CN108505143A - 一种纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米纤维及其制备方法，采用静电纺丝工艺，工艺简单，所用的电源为交流电，比采用直流电压的工艺获得纤维直径小的多，可达130‑320nm；由于采用偶联剂对纳米二氧化钛进行预处理，避免了无机粒子间的团聚，有助于提高其分散性；此外，纺丝所用的聚合物中含有壳聚糖、蚕丝蛋白、大豆蛋白，一方面偶联剂可以与纳米二氧化钛结合，另一方面，偶联剂上存在的基团可以与壳聚糖、蚕丝蛋白、大豆蛋白中的官能团结合，从而可以提高纤维的抗菌持久性。本发明制备得到的抗菌纳米纤维力学性能良好，抗菌性能较好，能够达到97%以上，且水洗30次后仍具有较好的抗菌性，抗菌率仍可达90%以上。

Description

一种纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米纤维材料领域，特别涉及一种抗菌纳米纤维及其制备方法。
背景技术
现有技术中，制备抗菌纳米纤维不仅要求其具有良好的抗菌性能，还要求其具有良好的抗菌持久性，一般常用的方法是将抗菌剂与聚合物共同进行纺丝，但是，一般常用的抗菌剂为无机材料，容易出现团聚、分散性差的问题，影响纤维的力学性能，且纤维直径较大；此外，无机粒子与聚合物是混合在一起，导致纤维的抗菌持久性受到一定影响；上述两点会限制纤维材料在含有病菌的极细材料的应用，也限制了这种材料在医学方面的应用。而静电纺丝工艺由于其设备简单，工艺可控，纺丝纤维直径较细等优点，受到了广泛关注，但现有静电纺丝工艺采用的电源为直流电。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种纳米纤维及其制备方法，该方法工艺设备简单，纤维直径较细，纳米纤维抗菌性能较好，且水洗30次后仍具有较好的抗菌性。
本发明的抗菌纳米纤维，由壳聚糖、蚕丝蛋白、大豆蛋白、聚乳酸、纳米级二氧化钛、溶剂、偶联剂通过静电纺丝工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：壳聚糖50-60、蚕丝蛋白40-50、大豆蛋白27-39、聚乳酸20-40、纳米级二氧化钛15-25、溶剂200-300、偶联剂10-25。
偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，所述的硅烷偶联剂包括KH550、KH560，纳米纤维直径为130-320nm，静电纺丝工艺所用的电源为交流电。
本发明还涉及上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)偶联剂与纳米级二氧化钛在一定溶剂存在下于50-60℃均匀混合；
(2)将壳聚糖加入到甲酸溶液中，室温下搅拌混合均匀，然后加入蚕丝蛋白、大豆蛋白溶液，搅拌均匀；
(3)将聚乳酸加入步骤(2)溶液中，混合均匀，然后将其与步骤(1)溶液在一定温度下混合均匀；
(4)将所得溶液通过注射器使纺丝溶液从喷丝口喷出，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：交流电压为10-20kV，喷丝口到收集板的距离为15-30cm。
本发明使用的纺丝工艺简单，所用的电源为交流电，比采用直流电源的工艺获得纤维直径小的多，可达130-320nm；由于采用偶联剂对纳米二氧化钛进行预处理，避免了无机粒子间的团聚，有助于提高其分散性；此外，纺丝所用的聚合物中含有壳聚糖和蚕丝蛋白、大豆蛋白，一方面偶联剂可以与纳米二氧化钛结合，另一方面，偶联剂上存在的基团可以与壳聚糖、蚕丝蛋白、大豆蛋白中的官能团结合，从而可以提高纤维的抗菌持久性。本发明制备得到的抗菌纳米纤维力学性能良好，抗菌性能较好，能够达到97％以上，且水洗30次后仍具有较好的抗菌性，抗菌率仍可达90％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)偶联剂KH560与纳米级二氧化钛在一定溶剂二甲基甲酰胺存在下于50℃均匀混合；
(2)将壳聚糖加入到甲酸溶液中，室温下搅拌混合均匀，然后加入蚕丝蛋白、大豆蛋白溶液，搅拌均匀；
(3)将聚乳酸加入步骤(2)溶液中，混合均匀，然后将其与步骤(1)溶液在60℃下混合均匀；
(4)将所得溶液通过注射器使纺丝溶液从喷丝口喷出，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：交流电压为10kV，喷丝口到收集板的距离为15cm。
各组分的质量份数为：壳聚糖50、蚕丝蛋白40、大豆蛋白27、聚乳酸20、纳米级二氧化钛15、二甲基甲酰胺200、偶联剂KH560 13。纳米纤维平均直径为310nm。
实施例2
一种纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)偶联剂KH560与纳米级二氧化钛在一定溶剂二甲基甲酰胺存在下于60℃均匀混合；
(2)将壳聚糖加入到甲酸溶液中，室温下搅拌混合均匀，然后加入蚕丝蛋白、大豆蛋白溶液，搅拌均匀；
(3)将聚乳酸加入步骤(2)溶液中，混合均匀，然后将其与步骤(1)溶液在60℃下混合均匀；
(4)将所得溶液通过注射器使纺丝溶液从喷丝口喷出，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：交流电压为15kV，喷丝口到收集板的距离为20cm。
各组分的质量份数为：壳聚糖60、蚕丝蛋白50、大豆蛋白39、聚乳酸40、纳米级二氧化钛25、二甲基甲酰胺250、偶联剂KH560 18。纳米纤维平均直径为242nm。
实施例3
一种纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)偶联剂KH560与纳米级二氧化钛在一定溶剂二甲基甲酰胺存在下于65℃均匀混合；
(2)将壳聚糖加入到甲酸溶液中，室温下搅拌混合均匀，然后加入蚕丝蛋白、大豆蛋白溶液，搅拌均匀；
(3)将聚乳酸加入步骤(2)溶液中，混合均匀，然后将其与步骤(1)溶液在65℃下混合均匀；
(4)将所得溶液通过注射器使纺丝溶液从喷丝口喷出，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：交流电压为20kV，喷丝口到收集板的距离为25cm。
各组分的质量份数为：壳聚糖55、蚕丝蛋白45、大豆蛋白36、聚乳酸35、纳米级二氧化钛22、二甲基甲酰胺300、偶联剂KH560 20。纳米纤维平均直径为156nm。
对比例1-3
为使用直流电压进行纺丝，其他与实施例1-3相同，所得纤维的平均直径分别为521、469、398nm。
对比例4
实施例1不加偶联剂KH560时，制备得到的纤维。
对比例5
采用实施例1的方案，只是将实施例1中的蚕丝蛋白、大豆蛋白换为聚乙烯吡咯烷酮，其加入量为蚕丝蛋白和大豆蛋白含量之和。
抗菌性能测试：试验菌种使用金黄色葡萄球菌(ATCC6538)(革兰氏阴性菌)和大肠杆菌(8099)(革兰氏阳性菌)，抗菌测试方法采用菌数测定法(AATCC100-1988)，测试结果为下表1。
表1
通过表1可以看出，不加偶联剂时，所得纤维的抗菌性降低，水洗后下降更多，是由于无机纳米颗粒在混合后容易发生团聚，且对纤维的吸附力较低；将聚合物蚕丝蛋白、大豆蛋白换为聚乙烯吡咯烷酮后，由于其不能与偶联剂进行结合导致在水洗30次后，纤维的抗菌性能也下降较多。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种纳米纤维，由壳聚糖、蚕丝蛋白、大豆蛋白、聚乳酸、纳米级二氧化钛、溶剂、偶联剂通过静电纺丝工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：壳聚糖50-60、蚕丝蛋白40-50、大豆蛋白27-39、聚乳酸20-40、纳米级二氧化钛15-25、溶剂200-300、偶联剂10-25。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，所述的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，静电纺丝工艺所用的电源为交流电。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）偶联剂与纳米级二氧化钛在一定溶剂存在下于50-60℃均匀混合；
（2）将壳聚糖加入到甲酸溶液中，室温下搅拌混合均匀，然后加入蚕丝蛋白、大豆蛋白溶液，搅拌均匀；
（3）将聚乳酸加入步骤（2）溶液中，混合均匀，然后将其与步骤（1）溶液在一定温度下混合均匀；
（4）将所得溶液通过注射器使纺丝溶液从喷丝口喷出，在收集板上收集获得纳米纤维。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纺丝工艺参数：交流电压为10-20kV，喷丝口到收集板的距离为15-30cm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂包括KH550、KH560。
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