CN111593425A - 一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法，使用的纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达300‑520nm；本发明在纺丝溶液中加入纳米银溶胶和纳米二氧化钛溶胶，由于两种溶胶本身具有良好的吸附和抗菌作用，因此，可以赋予纤维良好的吸附空气中尘土颗粒的性能以及杀菌效果，此外，纺丝溶液中还加入壳聚糖，具有良好的生物相容性、抗菌性、生物可降解性和吸附重金属离子的能力，进一步提高纤维的抗菌性能，另外，二氧化钛溶胶、壳聚糖、纤维素间可以在一定程度上形成分子间氢键，有助于提高纤维性能的持久性。

Description

一种吸附空气中颗粒且抗菌的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，特别涉及一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法。
背景技术
随着空气污染越来越严重，各个城市出现的雾霾现象也越来越严重，人们越来越关注空气中的成分对身体的影响，空气中的二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。而普通口罩只具备一般的过滤功能，微小的细颗粒物仍能够穿过口罩进入鼻腔，而且不具备抗菌性。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点，将其用于空气过滤领域具有广阔的应用前景，但常规静电纺丝方法需要构建一个大电场，对设备要求较高，且所用的溶剂一般为含氟或氯溶剂，对人体有毒，因此，限制了这种方法的应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法，该方法工艺设备简单，直径可达纳米级，且所制备的纤维具有良好的抗菌性能，对空气中的细小粒子具有良好的吸附作用，且效果持久。
本发明的一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维，由壳聚糖、纤维素、纳米银溶胶、纳米二氧化钛溶胶、溶剂通过气体喷纺工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：纤维素20-40、壳聚糖10-25、溶剂80-130、纳米银溶胶3-8、纳米二氧化钛溶胶5-8。
所述溶剂包括乙酸溶液、DMF、乙醇、丙酮。
纳米纤维直径为300-520nm。
本发明还涉及上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌15-25min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；
(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌20-40min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；
(4)将壳聚糖和纤维素溶于溶剂中混合均匀，然后加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.002-10MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1-10m/s，喷丝口到收集板的距离为4-30cm。
本发明的有益效果在于：
(1)使用一种新的纺丝方法对壳聚糖和纤维素进行纺丝，纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达300-520nm，现有技术中并没有对壳聚糖和纤维素的该种纺丝方法；
(2)本发明在纺丝溶液中加入纳米银溶胶和纳米二氧化钛溶胶，由于两种溶胶本身具有良好的吸附和抗菌作用，因此，可以赋予纤维良好的吸附空气中尘土颗粒的性能以及杀菌效果，此外，纺丝溶液中还加入壳聚糖，具有良好的生物相容性、抗菌性、生物可降解性和吸附重金属离子的能力，进一步提高纤维的抗菌性能，另外，二氧化钛溶胶、壳聚糖、纤维素间可以在一定程度上形成分子间氢键，有助于提高纤维性能的持久性。
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
一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌15min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；
(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌20min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；
(4)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，将纤维素溶于DMF中，然后两个溶液混合均匀，加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.002MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1m/s，喷丝口到收集板的距离为10cm，纤维平均直径为501nm。
纤维素35、壳聚糖18、乙酸溶液30、DMF 80、纳米银溶胶5、纳米二氧化钛溶胶7。
实施例2
一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌20min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；
(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌25min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；
(4)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，将纤维素溶于DMF中，然后两个溶液混合均匀，加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.3MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.5m/s，喷丝口到收集板的距离为15cm，纤维平均直径为472nm。
纤维素40、壳聚糖15、乙酸溶液30、DMF 85、纳米银溶胶3、纳米二氧化钛溶胶5。
实施例3
一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌25min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；
(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌28min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；
(4)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，将纤维素溶于DMF中，然后两个溶液混合均匀，加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为20MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为1m/s，喷丝口到收集板的距离为25cm，纤维平均直径为383nm。
纤维素35、壳聚糖10、乙酸溶液30、DMF 90、纳米银溶胶5、纳米二氧化钛溶胶5。
对比例1-3分别为采用静电纺丝法对实施例1-3的纤维成分进行纺丝，所得的纤维直径分别为812、654、579nm。
将所制备的纤维织成窗纱，安装在窗户上，在室内通风，关上其他门窗，在雾霾天检测室内PM2.5浓度，进而测出阻挡率。然后以60天为一个周期，对其进行清洗，测试使用2个周期后的阻挡率。
表1
Figure BDA0001974389940000051
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 (5)

1.一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维，由壳聚糖、纤维素、纳米银溶胶、纳米二氧化钛溶胶、溶剂通过气体喷纺工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：纤维素20-40、壳聚糖10-25、溶剂80-130、纳米银溶胶3-8、纳米二氧化钛溶胶5-8。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，所述溶剂包括乙酸溶液、DMF、乙醇、丙酮。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，纳米纤维直径为300-520nm。
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)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌15-25min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；
(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌20-40min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；
(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；
(4)将壳聚糖和纤维素溶于溶剂中混合均匀，然后加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；
(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，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：载气压力为0.002-10MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1-10m/s，喷丝口到收集板的距离为4-30cm。
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