CN110551384B - 一种具有抗菌性能的合成材料的制备方法及合成材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有抗菌性能的合成材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌降解，得到壳聚糖分子A；(2)将壳聚糖分子A溶解在溶液中，在10000‑12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；(3)将壳聚糖微球与聚氨酯在戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。

Description

一种具有抗菌性能的合成材料的制备方法及合成材料
技术领域
本发明涉及高分子材料及其制备方法，特别涉及一种具有抗菌性能的高分子材料及其制备方法。
背景技术
传统的合成纤维面料，只是具备一些纤维材料本身所具有的普通性能，但是诸如环保性、吸湿性、抗菌、抗紫外、防辐射等其他性能均非常欠缺，传统的薄膜只具备普通薄膜本身所具有的普通性能，但是诸如抗菌、环保性、抗紫外、运红外等性能欠缺。
中国专利"CN201510117354"提供了一种抗菌氨纶纤维及其制备方法，该发明专利制备的抗菌氨纶纤维性能稳定、均一，具有抗菌性不具有别的特殊性能，此外通过额外添加的组分制备的抗菌性能在纺丝过程中易损失。
中国专利“CN 201410611814.9”提供了一种壳聚糖改性氨纶长丝制备方法，该方法将聚酰胺膜浸泡在1.1-1.3％戊二醛溶液中3h，反应完毕后去离子水洗，浸泡在15-20mg/mL壳聚糖溶液中，温度为4℃，时间为24h，得壳聚糖聚氨酯膜，用2％冰醋酸洗涤，NaOH中和至中性，去离子水洗涤，得壳聚糖接枝聚氨酯膜；利用得到的改性聚氨酯膜制备氨纶长丝。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种具有抗菌性能的合成材料及其制备方法，解决了现有技术中合成材料的抗菌性能较差，对纺丝工艺影响较大的问题。
技术方案：本发明所述的一种具有抗菌性能的合成材料的制备方法，包含以下步骤：(1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌降解，得到壳聚糖分子A；(2)将壳聚糖分子A溶解在溶液中，在10000-12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；(3)将壳聚糖微球与聚氨酯在戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
本发明中，步骤(1)中使用的醋酸水解壳聚糖，醋酸的浓度和水解时间影响壳聚糖的降解速度和降解程度，故可综合生产成本、生产周期等因素，确定醋酸的浓度。
本发明中，步骤(1)中进行酸解的壳聚糖分子的初始分子量无限定，可选用市场销售的壳聚糖分子，分子量通常在30万-100万左右。
本发明中，步骤(1)中除了用醋酸水解外，还可与使用盐酸或者其他方式水解，如酶解等，而盐酸也是常用的手段，是本发明步骤(1)中醋酸水解的等同方式，但醋酸根的引入对后续步骤的影响小于氯离子的引入的影响，故最优方式为选用醋酸溶液对壳聚糖分子进行酸解。
本发明中，步骤(1)中，壳聚糖分子经过水解后得到的壳聚糖分子A的分子量在46-68kDa，水解终点的控制为粘度的测定，根据高分子粘度与分子量的计算公式得到该范围的壳聚糖溶液的粘度，当水解溶液的粘度，落入该范围内，停止反应，具体计算方式可参考文献《壳聚糖粘均分子质量的测定》或其他现有文献。
随后利用醇沉或者离心方式，将降解后的壳聚糖分子A提纯。
本发明中，步骤(2)中，利用上述分子量的壳聚糖分子，在高速均质条件下，可获得壳聚糖微球，均质的温度在50-60℃之间，配置的壳聚糖分子A溶液的质量百分数在0.01mg/ml，壳聚糖分子A溶解的时候，可在溶解的蒸馏水溶液中滴加1-3滴冰醋酸。
本发明中，步骤(2)中，所得的壳聚糖微球除了用冷冻干燥的方法获得壳聚糖微球粉末，还可以用减压蒸馏的方式，获得壳聚糖微球粉末。
本发明中，步骤(3)中，所述壳聚糖微球与聚氨酯的质量比为1-2:100，壳聚糖微球和聚氨酯的质量比需严格控制在1-2:100之间，微球占比偏多，则后续纺丝过程中的粘度无法控制，会封堵纺丝组件；微球占比偏低，一则无法达到抑菌效果，二则降低材料Tg温度。
本发明中，选用聚氨酯CAS号为30322-28-2，所述聚氨酯的分子量为5000-8000Da。
优选地，步骤(1)中所述醋酸溶液的质量百分数为5-8％。
本发明中，戊二醛的浓度选择与聚氨酯的分子量和微球的粒径相关，优选地，步骤(3)中所述戊二醛溶液的质量百分数为1.5-2％。
利用上述制备方法制备的改性聚氨酯材料。将改性聚氨酯材料应用在纺织品中，得到的纺织品具有优良的抗菌性能。
具体的纺织方法可参考背景技术中专利CN 2014106118149中所披露的方法。
有益效果：(1)本发明中利用将壳聚糖高分子先用酸降解，将降解后的壳聚糖分子，制备成粒径在1-3μm范围内的微球，随后将壳聚糖微球与聚氨酯交联，使得改性的聚氨酯具有抑菌功能；(2)本发明改变了壳聚糖的分子量，降低了壳聚糖分子粘度对聚氨酯材料纺丝过程的影响。
具体实施方式
一、原料来源
壳聚糖：分子量为30万-50万；
聚氨酯：分子量为8000Da；
其余材料均为市售所得。
二、样品制备
实施例1：将100g壳聚糖溶于质量百分浓度为5％的2L醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解4h，得到壳聚糖分子A；将壳聚糖分子A溶解在蒸馏水中，滴加少许冰醋酸，使得壳聚糖分子A在蒸馏水中溶解，配置成浓度为0.01mg/ml的壳聚糖分子A溶液，在10000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；将1g壳聚糖微球与聚氨酯100g在1.5-2％戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
实施例2：将100g壳聚糖溶于质量百分浓度为8％的2L醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解5h，得到壳聚糖分子A；将壳聚糖分子A溶解在蒸馏水中，滴加少许冰醋酸，使得壳聚糖分子A在蒸馏水中溶解，配置成浓度为0.01mg/ml的壳聚糖分子A溶液，在12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；将2g壳聚糖微球与聚氨酯100g在1.5-2％戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
实施例3：将100g壳聚糖溶于质量百分浓度为6％的2L醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解4.5h，得到壳聚糖分子A；将壳聚糖分子A溶解在蒸馏水中，滴加少许冰醋酸，使得壳聚糖分子A在蒸馏水中溶解，配置成浓度为0.01mg/ml的壳聚糖分子A溶液，在11000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；将1.5g壳聚糖微球与聚氨酯100g在1.5-2％戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
对比例1：将100g壳聚糖溶于质量百分浓度为6％的2L醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解4h，得到壳聚糖分子A；将1.5g壳聚糖分子A与聚氨酯100g在1.5-2％戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料。
对比例2：将100g壳聚糖溶于质量百分浓度为6％的2L醋酸溶液中，放在磁力搅拌器上，常温下，搅拌降解4h，得到壳聚糖分子A；将壳聚糖分子A溶解在蒸馏水中，滴加少许冰醋酸，使得壳聚糖分子A在蒸馏水中溶解，配置成浓度为0.01mg/ml的壳聚糖分子A溶液，在11000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；将壳聚糖微球直接与共混聚氨酯，得共混的聚氨酯改性材料。
三、结果检测
3.1对壳聚糖降解的后壳聚糖分子A的平均分子量的测定和微球粒径的测定。
利用马尔文粒度仪测定实施例1-3所得的壳聚糖微球的粒径，结果见表1。
表1壳聚糖微球的粒径的测定结果
样品 壳聚糖分子A平均分子量/kDa 壳聚糖微球粒径/μm
实施例1 68 3.1
实施例2 46 1.6
实施例3 57 2.3
由表1的结果可以看出，壳聚糖降解的分子量影响因素较多，与降解的溶液中醋酸浓度、搅拌时间、降解温度、搅拌速度等均有影响，在壳聚糖分子A的平均分子量对壳聚糖微球的粒径同样存在影响，同时影响壳聚糖微球粒径的还包括均质的速度和温度。本发明中，选用粒径为1-3微米之间的壳聚糖微球，可以使得在该粒径范围内，壳聚糖微球具有抗菌效果，且在戊二醛存在时，与聚氨酯发生有效地交联。
3.2改性聚氨酯的抑菌效果测定
将实施例1-3与对比例1-2的材料溶解在pH为5-6的酸性溶液中，超声分散，制成浓度为0.1mg/L的溶液，按照国标GB/T20944测定该材料的抑菌效果，实施例3中制备的壳聚糖微球作为空白对照1和聚氨酯原料作为空白对照2，结果见表2。
表2抗菌性能的测试结果
样品 大肠杆菌/抑菌圈直径(cm) 金黄色葡萄球菌/抑菌圈直径(cm)
实施例1 4.0 3.8
实施例2 4.2 4.1
实施例3 4.4 4.1
对比例1 0.5 1.1
对比例2 1.8 2.6
空白对照1 4.6 4.1
空白对照2 无 无
由对比例2可以看出，聚氨酯的存在，影响了壳聚糖微球的抗菌效果，但是，当聚氨酯和壳聚糖微球交联时，可以减少聚氨酯对壳聚糖微球的抑菌效果的影响。有对比例1可以看出，直接将壳聚糖分子与聚氨酯交联，所得材料的抑菌效果较差。而降壳聚糖微球与聚氨酯交联后，既不影响壳聚糖微球本身的抑菌效果，而且还因为微球的加入，对纺丝溶液的粘度改变较小，不会对后续纺丝过程中粘度的变化，增加纺丝工艺的难度。
此外，通过壳聚糖微球与聚氨酯的交联，增加了聚氨酯材料的玻璃化温度，将改性的聚氨酯材料作为基材的纺织品的阻燃效果进一步增加，并且由于壳聚糖本身的产品性质，材料的防静电功能进一步提高。

Claims (3)

1.一种具有抗菌性能的合成材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，搅拌降解，得到壳聚糖分子A；所述壳聚糖分子A的分子量在46-68kDa；所述醋酸溶液的质量百分数为5-8％；
(2)将壳聚糖分子A溶解在溶液中，在10000-12000rpm转速下均质，冷冻干燥，得壳聚糖微球；
(3)将壳聚糖微球与聚氨酯在戊二醛溶液中进行交联，得到壳聚糖改性聚氨酯材料；所述壳聚糖微球与聚氨酯的质量比为1-2:100；所述聚氨酯的分子量为5000-8000Da；所述戊二醛溶液的质量百分数为1.5-2％。
2.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的合成材料的制备方法制备的改性聚氨酯材料。
3.根据权利要求1所述的具有抗菌性能的合成材料的制备方法制备的改性聚氨酯材料在纺织品中的应用。
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