一种抗菌无纺布及其制备方法
阅读说明：本技术 一种抗菌无纺布及其制备方法 (Antibacterial non-woven fabric and preparation method thereof ) 是由 赵天宇 梁磊 周效 邢旺 张鑫宇 郭文英 王煜甫 姚雨辰 陈鹏 于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种抗菌无纺布,所述抗菌无纺布以高分子基材与抗菌材料为原料,其中抗菌材料以四针状氧化锌、乙二醇聚氧乙烯醚、氧化镧和氧化铈为主要原料,通过将氧化镧和氧化铈进行溶解然后调节pH为7-9,燃烧后加入到四针状氧化锌和乙二醇聚氧乙烯醚与水组成的悬浊液中,进行干燥、灼烧,然后与复合添加剂、乙二醇聚氧乙烯醚研磨得到；抗菌材料能够与高分子基材实现良好的相容,得到的无纺布具有良好的抑菌性能,其中对金黄色葡萄球菌的抑制率达到99％,且耐洗涤,经过3次洗涤之后,对金黄色葡萄球菌的抑制率达到95％,此外,抗菌材料的加入并不会降低高分子基材的机械性能,使用性能优良。(The invention provides an antibacterial non-woven fabric, which takes a high polymer base material and an antibacterial material as raw materials, wherein the antibacterial material takes tetrapod-shaped zinc oxide, glycol polyoxyethylene ether, lanthanum oxide and cerium oxide as main raw materials, lanthanum oxide and cerium oxide are dissolved, then the pH value is adjusted to 7-9, the dissolved lanthanum oxide and cerium oxide are added into a suspension consisting of the tetrapod-shaped zinc oxide, the glycol polyoxyethylene ether and water after combustion, drying and firing are carried out, and then the obtained product is ground with a composite additive and the glycol polyoxyethylene ether; the antibacterial material can be well compatible with the high-molecular base material, the obtained non-woven fabric has good antibacterial performance, wherein the inhibition rate of staphylococcus aureus reaches 99%, the non-woven fabric is washing-resistant, the inhibition rate of staphylococcus aureus reaches 95% after 3 times of washing, in addition, the mechanical performance of the high-molecular base material cannot be reduced due to the addition of the antibacterial material, and the using performance is good.)
技术领域
本发明属于无纺布技术领域，具体涉及一种抗菌无纺布及其制备方法。
背景技术
具有抗菌性能的无纺布具有一定的抑菌作用，具有广阔的应用市场。现有技术中关于抗菌无纺布的研究普遍使用含有金属或有机物的抗菌剂，在使用过程中，存在不耐洗涤，抗菌剂流失的问题，一方面抗菌性能会损失，另一方面抗菌剂会进入到环境中，对环境造成污染；此外现有技术中的抗菌无纺布存在结构复杂，制备方法复杂，抗菌效率低的技术问题。
发明内容
为了解决以上的技术问题，本发明提供一种抑菌率高，长效抑菌的抗菌无纺布及其制备方法。
本发明提供的抗菌无纺布，包括高分子基材和抗菌材料，所述抗菌材料为高分子基材的8-10wt％；
所述抗菌材料的制备方法包括以下步骤：
(a)取100-150重量份四针状氧化锌和200-240重量份乙二醇聚氧乙烯醚，加入去离子水950-1050重量份，搅拌均匀，得到第一悬浊液；
(b)分别取25-35重量份的氧化镧和25-35重量份的氧化铈，加入到50-150重量份的去离子水中，然后加入浓硝酸至固体溶化，搅拌至溶液冷却，得到溶液体系；
(c)向步骤(b)所述的溶液体系中加入碳酸钠，搅拌至出现沉淀物后加速搅拌，然后滴加碳酸钠至pH为7-9，得到第二悬浊液；
(d)将步骤(c)得到的第二悬浊液进行干燥，得到第一粉体，然后将第一粉体进行加热至燃烧，得到粉体产物，将粉体产物加入步骤(a)得到的第一悬浊液中，分散均匀，得到第三悬浊液；
(e)将步骤(d)得到的第三悬浊液进行干燥、灼烧，得到第二粉体，然后将第二粉体与复合添加剂、乙二醇聚氧乙烯醚混合，充分研磨，得到所述抗菌材料。
本发明提供的抗菌无纺布以高分子基材与抗菌材料为原料，其中抗菌材料以四针状氧化锌、乙二醇聚氧乙烯醚、氧化镧和氧化铈为主要原料，通过将氧化镧和氧化铈进行溶解然后调节pH为7-9，燃烧后加入到四针状氧化锌和乙二醇聚氧乙烯醚与水组成的悬浊液中，进行干燥、灼烧，然后与复合添加剂、乙二醇聚氧乙烯醚研磨得到。
本发明提供的抗菌材料在使用的过程中通过接触空气和水分子，会缓慢的解离出微弱的金属离子，稀土铈及锌离子可以通过影响细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH)，使其失活，从而使细菌和病毒无法代谢直至消亡。另一方面，在光的催化下，稀土抗菌成分价带中的电子被激发到导带，形成带负电荷的高活性电子，同时在价带上也产生带有正电荷的空穴。在电场作用下，电子和空穴对发生分离而迁移到无纺布表面上的不同位置。稀土-锌离子将分布在载体表面的空穴与吸附在表面的OH-和H2O氧化成-OH自由基。而高活性电子则具有较强的还原能力，可将无纺布表面的氧还原成O2-，也可将水中的金属离子还原，其中-OH自由基的氧化能力可使有机物氧化降解，破环病毒、细菌的细胞结构从而具有抗菌效果。
通常情况下，普通抗菌材料需获得接近紫外线波长的光线照射，才会进行光催化作用，在较窄的光源范围内，普通抗菌剂会出现不抗菌的可能。但由于稀土元素4f电子层的激发效果以及稀土与四针状氧化锌的有效复合，稀土抗菌无纺布中稀土改性抗菌成分的激发光谱范围得以扩大，也就是说在相同的光源范围内，本发明提供的稀土改性复合抗菌成分表现出更强的抗菌效果。
本发明提供的抗菌材料能够与高分子基材实现良好的相容，得到的无纺布具有良好的抑菌性能，其中对金黄色葡萄球菌的抑制率达到99％，且耐洗涤，经过3次洗涤之后，对金黄色葡萄球菌的抑制率达到95％，此外，抗菌材料的加入并不会降低高分子基材的机械性能，使用性能优良。
上述的抗菌无纺布，所述基材为聚丙烯腈。
上述的抗菌无纺布，优选地，所述抗菌材料的制备方法步骤(a)中，所述搅拌的速率为1800-2200r/s，搅拌的时间为5-30min。
上述的抗菌无纺布，优选地，所述抗菌材料的制备方法步骤(b)中，所述浓硝酸的浓度为95％，所述浓硝酸的加入量为使体系内固体完全溶化为止。优选地，步骤(c)为向步骤(b)所述的溶液体系中缓慢加入碳酸钠，搅拌至出现沉淀物后加速搅拌，然后减缓碳酸钠的滴加速度至pH至7-9，得到第二悬浊液。
步骤(d)中，优选操作方法为：将步骤(c)得到的第二悬浊液置于水浴中进行搅拌干燥，得到第一粉体，然后将第一粉体置于加热板上缓慢加热至粉体燃烧，得到粉体产物，将粉体产物加入步骤(a)得到的第一悬浊液中，超声振荡10-20min后以2800-3000r/s的速率搅拌5-10min至均匀，得到第三悬浊液。
上述的抗菌无纺布，优选地，所述抗菌材料的制备方法步骤(e)中，所述干燥的温度为60℃，时间为24h；所述灼烧的温度为1000℃，时间为2h。
上述的抗菌无纺布，优选地，所述抗菌材料的制备方法步骤(e)中，所述复合添加剂包括以下重量百分比的组分：30％钠长石，20％石英，10％膨润土，20％钟乳石和20％粘土。
上述的抗菌无纺布，优选地，所述抗菌材料的制备方法步骤(e)中，所述复合添加剂为15-30重量份，所述乙二醇聚氧乙烯醚为30-40重量份。
本发明提供上述的抗菌无纺布的制备方法，包括以下步骤：
取1重量份高分子基材加入到1.2-1.5重量份的溶剂中，混合均匀，得到高分子基材溶液；取抗菌材料和N,N-二甲基乙酰胺进行球磨，所述抗菌材料与N,N-二甲基乙酰胺的重量比为1:2.5-3.5，得到分散液；取0.6-0.8重量份的高分子基材溶液加入到1重量份的分散液中，得到纺丝液，然后进行纺丝，得到所述抗菌无纺布。
优选地，所述基材为聚丙烯腈，溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，高分子基材溶液的制备过程为：将聚丙烯腈与N,N-二甲基乙酰胺混合在70℃搅拌2h，得到聚丙烯腈溶液。
优选地，所述球磨的速率为1200-1800r/min，时间为16-20h。
优选地，所述纺丝液的浓度为0.12-0.18g/mL。
本发明的有益效果为：
本发明提供的抗菌无纺布，通过高分子基材与抗菌材料制备纺丝液，进行溶液纺丝得到；本发明提供的抗菌材料以四针状氧化锌、乙二醇聚氧乙烯醚、氧化镧和氧化铈为主要原料，通过将氧化镧和氧化铈进行溶解然后调节pH为7-9，燃烧后加入到四针状氧化锌和乙二醇聚氧乙烯醚与水组成的悬浊液中，进行干燥、灼烧，然后与复合添加剂、乙二醇聚氧乙烯醚研磨得到。本发明提供的抗菌材料能与高分子基材实现良好的相容，得到的抗菌无纺布抗菌性能优良，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99％，并且使用性能优良。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
一种抗菌无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料；
所述抗菌材料为聚丙烯腈的8wt％；
所述抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)取100重量份四针状氧化锌和200重量份乙二醇聚氧乙烯醚，加入去离子水950重量份，以1800r/s的速率搅拌30min至均匀，得到第一悬浊液；
(b)分别取25重量份的氧化镧和25重量份的氧化铈，加入到50重量份的去离子水中，然后加入浓度为95％的浓硝酸直至固体完全溶化，搅拌至溶液冷却，得到溶液体系；
(c)向步骤(b)所述的溶液体系中缓慢加入碳酸钠，搅拌至出现沉淀物后加速搅拌，然后减缓碳酸钠的滴加速度至pH为7，得到第二悬浊液；
(d)将步骤(c)得到的第二悬浊液置于水浴中进行搅拌干燥，得到第一粉体，然后将第一粉体置于加热板上缓慢加热至粉体燃烧，得到粉体产物，将粉体产物加入步骤(a)得到的第一悬浊液中，超声振荡10min后以2800r/s的速率搅拌10min至均匀，得到第三悬浊液；
(e)将步骤(d)得到的第三悬浊液在60℃下干燥24h，然后在1000℃灼烧2h，得到第二粉体，然后将第二粉体加入到15重量份的复合添加剂和40重量份的乙二醇聚氧乙烯醚中，所述复合添加剂包括以下重量百分比的组分：20％钠长石，30％石英，5％膨润土，25％钟乳石和20％粘土，充分研磨，得到所述抗菌材料。
上述抗菌无纺布的制备方法，包括以下步骤：
将1重量份的聚丙烯腈与1.2重量份的N,N-二甲基乙酰胺混合在70℃搅拌2h，得到聚丙烯腈溶液；取抗菌材料和N,N-二甲基乙酰胺进行球磨，球磨的速率为1800r/min，时间为16h，所述抗菌材料与：N,N-二甲基乙酰胺：锆球的重量比为1:2.5:15，得到分散液；将0.8重量份的聚丙烯腈溶液加入到1重量份的分散液中，得到纺丝液，所述纺丝液的浓度为0.12g/mL，然后进行纺丝，得到所述抗菌无纺布。
实施例2
一种抗菌无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料；
所述抗菌材料为聚丙烯腈的10wt％；
所述抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)取150重量份四针状氧化锌和240重量份乙二醇聚氧乙烯醚，加入去离子水1050重量份，以2200r/s的速率搅拌5min至均匀，得到第一悬浊液；
(b)分别取35重量份的氧化镧和35重量份的氧化铈，加入到150重量份的去离子水中，然后加入浓度为95％的浓硝酸直至固体完全溶化，搅拌至溶液冷却，得到溶液体系；
(c)向步骤(b)所述的溶液体系中缓慢加入碳酸钠，搅拌至出现沉淀物后加速搅拌，然后减缓碳酸钠的滴加速度至pH为9，得到第二悬浊液；
(d)将步骤(c)得到的第二悬浊液置于水浴中进行搅拌干燥，得到第一粉体，然后将第一粉体置于加热板上缓慢加热至粉体燃烧，得到粉体产物，将粉体产物加入步骤(a)得到的第一悬浊液中，超声振荡20min后以3000r/s的速率搅拌5min至均匀，得到第三悬浊液；
(e)将步骤(d)得到的第三悬浊液在60℃下干燥24h，然后在1000℃灼烧2h，得到第二粉体，然后将第二粉体与30重量份的复合添加剂、40重量份的乙二醇聚氧乙烯醚混合，所述复合添加剂包括以下重量百分比的组分：30％钠长石，20％石英，10％膨润土，20％钟乳石和20％粘土，充分研磨，得到所述抗菌材料。
上述抗菌无纺布的制备方法，包括以下步骤：
将1重量份的聚丙烯腈与1.5重量份的N,N-二甲基乙酰胺混合在70℃搅拌2h，得到聚丙烯腈溶液；取抗菌材料和N,N-二甲基乙酰胺进行球磨，球磨的速率为1200r/min，时间为20h，所述抗菌材料与：N,N-二甲基乙酰胺：锆球的重量比为1:3.5:15，得到分散液；将0.6重量份的聚丙烯腈溶液加入到1重量份的分散液中，得到纺丝液，所述纺丝液的浓度为0.12g/mL，然后进行纺丝，得到所述抗菌无纺布。
实施例3
一种抗菌无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料；
所述抗菌材料为聚丙烯腈的9wt％；
所述抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)取120重量份四针状氧化锌和220重量份乙二醇聚氧乙烯醚，加入去离子水1000重量份，以2000r/s的速率搅拌10min至均匀，得到第一悬浊液；
(b)分别取30重量份的氧化镧和30重量份的氧化铈，加入到100重量份的去离子水中，然后加入浓度为95％的浓硝酸直至固体完全溶化，搅拌至溶液冷却，得到溶液体系；
(c)向步骤(b)所述的溶液体系中缓慢加入碳酸钠，搅拌至出现沉淀物后加速搅拌，然后减缓碳酸钠的滴加速度至pH为8，得到第二悬浊液；
(d)将步骤(c)得到的第二悬浊液置于水浴中进行搅拌干燥，得到第一粉体，然后将第一粉体置于加热板上缓慢加热至粉体燃烧，得到粉体产物，将粉体产物加入步骤(a)得到的第一悬浊液中，超声振荡15min后以3000r/s的速率搅拌10min至均匀，得到第三悬浊液；
(e)将步骤(d)得到的第三悬浊液在60℃下干燥24h，然后在1000℃灼烧2h，得到第二粉体，然后将第二粉体与40重量份复合添加剂和30重量份乙二醇聚氧乙烯醚混合，所述复合添加剂包括：20％钠长石，30％石英，5％膨润土，25％钟乳石和20％粘土，充分研磨，得到所述抗菌材料。
上述抗菌无纺布的制备方法，包括以下步骤：
将1重量份聚丙烯腈与1.3重量份N,N-二甲基乙酰胺混合在70℃搅拌2h，得到聚丙烯腈溶液；取抗菌材料和N,N-二甲基乙酰胺进行球磨，球磨的速率为1500r/min，时间为18h，所述抗菌材料：N,N-二甲基乙酰胺：锆球的重量比为1:3:15，得到分散液；将1重量份的聚丙烯腈溶液加入到1重量份的分散液中，得到纺丝液，所述纺丝液的浓度为0.15g/mL，然后进行纺丝，得到所述抗菌无纺布。
对比例1
一种聚丙烯腈无纺布，来源为市售。
对比例2
一种无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料，所述抗菌材料为聚丙烯腈的9wt％；
所述抗菌材料的制备方法与实施例3其他步骤相同，不同的是，步骤(a)为：取45重量份四针状氧化锌和80重量份聚氧乙烯-20000，加入去离子水600重量份，搅拌均匀，得到第一悬浊液；
所述抗菌无纺布的制备方法与实施例3相同。
对比例3
一种无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料，所述抗菌材料为聚丙烯腈的5wt％；
所述抗菌材料的制备方法与实施例3相同。
所述抗菌无纺布的制备方法与实施例3相同。
对比例4
一种无纺布，包括聚丙烯腈和抗菌材料，所述抗菌材料为聚丙烯腈的20wt％；
所述抗菌材料的制备方法与实施例3相同。
所述抗菌无纺布的制备方法与实施例3相同。
实验例
1.抗菌性能检测
以金黄色葡萄球菌为测试微生物，根据GB/T20944.3分别对实施例1-3以及对比例1-4得到的无纺布进行抗菌性能检测，以对比例1的无纺布为空白对照，计算各组的抗菌性能，并将无纺布洗涤3次，检测其抗菌性能，结果见表1。
抗菌率＝(空白对照组接触菌落后培养18h后的活菌浓度-无纺布接触菌落之后培养18h后的活菌浓度)/空白对照组接触菌落后培养18h后的活菌浓度×100％
表1不同无纺布的抗菌性能结果
从表1的结果可以看出，本发明提供的抗菌无纺布针对金黄色葡萄球菌具有良好的抑制作用，其抑菌率达到99％，且本发明提供的抗菌无纺布经过3次洗涤之后，其抗菌率仍然较高，这说明抗菌材料与高分子基材之间的结合牢固，抗菌失效长。而对比例2以四针状氧化锌与聚氧乙烯-20000为原料制备第一悬浊液，得到的无纺布，其对金黄色葡萄球菌的抑制性能并不理想，且经过3次洗涤之后，抗菌性能大大下降；当抗菌材料在高分子基材中的添加量过小时得到的对比例3的抑菌性能也较差。这说明本发明通过高分子基材与抗菌材料之间共同作用，实现良好的融合，得到的抗菌无纺布具有良好的抑菌作用，功效突出。
2.检测实施例1-3以及对比例2-4得到的无纺布的机械强度，结果见表2。
从表2的结果可以看出，实施例1-3得到的抗菌无纺布的拉伸断裂强度加高，达到50cN，断裂伸长率达到25％，而对比例2-4得到的无纺布的机械性能欠佳。结果说明本发明提供的抗菌无纺布中抗菌材料与高分子基材实现良好的相容，抗菌材料对无纺布的机械性能没有影响。
从表1和表2的结果可以看出，本发明提供的抗菌无纺布中抗菌材料与高分子基材之间相容性良好，抑菌性能优异，具有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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