CN109881296A - 一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维及其制备方法，该植物生物质纤维按照质量百分比由以下组分构成：高分子载体15％‑25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％‑20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％。本发明采用高分子载体和生物质，将其共混后通过干法纺丝或湿法纺丝技术，一步法得到一种具有抗菌抗氧化的植物生物质纤维。该纤维具有较好的抗菌活性与抗氧化性能，同时还具有较好的机械强度与较好的细胞相容性。

Description

一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能纤维开发技术领域，具体地说，涉及一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维及其制备方法。

背景技术

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。生物质具有可再生、低污染、广泛分布、资源丰富等特点。

近年来，随着人们环境保护意识的增强和对能源危机深刻认识，塑料、钢铁等相关材料对环境造成负担日益严重，利用生物质/聚合物制备环境友好的生物质复合材料来替代传统的塑料(如聚丙烯、聚丙烯和聚丙乙烯等)，可以缓解本世纪因石油资源匮乏难降解的问题。基于生物质的复合材料发展是新型功能材料发展的重点趋势之一，也被认为是2I世纪最有发展前景的材料之一。

植物生物质作为一种可再生、可降解的材料，如果大量种植，就可以可持续地利用。而且植物不但生长过程对环境友好，其进行材料加工利用和废弃后也不会对环境造成严重污染，是一种完全环境友好的生物材料，随着塑料、钢铁等其他材料对环境造成负担日益严重，自然界植物生物质的这些优势将越来越明显。而基于石油化工来源的大多数高分子材料，其存在经济性不强，资源有限，降解周期长，环境污染等诸多问题。使用大量价廉、易得的天然植物资源与高分子材料进行共混纺丝，制造各种植物生物质复合材料，不仅能改善改高分子的性能并降低成本，还能扩大其使用领域。这也非常符合“加强生物质材料利用、保护环境”这一国内及国际材料发展政策趋势。

纤维被认为是用于包封待递送的活性物质的有效载体形式，可以广泛用于生物医学和包装领域，例如伤口敷料，药物递送系统，组织支架，食品和药品包装膜等。对于生物医用、服用、包装用的纤维及其织物，抗菌和抗氧化性能都属于非常重要性能，其可以有效遏制伤口感染、促进伤口愈合、避免食品药品变质、减轻紫外灼伤皮肤、以及其他并发症等作用。因此，迫切需要开发生物医用、服用、包装用的抗菌和抗氧化纤维。

众所周知，我国植物生物质资源丰富，其中不乏具有抗菌抗氧化的天然植物，然而这些植物若不进行科学综合应用，就会成为废弃生物质，反而造成环境压力，因此对抗菌抗氧化生物质进行充分开发和应用，具有重要的社会和经济意义。

专利一种植物生物质纤维的模塑工艺(公开号：CN 106283932 A，公开日：2017-01-04)将竹类/桔梗植物生物质纤维加水碎解，然后进行疏磨，调浓，之后再将所制的混合料放入成型装置中成型，所得纤维具有高强度，且防水防油，可用作一次性餐具、饮具，但专利涉及制备的纤维并非为通过纺丝技术而得的可编织性纤维，且纤维也并不涉及抗菌抗氧化性能。

专利一种植物纤维增强生物质树脂薄层材料及其制备方法(公开号：CN102352089A，公开日：2012-02-15)中的生物质树脂薄层材料是由增强材料和结构粘接剂组成，增强材料是由苎麻、亚麻、黄麻、大麻、剑麻或红麻为原料，通过现有技术职称连续植物纤维织物、无纬布、网格纱或非连续植物纤维无纺布。主要将植物生物质作为增强剂，没有详述应用范围且制备得到的树脂薄层材料不具有抗菌抗氧化性功能性。

专利一种植物纤维增强生物质树脂基泡沫板材及其制备方法(公开号：CN102838844 A，公开日：2012-12-26)以由苎麻、亚麻、黄麻、大麻等植物为增强体，负载膨胀型生物质树脂及生物质环氧树脂，制造得到轻质高性能复合材料泡沫板材。主要将植物生物质作为增强剂，没有详述应用范围，且制备得到的植物纤维增强生物质树脂基泡沫板材不具有抗菌抗氧化性功能性。

乔建政等(乔建政，纪雨辛，王琦，等.聚己内酯/聚乳酸/竹纤维复合材料制备及性能[J].中国塑料，2016(11)：25—30)以聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)共混物为基材，竹纤维(BF)作为增强材料，硅烷偶联剂为改性剂,通过模压成型制备了PCL/PLA/BF复合材料，主要研究了在不同条件下合成的该复合纤维的力学性能，该复合纤维并不具有抗菌抗氧化性能。

申晓燕等(申晓燕，朱琦，田景阳，et al.植物纤维与聚乳酸制备生物质复合材料的研究[J].广西大学学报(自然科学版),2012,37(3):555-560.)研究了以植物纤维与聚乳酸为原料制备生物质复合材料的工艺，探讨不同加工方式、纤维种类和添加量对植物纤维/聚乳酸复合材料拉伸性能及透湿性的影响，并利用扫描电镜对复合材料进行表征。要研究木材纤维、竹纤维和蔗渣纤维三种较具代表性纤维对复合材料性能的影响，将混合溶液用平板硫化机压成0.2mm厚的薄片，再考察这些植物纤维/聚乳酸复合材料作为包装材料的性能，主要研究了纤维拉伸性能、透湿性能，同时还探讨了不同的加工方式及纤维添加量对材料性能的影响。该生物质复合材料并不具有抗菌抗氧化性能。

潘庆功等(潘庆功,刘丰田.PF/PBS/PLA可降解复合材料性能研究[J].山东理工大学学报(自然科学版),2017(06):66-69+74)将植物纤维(如玉米秸秆)经相应工序处理后获得所需的植物纤维材料PF，利于微生物降解并提高与其它物料的相溶性能.以锆类偶联剂为改性剂对PF进行改性，以模压成型工艺制备PBS/PLA/PF复合材料(MC)，该复合材料并不具备抗菌抗氧化性能。

值得一提的是，在天然植物纤维与可生物降解塑料制备的生物质复合材料中，采用的天然植物纤维材料主要有麻蕉、黄麻、大麻、亚麻、剑麻等麻类材料及木材、竹材、棉纤维、纸浆纤维等。材料形态主要以纤维态和粉态为主，但也有采用织物形态的。由于麻纤维具有强度好、可再生的特点，而且天然纤维增强聚烯烃塑料用于汽车内饰及部件在欧洲汽车工业已广泛应用，随着汽车工业对汽车部件环保性的关注，用天然麻类纤维与可生物降解塑料复合制备生物质复合材料的研究很受关注，研究较多。关于木纤维或木粉与可降解材料制备生物质复合材料的研究也已经开展，但与麻类材料的研究相比，相对较少。

目前，还没有发现将本身具有抗菌抗氧化性质的植物生物质与高分子材料结合，通过干法或湿法纺丝进行成型加工的案例。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述的问题，提供了一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维的制备方法，本发明采用聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种为高分子载体，黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种植物生物质为抗菌抗氧化剂，将其共混后通过干法纺丝或湿法纺丝技术，一步法得到一种具有抗菌抗氧化的植物生物质纤维。该生物质纤维具有较好的抗菌活性与抗氧化性能，同时还具有较好的细胞相容性与机械强度。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维的制备方法，按照质量百分比由以下组分构成：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％。

可选地，高分子载体为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种。

可选地，生物质为黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种。

可选地，溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、水、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

本发明还公开了一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按照质量百分比称量以下组分：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％；

步骤2、将称量好的高分子载体溶于溶剂中，制备得到单一或复合的溶液；

步骤3、将生物质粉体或者生物质浸提物溶于或均匀分散于步骤2所得溶液中，得到抗菌抗氧化的纺丝原液，通过常规的干法纺丝技术或者湿法纺丝技术加工，即得到抗菌抗氧化的植物生物质纤维。

可选地，生物质浸提物通过以下方法制备得到：在20～80℃条件下将生物质加入溶剂中进行提取2-8小时，提取过程中同时涉及滴加溶剂体积占比0.1％～1.0％的酸或碱，其中，生物质与溶剂的质量体积比为1:5-1:20。

可选地，酸为1M的盐酸或硫酸中的一种，碱为1M的氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

可选地，纤维的高分子载体为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种；生物质为黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种。

可选地，溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、水、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

可选地，所述步骤3中的抗菌抗氧化的植物生物质纤维的质量浓度为5wt％-20wt％。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明工艺简单，产量高，绿色环保，可大规模生产。

2)本发明采用聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种为高分子载体，黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种植物生物质为抗菌抗氧化剂，将其共混后通过干法纺丝或湿法纺丝技术，一步法得到一种具有抗菌抗氧化的植物生物质纤维。该抗菌纤维较好的抗氧化性能，抗菌活性，同时还具有较好的细胞相容性，较好的机械强度。在生物医用领域、服用领域、食品药品包装领域具有广阔的应用前景。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明纤维的力学性能比较；

图2是本发明纤维的抗氧化性能比较；

图3是本发明纤维对大肠杆菌的抑制效果：空白对照(A)，10wt％生物质纤维(B)；纤维对金黄色葡萄球菌的抑制效果：空白对照(C)，10wt％生物质纤维(D)。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维，按照质量百分比由以下组分构成：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％。

其中，纤维的高分子载体为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种。

生物质为黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种。

溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氧六环、水、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

本发明还公开一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按照质量百分比称量以下组分：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％；

其中，生物质浸提物通过以下方法制备得到：在20～80℃条件下将生物质粉体加入溶剂中进行提取2-8小时，提取过程中同时涉及滴加溶剂体积占比0.1％～1.0％的酸或碱，其中，生物质与溶剂的质量体积比为1:5-1:20；

步骤2、将称量好的高分子载体溶于溶剂中，制备得到单一或复合溶液；

步骤3、将生物质粉体或者生物质浸提物溶于或分散于步骤2所得溶液中，得到抗菌抗氧化的纺丝原液，通过常规的干法纺丝技术或者湿法纺丝技术加工，即得到10wt％-20wt％抗菌抗氧化的植物生物质纤维。

实施例1

将聚氨酯、聚丙烯腈分别溶于N-N，二甲基乙酰胺(DMAc)中，分别得到质量分数为25wt％的聚氨酯溶液和聚丙烯腈溶液，按照质量比为3:1将聚氨酯溶液和聚丙烯腈溶液混合得到复合溶液，分别加入聚氨酯溶液与聚丙烯腈溶液中质量的10wt％、20wt％石斛微粉得到含有抗菌抗氧化的纺丝原液，通过常规的干法纺丝技术，分别得到质量分数为10wt％和20wt％石斛纤维，并对其力学性能、抗菌抗氧化性能进行测试。

由图1可知，虽然较原纤维的弹力和断裂伸长率均有减小趋势，加入了石斛的纤维的力学性能更加优异；抗菌抗氧化性能如图2所示。

实施例2

通过将聚乙烯醇分别溶于热水中，分别得到质量分数为20wt％的聚乙烯醇溶液，再加入10wt％聚乙烯醇质量的大黄和黄连微粉(两者3:1质量比例)的混合生物质，均匀分散的纺丝原液，通过常规的释放纺丝技术，得到质量分数为10wt％的复合生物质纤维，并对其抗菌性能进行测试，如图3所示，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌均有抑制效果。

其中，抗氧化模型选择清除DPPH的能力，DPPH-乙醇的浓度为0.6g/L，抗菌模型选择为摇瓶振荡法，细菌浓度为10⁴～10⁵CFU/mL。

实施例3

将聚氨酯、聚丙烯腈分别溶于N-N，二甲基乙酰胺(DMAc)中，分别得到质量分数为30wt％的聚氨酯溶液和聚丙烯腈溶液，按照质量比为1:1将聚氨酯溶液和聚丙烯腈溶液混合得到复合溶液；在20～80℃条件下将生物质粉体加入溶剂中进行提取，提取2-8小时，提取过程中同时涉及滴加溶剂体积占比0.1％～1.0％的酸或碱，其中，生物质与溶剂的质量体积比为1:5-1:20；加入聚氨酯溶液与聚丙烯腈溶液中质量的15wt％石斛微粉浸提物得到含有抗菌抗氧化的纺丝原液，通过常规的干法纺丝技术，分别得到质量分数为15wt％石斛纤维。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维，其特征在于，按照质量百分比由以下组分构成：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％。

2.根据权利要求1所述的抗菌抗氧化的植物生物质纤维，其特征在于，高分子载体为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的抗菌抗氧化的植物生物质纤维，其特征在于，生物质为黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的抗菌抗氧化的植物生物质纤维，其特征在于，溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、水、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

5.一种抗菌抗氧化的植物生物质纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、按照质量百分比称量以下组分：高分子载体15％-25％，生物质粉体或者生物质浸提物5％-20％，余量为溶剂，以上质量百分比含量总量为100％；

步骤2、将称量好的高分子载体溶于溶剂中，制备得到单一或复合的溶液；

步骤3、将生物质粉体或者生物质浸提物溶于或均匀分散于步骤2所得溶液中，得到抗菌抗氧化的纺丝原液，通过常规的干法纺丝技术或者湿法纺丝技术加工，即得到抗菌抗氧化的植物生物质纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，生物质浸提物通过以下方法制备得到：在20～80℃条件下将生物质加入溶剂中进行提取2-8小时，提取过程中同时涉及滴加溶剂体积占比0.1％～1.0％的酸或碱，其中，生物质与溶剂的质量体积比为1:5-1:20。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，酸为1M的盐酸或硫酸中的一种，碱为1M的氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，高分子载体为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、纤维素衍生物中的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，生物质为黄连、石斛、野坝子、大黄、羌活、籽粒苋、白芨、昆明山海棠中一种或多种；溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧六环、水、丙酮、甲醇、乙醇、石油醚、乙酸乙酯中的一种或多种。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的抗菌抗氧化的植物生物质的质量浓度为5wt％-20wt％。