CN109468748B - 一种高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法，将聚合物聚乳酸‑羟基乙酸共聚物与聚己内酯溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺的混合溶剂中，然后将溶解后的溶液分成两份，分别加入柠檬酸和亚氯酸钠搅拌分散均匀，制成两种不同的溶液，再分别在两种不同溶液中加入聚乙烯醇微球，制成两种不同的聚合物溶液；将上述两种聚合物溶液分别加入到静电纺丝机储液槽内，使两种不同的聚合物溶液同时纺丝，得到相互交错、缠绕的多孔纳米纤维膜。本发明制得多孔纳米纤维膜，具有高效过滤，超低阻力的特点，使得这种纤维膜应用在空气过滤、新风系统、废水处理等方面过滤效果更好、阻力更低。本发明制备方法简单、高效、易产业化。

Description

一种高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高效过滤及智能抗菌的多孔纳米纤维膜的制备方法以及用该方法制备的多孔纳米纤维膜，属于纳米纤维新材料技术领域。
背景技术
经济迅速发展，带来了环境的污染，雾霾天气已是常态，严重的危害着我们的身体健康。面对当前严峻的空气污染形势，采用高性能的纤维基空气过滤材料来对污染空气进行过滤，保障人体健康和生产顺利。在现有的纤维基空气过滤材料中，以静电纺丝技术的纳米纤维空气过滤材料具有直径细、孔径小、孔隙率高的结构优势，已成为当前空气过滤领域研究的热点和重点。
中国发明专利(201110371537.5)公开了一种多孔纳米纤维膜的制备方法，将PS纳米微球与聚合物溶液混合，然后电纺得到初级纳米纤维膜，然后将纳米纤维膜再煅烧，去除PS纳米微球，得到多孔纳米纤维膜。但是该方法需要后续煅烧处理，不仅增加工艺难度，不易产业化生产，而且还对纤维的形貌造成损坏，得到的是无机纤维材料，柔韧性差，影响多孔纤维的力学性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的一个目的是提供一种高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法，制备方法简单、高效、易产业化，而且具有高效低阻的过滤效果。制备方法包括如下步骤：
(1)将聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)与聚己内酯(PCL)溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分搅拌使得充分溶解；
(2)然后将溶解后的溶液分成两份，分别加入柠檬酸和亚氯酸钠搅拌分散均匀，制成两种不同的溶液，再分别在两种不同溶液中加入聚乙烯醇微球，制成两种不同的聚合物溶液。
(3)将上述两种聚合物溶液分别加入到静电纺丝机储液槽内，使两种不同的聚合物溶液同时纺丝，在高湿度的环境下，纤维表面溶剂挥发吸热，水蒸气凝结，形成模板，最终水蒸气挥发，得到相互交错、缠绕的多孔纳米纤维膜。
上述方法步骤中，所述聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯的质量比(g/g)为1:3到3:1。
上述方法步骤中，所述聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚己内酯与所述有机溶剂二氯甲烷和N.N二甲基甲酰胺的比例为质量比(g/g)为8-12％。
上述方法步骤中，所述混合溶剂中N.N二甲基甲酰胺的含量为0-5％。
上述方法步骤中，聚合物溶液中所述的柠檬酸和亚氯酸钠的含量占聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯的质量比分别为1％-10％。
上述方法步骤中，所述聚乙烯醇微球的含量占聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯的质量比为2％-5％。
上述方法步骤中，所述纺丝的工艺条件为：在25±2℃，相对湿度在60％-90％下，静电纺丝电压30-90kv，纺丝距离10-30cm，聚合物溶液流速为200-1000ml/h。
本发明的另一个目的是提供一种用上述方法制备的高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜，所述的纳米纤维表面具有多孔结构。
所述纳米纤维的直径在100-900nm，纳米纤维孔径为50-400nm。
在相对湿度大于60％条件下，所述多孔纳米纤维膜的抗菌效率随着湿度的增大而提高。
所述多孔纳米纤维膜的厚度为50um-200um。
本发明的有益效果：
本发明制得多孔纳米纤维膜，纤维的的直径在100-900nm，纳米纤维的孔径在50-400nm，具有高效过滤，超低阻力的特点，使得这种纤维膜应用在空气过滤、新风系统、废水处理等方面过滤效果更好、阻力更低，该多孔纤维膜的过滤效率在98％-99.9％，阻力在20-80Pa。
此外，本发明在静电聚合物溶液中分别加入柠檬酸和亚氯酸钠搅拌分散均匀，然后进行分开纺丝，但共同接收，使含有两个不同成分的纳米纤维丝相互交集、缠绕、混合在一起，在高湿度下，能够使得柠檬酸和亚氯酸钠相互反应释放抗菌剂，具有湿度响应性释放抗菌剂进行智能抗菌的效果，尤其对于那些在高湿度下易生长的细菌、霉菌等。在聚合物溶液中加入聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行。
纳米纤维的多孔结构不仅能够降低纤维膜的阻力、提高过滤效率，而且由于具备多孔结构，能够提高湿度响应的接触面积、多孔结构有利于水汽及水滴经过纤维表面，进入纤维核层，接触到柠檬酸和亚氯酸钠，促进反应的发生，产生抗菌剂，而从达到抗菌效果，其智能抗菌效率在98％-99.9％。尤其是在高湿度下易生长细菌、霉菌的情况下具有智能抗菌的效果。
附图说明
图1为实施例1制得的多孔纳米纤维的SEM图。
图2为实施例2载有颗粒的多孔纳米纤维SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例及附图对本发明进行进一步的阐述，但下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1多孔纳米纤维膜A的制备
图1所示为本实施例1制得的多孔纳米纤维的SEM图。
将PLGA与PCL按照质量比为1:1溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺的混合溶剂中，聚合物质量分数为10％；其中N.N二甲基甲酰胺占混合溶剂质量的5％,充分搅拌均匀，然后分成两瓶，一瓶溶液中加入3％的柠檬酸、另一瓶溶液中加入3％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加入2％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压30kv，纺丝距离在12cm，微量注射泵的流量为200ml/h，温度在25℃，相对湿度60％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜A。多孔纳米纤维的平均直径在500nm，孔径范围在60-130nm。智能抗菌效率在98％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在99％，阻力在35Pa。
实施例2多孔纳米纤维膜B的制备
将PLGA与PCL按照质量比为1:2溶于二氯甲烷中,聚合物质量分数为11％，充分搅拌均匀，然后分为两瓶，一瓶溶液中加入5％的柠檬酸、另一瓶加入4％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加入3％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压40kv，纺丝距离在15cm，微量注射泵的流量为300ml/h，温度在25℃，相对湿度70％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜B。多孔纳米纤维的平均直径在700nm，孔径范围在80-200nm。智能抗菌效率在98.5％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在99.5％，阻力在40Pa。
实施例3多孔纳米纤维膜C的制备
将PLGA与PCL按照质量比为2:1溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺中，聚合物质量分数为10％；其中N.N二甲基甲酰胺占混合溶剂质量的4％,充分搅拌均匀，然后分为两瓶，一瓶溶液中加入9％的柠檬酸、另一瓶溶液中加入4％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加入2％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压50kv，纺丝距离在20cm，微量注射泵的流量为500ml/h，温度在25℃，相对湿度75％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜C。多孔纳米纤维的平均直径在300nm，孔径范围在50-100nm。智能抗菌效率在98.7％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在98.5％，阻力在25Pa.
实施例4多孔纳米纤维膜D的制备
将PLGA与PCL按照质量比为1:3溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺中，聚合物质量分数为12％；其中N.N二甲基甲酰胺占混合溶剂质量的2％,充分搅拌均匀，然后分为两瓶，一瓶溶液中加入8％的柠檬酸、另一瓶溶液中加入5％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加入4％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压70kv，纺丝距离在20cm，微量注射泵的流量为600ml/h，温度在25℃，相对湿度85％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜D。多孔纳米纤维的平均直径在500nm，孔径范围在80-150nm。智能抗菌效率在99％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在98.8％，阻力在28Pa。
实施例5多孔纳米纤维膜E的制备
将PLGA与PCL按照质量比为1:3溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺中，聚合物质量分数为12％，其中N.N二甲基甲酰胺占混合溶剂质量的2％,充分搅拌均匀，然后分为两瓶，一瓶溶液中加入8％的柠檬酸、另一瓶溶液中加入5％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加5％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压90kv，纺丝距离在30cm，微量注射泵的流量为1000ml/h，温度在25℃，相对湿度80％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜E。多孔纳米纤维的平均直径在500nm，孔径范围在80-150nm。智能抗菌效率在98.9％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在99.1％，阻力在60Pa。
实施例6多孔纳米纤维膜F的制备
将PLGA与PCL按照质量比为3:1溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺中，聚合物质量分数为8％；其中N.N二甲基甲酰胺占溶剂质量的2％,充分搅拌均匀，然后分为两瓶，一瓶溶液中加入7％的柠檬酸、另一瓶溶液中加入6％的亚氯酸钠，再搅拌使其分散均匀。在两种溶液中分别加入5％的聚乙烯醇微球，有利于促进纳米纤维膨胀吸水，加速反应的进行；然后溶液在纺丝电压80kv，纺丝距离在28cm，微量注射泵的流量为800ml/h，温度在25℃，相对湿度95％电纺一段时间，得到多孔纳米纤维膜F。多孔纳米纤维的平均直径在600nm，孔径范围在200-250nm。智能抗菌效率在99.5％，在环境湿度25±2℃、相对湿度30±5％下，使用SX-L1053滤料测试机测得过滤效率在99.8％，阻力在45Pa。
本发明通过静电纺丝技术制得多孔纳米纤维膜，该纳米纤维具有多孔的结构，在多孔纳米纤维膜中添加了功能性粒子，能够起到湿度响应性智能杀菌的效果，能够有效的提高过滤效率，同时也能降低阻力。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (5)

1.一种高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯溶于二氯甲烷与N.N二甲基甲酰胺的混合溶剂中，充分搅拌使得充分溶解；
(2)然后将溶解后的溶液分成两份，分别加入柠檬酸和亚氯酸钠搅拌分散均匀，制成两种不同的溶液，再分别在两种不同溶液中加入聚乙烯醇微球，制成两种不同的聚合物溶液；
(3)将上述两种聚合物溶液分别加入到静电纺丝机储液槽内，使两种不同的聚合物溶液同时纺丝，得到相互交错、缠绕的多孔纳米纤维膜；
所述聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯的质量比g/g为1:3到3:1；
所述聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚己内酯与所述有机溶剂二氯甲烷和N.N二甲基甲酰胺的质量比g/g为8-12％；
所述混合溶剂中N.N二甲基甲酰胺的含量为0-5％；
聚合物溶液中所述柠檬酸和亚氯酸钠的含量分别为1％-10％；
所述聚乙烯醇微球的含量占聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚己内酯的质量比为2％-5％。
2.根据权利要求1所述的高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝的工艺条件为：在25±2℃，相对湿度在60％-90％下，静电纺丝电压30-90kv，纺丝距离10-30cm，聚合物溶液流速为200-1000ml/h。
3.权利要求1或2所述的方法制备的高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜，其特征在于，纳米纤维表面具有多孔结构。
4.根据权利要求3所述的高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维的直径在100-900nm，纳米纤维孔径为50-400nm；所述多孔纳米纤维膜的厚度为50um-200um。
5.根据权利要求3或4所述的高效过滤及智能抗菌多孔纳米纤维膜，其特征在于，在相对湿度大于60％条件下，所述多孔纳米纤维膜的抗菌效率随着湿度的增大而提高。
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