-20％，纺丝距离为10-25cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.5-1mL/h；
S4、将原丝置于水中浸泡，干燥后得到所述抗菌性纤维膜。
2.根据权利要求1所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，在S1中，所述复合抗菌剂的制备工艺具体如下：将N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至65-75℃，通氮气，加入甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和过硫酸铵，在70-85℃下反应10-20h，反应结束后得到所述复合抗菌剂。
3.根据权利要求1或2所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，在S1中，在复合抗菌剂的制备过程中，N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌的重量比为3-10:1-5:2-5:1-8。
4.根据权利要求1-3中任一项所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，在S2中，聚丙烯腈、二醋酸纤维素和葡萄糖的重量比为30-50:2-5:1-8。
5.根据权利要求1-4中任一项所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，在S3中，复合抗菌剂、聚乙烯醇、锂皂石、银离子负载沸石分子筛、纳米二氧化钛、氧化铝溶胶、氯化钙、硫代二丙酸二月桂酯的重量比为3-10:2-5:0.5-2:1-8:0.2-1.5:1-5:0.3-1:0.1-1。
6.根据权利要求1-5中任一项所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，在S3中，复合抗菌剂的重量与混合溶液中聚丙烯腈的重量比为1-5:30-60。
7.根据权利要求1-6中任一项所述抗菌性纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备复合抗菌剂；其中，所述复合抗菌剂由N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟丙酯、N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌聚合而成；且复合抗菌剂的制备工艺具体如下：按重量份将5份N-(4-羟基-3-甲氧基苯甲基)丙烯酰胺加入40份二甲基甲酰胺中搅拌均匀，升温至70℃，通氮气，加入20份质量分数为10％的甲基丙烯酸2-羟丙酯水溶液、30份质量分数为15％的N,N-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯水溶液、3.5份乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米氧化锌和0.3份过硫酸铵，在80℃下反应15h，反应结束后得到所述复合抗菌剂；
S2、按重量份将40份聚丙烯腈、3.8份二醋酸纤维素和5份葡萄糖加入30份N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂中，其中，混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为2:5，搅拌溶解得到混合溶液；
S3、按重量份将7份复合抗菌剂、3份聚乙烯醇、1份锂皂石、5份银离子负载沸石分子筛、1份纳米二氧化钛、3份氧化铝溶胶、0.5份氯化钙和0.1份硫代二丙酸二月桂酯加入30份水中混合均匀，然后加入混合溶液混合均匀，其中，加入的混合溶液中的聚丙烯腈的重量与复合抗菌剂的重量比为40:2，静置脱泡后在静电纺丝装置中静电纺丝得到原丝，其中，在静电纺丝的过程中，纺丝电压为20kV，温度为20℃，相对湿度为15％，纺丝距离为15cm，喷丝头纺丝溶液的流速为0.65mL/h；
S4、将原丝置于55℃的水中浸泡20min，在85℃的条件下真空干燥5h得到所述抗菌性纤维膜。
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