CN111286121A - 一种抗菌防护环保复合聚合物材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌防护环保复合聚合物材料及其制备方法和应用，所述复合聚合物材料，按重量组份计，包括以下组分：苄基季铵盐20份～30份；生物相容高分子聚合物50份～75份；改性纳米金属氧化物15份～30份；纳米金属粒子10份～20份；改性纤维30份～40份；三硅醇乙酯倍半硅氧烷25份～45份；硅烷偶联剂5份～10份；过硫酸铵3份～5份；碳酸二甲酯3份～5份；3‑巯基丙基三甲氧基硅烷8份～15份；烯丙基缩水甘油醚2份～3份。其是一种能够阻隔且自清洁带有病毒、细菌或微生物的飞沫或空气，抗菌杀毒且能够多次重复利用，抗收缩性能良好与高弹性能且易降解的材料，可用于制作窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩。

Description

一种抗菌防护环保复合聚合物材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及化学材料技术领域，尤其涉及一种抗菌防护环保复合聚合物材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，中国经济蓬勃发展，但在强有力的发展背后，越来越多的负面问题受到人们的关注，尤其是空气污染问题。人们渐渐意识到空气污染对身体健康的危害性，相关部门积极制定政策改善环境，但治理的成效较慢。尤其在PM2.5概念引出之时，人们对环境污染问题感到恐慌，为了减少环境污染物对家人及自身的危害，口罩作为简单的防护用品成为生活中必不可少的消耗品，市面上出现各式各样的防护口罩，主要以阻隔滤除颗粒物为主，并不具有良好的抗菌杀毒功效以及仅供一次性使用的缺点。如申请号为201711471652.3的专利申请文件等现有技术中的口罩较多均为多层织物材料进行叠加，每一层织物需要生产后再进行折叠生产，延长了生产周期，降低了与人面部的贴合度，同时降低了透视率和透气率，热变形率高且抗撕裂强度差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够阻隔且自清洁带有病毒、细菌或微生物的飞沫或空气，抗菌杀毒且能够多次重复利用，抗收缩性能良好与高弹性能且易降解的抗菌防护环保复合聚合物材料，以解决上述背景技术中的口罩不能一次成型、面部贴合性差、透湿透气性差且热变形率高、丢弃后不易降解的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗菌防护环保复合聚合物材料，包括以下重量组份：
苄基季铵盐20份～30份；
生物相容高分子聚合物50份～75份；
改性纳米金属氧化物15份～30份；
纳米金属粒子10份～20份；
改性纤维30份～40份；
三硅醇乙酯倍半硅氧烷25份～45份；
硅烷偶联剂5份～10份；
过硫酸铵3份～5份；
碳酸二甲酯3份～5份；
3-巯基丙基三甲氧基硅烷8份～15份；
烯丙基缩水甘油醚2份～3份。
进一步地，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH602或KH792其中的一种或几种。
进一步地，所述苄基季铵盐为十四烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。
进一步地，所述生物相容高分子聚合物为聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种或几种。
进一步地，所述纳米金属粒子为纳米银粒子、纳米金粒子、纳米铁粒子或纳米锌粒子中的一种或几种。
进一步地，所述纳米金属氧化物为TiO2、SiO2、CeO2、CuO、ZnO或ZrO2中的一种或几种。
进一步地，改性纳米金属氧化物为通过掺杂稀土金属的改性纳米金属氧化物，所述掺杂的稀土金属为Ce、Sm、Ag、Eu或Co中的一种或几种。
进一步地，通过掺杂稀土金属改性纳米金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量组份计，将20份～30份脱水金属醋酸盐和40份～60份的稀土金属硝酸盐分别溶于蒸馏水中，分别形成金属醋酸盐溶液与稀土金属硝酸盐溶液，保证金属离子与稀土金属离子的质量百分比为2％～3％；
2)将所述金属醋酸盐溶液溶于0.5M～1M浓度的NaOH溶液中，于60℃～80℃下以150rpm～200rpm转速搅拌30min～35min；
3)将所述稀土金属硝酸盐溶液加入到所述步骤2)得到的混合物中，继续于60℃～80℃下以150rpm～200rpm转速搅拌10min～20min；
4)将所述步骤3)得到的混合溶液于90℃～100℃下静置1h～2h；
5)将所述步骤4)得到的混合物用蒸馏水清洗2次～3次，以甲醇溶液清洗2次～3次，以5000rpm～8000rpm转速离心，取沉淀于30℃～50℃下烘干，得到所述掺杂稀土金属的改性纳米金属氧化物。
进一步地，所述改性纤维为改性玉米秸秆纤维、改性竹纤维、改性水稻秸秆纤维、改性荞麦皮纤维。
本发明还提供了上述的一种抗菌防护环保复合聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将所述重量组份的生物相容高分子聚合物溶于蒸馏水与甲醇的混合溶液中，其中蒸馏水与甲醇以体积比1:1～1:3混合形成蒸馏水与甲醇的混合溶液；
S2：将所述重量组份的改性纤维、二分之一所述重量组份的硅烷偶联剂加入至所述S1步骤的混合溶液中，以50rpm～80rpm搅拌15min～20min；
S3：将所述重量组份的苄基季铵盐于70℃～90℃溶于甲醇中，搅拌均匀后加入所述S2步骤得到的混合溶液中，加入所述重量组份的碳酸二甲酯，于25℃～28℃下搅拌1.5h～2h，得到苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物；
S4：将所述重量组份的改性纳米金属氧化物、纳米金属粒子和所述步骤S3得到的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物共同溶于蒸馏水中，加入剩余二分之一的所述重量组份的硅烷偶联剂、三分之一所述重量组份的过硫酸铵、三分之一所述重量组份的烯丙基缩水甘油醚，于80℃～100℃下以300rpm～400rpm搅拌10min～15min；
S5：将剩余三分之二所述重量组份的过硫酸铵、三分之二所述重量组份的烯丙基缩水甘油醚加入所述S4步骤得到的混合物，于80℃～100℃下以300rpm～400rpm搅拌10min～15min，以10℃/min的速率降温至25℃～28℃，反应20min～30min，然后于100℃～150℃下烘干，得到改性纳米金属氧化物-纳米金属粒子掺杂的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物；
S6：将所述重量组份的三硅醇乙酯倍半硅氧烷、所述重量组份的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于蒸馏水中，形成表面改性溶液，将所述S5步骤得到的改性纳米金属氧化物-纳米金属粒子掺杂的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物浸没于所述表面改性溶液于20℃～23℃、5rpm～10rpm振荡频率下反应30min～45min，得到抗菌防护环保复合聚合物材料前体凝胶，采用乙醇洗涤2次～3次，然后置于100℃～110℃下风干固化1h～1.5h，得到所述抗菌防护环保复合聚合物。
本发明还提供了上述的复合聚合物材料在窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)改性纳米金属氧化物中的纳米金属氧化物一方面能够释放出金属阳离子Ti4+、Si4+、Ce4+、Cu2+、Zn2+或Zr4+，辅助纳米金属粒子：纳米银粒子、纳米金粒子、纳米铁粒子或纳米锌粒子释放出的Ag+、Au+、F3+或Zn2+一起破坏细菌细胞膜的结构，使细菌失去活性；另一方面具有光触媒效应，在光存在条件下，可以释放出电子和电子空穴，所释放出的电子和电子空穴可以与空气中的H2O和O2进行接触反应，生成·O2-、·OH-和H2O2，这些强反应物质能够与细菌反应进而影响细菌活性，使细菌失活，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有良好的抗菌活性。
2)改性纳米金属氧化物中的纳米氧化物在经过金属元素掺杂改性后，提高了光触媒反应后产生的电子的电荷分离效率，能够进一步提升被改性的纳米金属氧化物TiO2、SiO2、CeO2、CuO、ZnO或ZrO2的光触媒效应活力，减少了释放出的电子空穴间配对进行自我复合率，进一步增大了电子空穴对粘附于材料表面的细菌的作用；并且，所掺杂的稀土元素Ce、Sm、Ag、Eu、Co具有多种光谱项和能级，使被掺杂的纳米金属氧化物的稀土带隙结构变宽，光的吸收范围扩大，光的利用率提高，进而增大了纳米金属氧化物发生光触媒效应的光波段范围，使其不仅仅可以在紫外线光波段范围内发生光触媒效应，在可见光光波段范围内都可以发生光触媒效应，进而使该材料对细菌的抵抗活力增强。
3)将生物相容高分子聚合物与改性纤维混合后，通过无氟苄基季铵盐改性，结合生物相容高分子聚合物表面的羟基，形成苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物，一方面使其由于缺少了羟基而具有疏水性能，能够分离液体，使制作好的复合聚合物材料具有防止飞沫粘附的功能，另一方面由于介入了季铵盐，季铵盐也具有一定的杀菌消毒功能，增加了制作得到的复合聚合物的抗菌消毒自修复功能，延长了其作为口罩制作材料的应用时的使用寿命，减少了口罩丢弃率，减少了对环境的废弃物污染源。
4)聚乳酸纤维来自天然植物，完全分解成二氧化碳和水,对于大自然循环无害，采用其制作的纤维、织物以及非织造布以其优良的吸湿和保湿性、较高的弹性回复率、低可燃性和发烟量、UV稳定性、好的手感和悬垂性等优点。其他生物相容性高分子聚合物均具有良好的延展性与生物相容特点，能够无毒无害、亲和人体皮肤，防止过敏，并且对环境具有友好环保的特点，产品不会对环境产生二次污染，易降解，降解产物无毒无害。
5)通过三硅醇乙酯倍半硅氧烷对改性纳米金属氧化物与纳米金属粒子掺杂后的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物再进行表面改性，三硅醇乙酯倍半硅氧烷的分子具有一个由硅和氧组成的无机中心，然后被有机功能组团所围绕，能够增加其疏水性能、抗收缩性能与高弹性能，在材料被高温蒸煮或高温消毒过程中不会变形且保证了材料再次使用时的抗菌杀毒性能与孔隙率不变的特点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的一种抗菌防护环保复合聚合物材料，其特征在于，包括以下重量组份：
十四烷基二甲基苄基氯化铵20份；
聚丙烯50份；
掺杂稀土金属Ce改性纳米SiO2 15份；
纳米银粒子10份；
改性玉米秸秆纤维30份；
三硅醇乙酯倍半硅氧烷25份；
硅烷偶联剂KH550 5份；
过硫酸铵3份；
碳酸二甲酯3份；
3-巯基丙基三甲氧基硅烷8份；
烯丙基缩水甘油醚2份。
其中，通过掺杂稀土金属Ce改性纳米SiO2的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量组份计，将20份Si(COOCH3)4和40份的Ce(NO3)3分别溶于蒸馏水中，分别形成Si(COOCH3)4溶液与Ce(NO3)3溶液，保证Si4+与Ce3+的质量百分比为2％；
2)将所述Si(COOCH3)4溶于0.5M浓度的NaOH溶液中，于60℃下以150rp转速搅拌30min；
3)将所述Ce(NO3)3溶液加入到所述步骤2)得到的混合物中，继续于60℃下以150rpm转速搅拌10min；
4)将所述步骤3)得到的混合溶液于90℃下静置1h；
5)将所述步骤4)得到的混合物用蒸馏水清洗2次，以甲醇溶液清洗2次，以5000rpm转速离心，取沉淀于30℃下烘干，得到所述掺杂稀土金属Ce的改性纳米SiO2。
本实施例提供的上述抗菌防护环保复合聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50份的聚丙烯溶于蒸馏水与甲醇的混合溶液中，其中蒸馏水与甲醇以体积比1:1混合形成蒸馏水与甲醇的混合溶液；
S2：将30份的改性玉米秸秆纤维、2.5份的硅烷偶联剂KH550加入至所述S1步骤的混合溶液中，以50rpm搅拌15min；
S3：将所述重量组份的十四烷基二甲基苄基氯化铵于70℃～90℃溶于甲醇中，搅拌均匀后加入所述S2步骤得到的混合溶液中，加入所述重量组份的碳酸二甲酯，于25℃～28℃下搅拌1.5h～2h，得到十四烷基二甲基苄基氯化铵改性聚丙烯；
S4：将20份的改性纳米金属氧化物、10份的纳米银粒子和所述步骤S3得到的十四烷基二甲基苄基氯化铵改性聚丙烯共同溶于蒸馏水中，加入2.5份的硅烷偶联剂KH550、1份的过硫酸铵、0.67份的烯丙基缩水甘油醚，于80℃～100℃下以300rpm～400rpm搅拌10min～15min；
S5：将2份的过硫酸铵、1.33份的烯丙基缩水甘油醚加入所述S4步骤得到的混合物，于80℃下以300rpm搅拌10min，以10℃/min的速率降温至25℃，反应20min，然后于100℃下烘干，得到掺杂稀土金属Ce改性纳米SiO2-纳米银粒子掺杂的十四烷基二甲基苄基氯化铵改性聚丙烯；
S6：将25份的三硅醇乙酯倍半硅氧烷、8份的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于蒸馏水中，形成表面改性溶液，将所述S5步骤得到的掺杂稀土金属Ce改性纳米SiO2-纳米银粒子掺杂的十四烷基二甲基苄基氯化铵改性聚丙烯浸没于所述表面改性溶液于20℃、5rpm振荡频率下反应30mi，得到抗菌防护环保复合聚合物材料前体凝胶，采用乙醇洗涤2次，然后置于100℃下风干固化1h，得到所述抗菌防护环保复合聚合物。
本实施例得到的复合聚合物材料可以应用于窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩的制作。
实施例2
本实施例提供的一种抗菌防护环保复合聚合物材料，包括以下重量组份：
十二烷基二甲基苄基溴化铵25份；
聚乳酸60份；
掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO 25.5份；
纳米金粒子15份；
改性竹纤维35份；
三硅醇乙酯倍半硅氧烷35份；
硅烷偶联剂KH570 7.5份；
过硫酸铵4份；
碳酸二甲酯4份；
3-巯基丙基三甲氧基硅烷11.5份；
烯丙基缩水甘油醚2.5份。
其中，通过掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量组份计，将25份Cu(COOCH3)2和50份的Sm(NO3)3·6H2O分别溶于蒸馏水中，分别形成Cu(COOCH3)2溶液与Sm(NO3)3溶液，保证Cu2+与Sm3+离子的质量百分比为2.5％；
2)将Cu(COOCH3)2溶液溶于0.75M浓度的NaOH溶液中，于70℃下以175rpm转速搅拌32min；
3)将Sm(NO3)3溶液加入到所述步骤2)得到的混合物中，继续于70℃下以175rpm转速搅拌15min；
4)将所述步骤3)得到的混合溶液于95℃下静置1.5h；
5)将所述步骤4)得到的混合物用蒸馏水清洗3次，以甲醇溶液清洗2次，以6500rpm转速离心，取沉淀于40℃下烘干，得到掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO。
本实施例还提供上述抗菌防护环保复合聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将60份的聚乳酸溶于蒸馏水与甲醇的混合溶液中，其中蒸馏水与甲醇以体积比1:2混合形成蒸馏水与甲醇的混合溶液；
S2：将35份的改性竹纤维、3.25份的硅烷偶联剂KH570加入至所述S1步骤的混合溶液中，以65rpm搅拌17min；
S3：将25份的十二烷基二甲基苄基溴化铵于80℃溶于甲醇中，搅拌均匀后加入所述S2步骤得到的混合溶液中，加入4份的碳酸二甲酯，于26.5℃下搅拌1.75h，得到十二烷基二甲基苄基溴化铵改性聚乳酸；
S4：将25.5份的掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO、15份的纳米金粒子和所述步骤S3得到的十二烷基二甲基苄基溴化铵改性聚乳酸共同溶于蒸馏水中，加入3.25份的硅烷偶联剂KH570、1.33份的过硫酸铵、0.85份的烯丙基缩水甘油醚，于90℃下以350rpm搅拌12min；
S5：将2.67份的过硫酸铵、1.7份的烯丙基缩水甘油醚加入所述S4步骤得到的混合物，于90℃下以350rpm搅拌12min，以10℃/min的速率降温至26.5℃，反应25min，然后于125℃下烘干，得到掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO-纳米金粒子掺杂的十二烷基二甲基苄基溴化铵改性聚乳酸；
S6：将35份的三硅醇乙酯倍半硅氧烷、11.5份的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于蒸馏水中，形成表面改性溶液，将所述S5步骤得到的掺杂稀土金属Sm改性纳米CuO-纳米金粒子掺杂的十二烷基二甲基苄基溴化铵改性聚乳酸浸没于所述表面改性溶液于21.5℃、7rpm振荡频率下反应37.5min，得到抗菌防护环保复合聚合物材料前体凝胶，采用乙醇洗涤3次，然后置于105℃下风干固化1.25h，得到所述抗菌防护环保复合聚合物。
本实施例得到的复合聚合物材料可以应用于窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩的制作。
实施例3
本实施例提供的一种抗菌防护环保复合聚合物材料，包括以下重量组份：
甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵30份；
聚乙烯醇75份；
掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO 30份；
纳米铁粒子20份；
改性荞麦皮纤维40份；
三硅醇乙酯倍半硅氧烷45份；
硅烷偶联剂KH792 10份；
过硫酸铵5份；
碳酸二甲酯5份；
3-巯基丙基三甲氧基硅烷15份；
烯丙基缩水甘油醚3份。
其中，通过掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量组份计，将30份Zn(COOCH3)2和60份的Eu(NO3)3·6H2O分别溶于蒸馏水中，分别形成Zn(COOCH3)2溶液与Eu(NO3)3溶液，保证Zn2+与Eu3+的质量百分比为2％～3％；
2)将Zn(COOCH3)2溶液溶于1M浓度的NaOH溶液中，于80℃下以200rpm转速搅拌35min；
3)将Eu(NO3)3溶液加入到所述步骤2)得到的混合物中，继续于80℃下以200rpm转速搅拌20min；
4)将所述步骤3)得到的混合溶液于100℃下静置2h；
5)将所述步骤4)得到的混合物用蒸馏水清洗3次，以甲醇溶液清洗3次，以8000rpm转速离心，取沉淀于50℃下烘干，得到掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO。
本实施例提供的上述的抗菌防护环保复合聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将75份的聚乙烯醇溶于蒸馏水与甲醇的混合溶液中，其中蒸馏水与甲醇以体积比1:3混合形成蒸馏水与甲醇的混合溶液；
S2：将40份的改性荞麦皮纤维、5份的硅烷偶联剂KH792加入至所述S1步骤的混合溶液中，以80rpm搅拌20min；
S3：将30份的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵于90℃溶于甲醇中，搅拌均匀后加入所述S2步骤得到的混合溶液中，加入5份的碳酸二甲酯，于28℃下搅拌2h，得到甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵改性聚乙烯醇；
S4：将30份的掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO、20份的纳米金属粒子和所述步骤S3得到的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵改性聚乙烯醇共同溶于蒸馏水中，5份的硅烷偶联剂、1.67份的过硫酸铵、1份的烯丙基缩水甘油醚，于100℃下以400rpm搅拌15min；
S5：将3.33份的过硫酸铵、2份的烯丙基缩水甘油醚加入所述S4步骤得到的混合物，于100℃下以400rpm搅拌15min，以10℃/min的速率降温至28℃，反应30min，然后于150℃下烘干，得到掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO-纳米铁粒子掺杂的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵改性聚乙烯醇；
S6：将45份的三硅醇乙酯倍半硅氧烷、15份的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于蒸馏水中，形成表面改性溶液，将所述S5步骤得到的掺杂稀土金属Eu改性纳米ZnO-纳米铁粒子掺杂的甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵改性聚乙烯醇浸没于所述表面改性溶液于23℃、10rpm振荡频率下反应45min，得到抗菌防护环保复合聚合物材料前体凝胶，采用乙醇洗涤3次，然后置于110℃下风干固化1.5h，得到所述抗菌防护环保复合聚合物。
本实施例得到的复合聚合物材料可以应用于窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩的制作。
对比实施例1
采用革兰氏阴性大肠杆菌、革兰氏阴性肺炎克雷伯氏菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌作为试验菌种，定性本发明实施例1-3以及专利申请文件201711471652.3实施例1得到的压纹无纺布的抗菌性能，将本发明实施例1-3以及中国专利201711471652.3实施例1得到的压纹无纺布裁剪成直径为10cm的圆片后，放置在带有上述细菌的培养皿中，以中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布的国家标准SN/T 3122-2012《无机抗菌材料抗菌性能试验方法》中的抑菌圈法进行定性试验测定。以抑菌圈的圈宽度为测定指标，结果见表1。(宽度大于1mm具有极好的抗菌性能，0-1mm其抑菌效果好，无抑菌圈或在样品底部无菌表明其抑菌效果较好)
表1
Figure BDA0002404143020000111
Figure BDA0002404143020000121
由表3可知，本发明的实施例1-3提供的复合聚合物具有极好或较好的抑菌效果，而中国专利201711471652.3的实施例1得到的压纹无纺布不具有抑菌效果，由此可见，采用本申请所要求的保护的制备复合聚合物的材料组分、其含量及方法得到复合聚合物具有更好的抗菌杀毒效果。
对比实施例2
采用瑞典百欧林科技公司的型号为
Figure BDA0002404143020000123
Theta Flex的光学接触角测量仪，依照国家标准GB/T 30693-2014《塑料薄膜与水接触角的测量》对本发明提供的实施例1-3及中国专利201711471652.3的实施例1得到的压纹无纺布的水平静态接触角来反应其疏水性能(CA越大，材料的疏水性能越好，CA＞150°，表明材料具有超疏水性。)结果见表2。
表2
Figure BDA0002404143020000122
由对比实施例2可见，本发明提供的实施例1-3的复合聚合物材料具有更大的水平静态接触角，因此具有更好的疏水性，对于复合物材料外的飞沫或空气中附着的病毒、细菌和微生物有更强的阻断能力，附着有病毒、细菌和微生物飞沫或空气更不易粘附于该复合聚合物表面，因此该口罩具有更强的抗菌和疏水隔离作用，同时，也减少了口罩受污染的几率，延长了使用寿命，减少了更换次数。
对比实施例3
采用国家标准GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》测定本发明提供的实施例1-3及中国专利201711471652.3的实施例1得到的压纹无纺布的经向和纬向断裂强度和断裂伸长率；采用织物折皱弹性仪测定折皱回复角测试；采用YG742型汽蒸热收缩仪，根据FZ/T20021-99测试汽蒸收缩性；采用FX3150型透湿量测试仪，依据GB/T2704-1991《织物透湿量测定方法》测试织物的透湿量。结果见表3。
表3
Figure BDA0002404143020000131
由表3可见，本发明实施例1-3得到的复合聚合物相对于中国专利201711471652.3的实施例1得到的压纹无纺布具有较高的断裂强度、较高的断裂伸长率和折叠回复角以及较高的汽蒸收缩性，因而具有更好的形状回复能力以及更高的抗收缩性能，不易形变，且透湿量较高。本发明实施例1-3得到的复合聚合物的断裂强度和汽蒸收缩性，相对于中国专利201711471652.3的实施例1得到的压纹无纺布在经向与纬向上，没有差异度较大的情况，因此，更加适合一体成型制作口罩等具有抗菌过滤性能的产品，减少了生产步骤，提高生产效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗菌防护环保复合聚合物材料，其特征在于，包括以下重量组份：
苄基季铵盐 20份～30份；
生物相容高分子聚合物 50份～75份；
改性纳米金属氧化物 15份～30份；
纳米金属粒子 10份～20份；
改性纤维 30份～40份；
三硅醇乙酯倍半硅氧烷 25份～45份；
硅烷偶联剂 5份～10份；
过硫酸铵 3份～5份；
碳酸二甲酯 3份～5份；
3-巯基丙基三甲氧基硅烷 8份～15份；
烯丙基缩水甘油醚 2份～3份。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，所述苄基季铵盐为十四烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，所述生物相容高分子聚合物为聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或聚己内酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，所述纳米金属粒子为纳米银粒子、纳米金粒子、纳米铁粒子或纳米锌粒子中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，所述纳米金属氧化物为TiO2、SiO2、CeO2、CuO、ZnO或ZrO2中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，改性纳米金属氧化物为通过掺杂稀土金属的改性纳米金属氧化物，所述掺杂的稀土金属为Ce、Sm、Ag、Eu或Co中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，通过掺杂稀土金属改性纳米金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量组份计，将20份～30份脱水金属醋酸盐和40份～60份的稀土金属硝酸盐分别溶于蒸馏水中，分别形成金属醋酸盐溶液与稀土金属硝酸盐溶液，保证金属离子与稀土金属离子的质量百分比为2％～3％；
2)将所述金属醋酸盐溶液溶于0.5M～1M浓度的NaOH溶液中，于60℃～80℃下以150rpm～200rpm转速搅拌30min～35min；
3)将所述稀土金属硝酸盐溶液加入到所述步骤2)得到的混合物中，继续于60℃～80℃下以150rpm～200rpm转速搅拌10min～20min；
4)将所述步骤3)得到的混合溶液于90℃～100℃下静置1h～2h；
5)将所述步骤4)得到的混合物用蒸馏水清洗2次～3次，以甲醇溶液清洗2次～3次，以5000rpm～8000rpm转速离心，取沉淀于30℃～50℃下烘干，得到所述掺杂稀土金属的改性纳米金属氧化物。
8.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物织物，其特征在于，所述改性纤维为改性玉米秸秆纤维、改性竹纤维、改性水稻秸秆纤维、改性荞麦皮纤维。
9.根据权利要求1所述的一种抗菌防护环保复合聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述重量组份的生物相容高分子聚合物溶于蒸馏水与甲醇的混合溶液中，其中蒸馏水与甲醇以体积比1:1～1:3混合形成蒸馏水与甲醇的混合溶液；
S2：将所述重量组份的改性纤维、二分之一所述重量组份的硅烷偶联剂加入至所述S1步骤的混合溶液中，以50rpm～80rpm搅拌15min～20min；
S3：将所述重量组份的苄基季铵盐于70℃～90℃溶于甲醇中，搅拌均匀后加入所述S2步骤得到的混合溶液中，加入所述重量组份的碳酸二甲酯，于25℃～28℃下搅拌1.5h～2h，得到苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物；
S4：将所述重量组份的改性纳米金属氧化物、纳米金属粒子和所述步骤S3得到的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物共同溶于蒸馏水中，加入剩余二分之一的所述重量组份的硅烷偶联剂、三分之一所述重量组份的过硫酸铵、三分之一所述重量组份的烯丙基缩水甘油醚，于80℃～100℃下以300rpm～400rpm搅拌10min～15min；
S5：将剩余三分之二所述重量组份的过硫酸铵、三分之二所述重量组份的烯丙基缩水甘油醚加入所述S4步骤得到的混合物，于80℃～100℃下以300rpm～400rpm搅拌10min～15min，以10℃/min的速率降温至25℃～28℃，反应20min～30min，然后于100℃～150℃下烘干，得到改性纳米金属氧化物-纳米金属粒子掺杂的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物；
S6：将所述重量组份的三硅醇乙酯倍半硅氧烷、所述重量组份的3-巯基丙基三甲氧基硅烷溶于蒸馏水中，形成表面改性溶液，将所述S5步骤得到的改性纳米金属氧化物-纳米金属粒子掺杂的苄基季铵盐改性生物相容高分子复合物浸没于所述表面改性溶液于20℃～23℃、5rpm～10rpm振荡频率下反应30min～45min，得到抗菌防护环保复合聚合物材料前体凝胶，采用乙醇洗涤2次～3次，然后置于100℃～110℃下风干固化1h～1.5h，得到所述抗菌防护环保复合聚合物。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的复合聚合物材料在窗布、空调、空气净化器、纱窗、衣服、裤子和口罩中的应用。
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