一种抗菌无纺布及其制备方法与流程

本发明涉及新材料技术领域，特别是涉及一种抗菌无纺布和一种抗菌无纺布的制备方法。

背景技术：

无纺布，又称不织布，是由定向或随机排列的纤维组成，因具有类似布的外观而被称为布。其主要成分有聚丙烯、聚氨酯等，在工业、农业、日化和医疗行业都有广泛的应用。尤其是在医疗、卫生行业，大量无纺布被用于制造防护服、手术衣、口罩、消毒布包、擦拭布、面巾以及一次性卫生用布等。随着细菌和病菌的日益猖獗，消费者对无纺布提出的功能要求不仅限于包装和覆盖，在某些特殊场所，如医院、诊所、病患集中区域，希望无纺布具有抗菌甚至抗病毒的功能，从而为现场的工作人员和患者提供更全方位的保护。此外，非疫情期间，各类传染性疾病的交叉感染也是在院内发生和完成。如何能在密闭拥挤的环境中，尽可能保护医务人员和未感染人群的健康，成为降低风险、减少损失的关键环节。由无纺布制成的口罩、防护服、防护帽和手术衣等，是保护医护人员和未感染人群的第一道物理屏障。此外，在医疗资源紧缺时，如何尽可能延长上述防护物品的有效抗菌、抗病毒时间，提高抗菌、抗病毒性能显得至关重要。尽管绝大多数的口罩、防护服、防护帽等均会经过防水处理，但致病菌、病毒等仍可在其表面存活数小时至数天不等。若不慎吸入或沾染，仍可能增加患病风险。

现有对面料、织物等进行抗菌、抗病毒处理的方法主要分为两类：一是内置具有抗菌抗病毒功能的纳米金属离子(如铜、银、锌等离子)或其他有效成分(如抗菌纳米粒子、壳聚糖、卤素、抗生素或其他天然/人工合成抗菌抗病毒成分)至纺丝原纤维，编入织物或面料中，在使用时通过接触或释放实现抗菌抗病毒效果；另一种是后处理技术，即纺织完成的面料通过后续化学或物理的工艺，将具有抗菌抗病毒的成分吸附或接枝在植入表面。最具代表性的有：季铵盐、季磷盐类，通过自身携带的高正电荷密度，与细菌带负电的胞膜或病毒带负电的遗传物质形成吸附作用，并进一步扰乱胞膜或遗传物质的稳定性和复制，进而起到抑菌或杀菌的作用。

现有技术中，多数是以化学试剂作为主要处理介质，尤其是能实现长效抗菌抗病毒的接枝处理，对化学链接剂或引发剂的依赖程度高，结束后往往会存在化学试剂残留现象，降低使用过程中对人体的安全性和亲肤性。无化学链接剂或引发剂的交联或接枝方法在以往也有公开，在打断侧链和主链基团时难以很好的控制共聚链被打断的程度，并且容易引起面料变脆、降解过速等问题；并且钴-60属放射源，对使用单位的资质要求很高，不利于在民企大规模推广。通过电子束辐照处理，随后浸入咪唑类离子抗菌剂溶液中完成接枝。电子束所携带能量和穿透深度均很低，且在运动时沿路径能量散失迅速，所处理得到的接枝效率和持久度均非常有限。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种抗菌无纺布和一种抗菌无纺布的制备方法。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种抗菌无纺布的制备方法，包括：

对无纺布基材进行预处理；

以金属为靶材，并采用带有规则排列孔结构的掩膜对所述预处理后的基材进行磁控溅射处理，在所述基材表面形成规则排列的金属微点阵列；

对所述基材表面的金属微点阵列进行蚀刻和/或剥离，形成圆锥形凸起微点阵列。

进一步地，所述以金属为靶材，并采用带有规则排列孔结构的掩膜对所述基材进行磁控溅射处理，在所述预处理后的基材表面形成规则排列的金属微点阵列的步骤，包括：

将磁控溅射处理过程中的气压抽真空至0.1-1.0pa，并对所述靶材加载4-8a的脉冲电流，处理占空比设置为20％-80％；所述处理时间设置为5-30分钟。

进一步地，所述对所述基材表面的金属微点阵列进行蚀刻和/或剥离，形成圆锥形凸起微点阵列的步骤，包括：

缓慢通入预设气体至所述金属微点阵列表面，维持真空室内气压在0.1-1.0pa，靶台上加载的脉冲偏压电压为5-15kv，频率为200-400hz，进行气体离子蚀刻和/或剥离，处理时间为10-30分钟；所述预设气体包括氩气、氧气、氮气中任意一种或多种组合。

本发明实施例公开了一种抗菌无纺布，包括：非织面料的基材，所述基材表面设置有规则排列的金属微点阵列。

进一步地，所述基材的材料包括尼龙、涤纶和腈纶中的一种或多种组合。

进一步地，所述金属微点阵列中的金属设置为银，或铜，或锌。

进一步地，所述微点阵列由至少三个微结构组成，所述微结构为圆柱体或圆锥体。

进一步地，所述微结构为圆柱体，所述圆柱体的直径为100-400μm，孔间隙为200-800μm，高度为150～1000nm。

进一步地，所述微结构为圆锥体，所述圆锥体的直径为200μm，椎顶直径为100-400nm，孔间隙为400μm，高度为150-1000nm。

进一步地，所述圆锥体的直径为200μm，椎顶直径为200nm，孔间隙为400μm。

本发明实施例包括以下优点：使用非化学反应体系，可减少化学交联剂或引发剂残留可能带来的健康危害；用金属微点阵列代替金属纳米粒子，可极大提高使用时的安全性，还可降低使用后垃圾清理过程中对环境可能造成的危害；以规则金属点状分布阵列代替表面金属致密涂层，可减少样品制备过程中对金属、尤其是贵金属的使用；以物理作用机理抗菌、抗病毒，可降低抗生素、抗菌制剂类药物的使用可能会造成的耐药性，降低超级细菌出现的概率。

附图说明

图1是本发明的一种抗菌无纺布的制备方法实施例中的掩膜结构示意图；

图2是本发明的一种抗菌无纺布的制备方法实施例中靶材、掩膜和基材放置位置结构示意图；

图3是本发明的一种抗菌无纺布的抗菌性能测试结果对比图；

图4是本发明的一种抗菌无纺布的制备方法实施例的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，提供了一种抗菌无纺布和一种抗菌无纺布的制备方法，包括非织面料的基材4，所述基材4表面为规则排列的金属微点阵列。使用非化学反应体系，可减少化学交联剂或引发剂残留可能带来的健康危害；用金属微点阵列代替金属纳米粒子，可极大提高使用时的安全性，还可降低使用后垃圾清理过程中对环境可能造成的危害；以规则金属点状分布阵列代替表面金属致密涂层，可减少样品制备过程中对金属、尤其是贵金属的使用；以物理作用机理抗菌、抗病毒，可降低抗生素、抗菌制剂类药物的使用可能会造成的耐药性，降低超级细菌出现的概率。

参照图1-4，本发明实施例公开了一种抗菌无纺布的制备方法，包括：

s100，对无纺布基材4进行预处理；

s200，以金属为靶材3，并采用带有规则排列孔结构1的掩膜2对所述预处理后的基材4进行磁控溅射处理，在所述基材4表面形成规则排列的金属微点阵列；

s300，对所述基材4表面的金属微点阵列进行蚀刻和/或剥离，形成圆锥形凸起微点阵列。

参照上述步骤所示，对无纺布基材4进行清洗、烘干等预处理步骤后进行磁控溅射处理，根据调整其处理的参数实现基材4表面金属微点阵列的成型，本申请提出的抗菌无纺布的制备方法该微结构表面金属微点阵列可进一步提高无纺布表面的抗菌、抗病毒效率，延长抗菌抗病毒作用时间。可用于医院或公共场所细菌、传染性病毒等易于传播场所中紧急防护物品。利用微观形貌和金属离子叠加效应，实现无纺布表面长效抗菌、抗病毒功能及其实现方法；实现的平台为多功能等离子体处理平台，主要方式为磁控溅射和离子溅射。本申请首先设计一块对应磁控溅射靶材3尺寸掩膜2(长宽与靶材3尺寸相同，厚度为1～3mm)，掩膜2上均匀分布直径为200μm，孔间隙为400μm的圆孔阵列。随后将掩膜2放置于靶材3与无纺布之间，通过磁控溅射在无纺布上留下相同形状和尺寸的圆柱岛状突起，圆柱的高度可通过溅射沉积时间来调整。再通过后续施加离子溅射修饰岛状突起的微观形貌，调整圆柱状形貌至圆锥体，可进一步增强抗菌、抗病毒功效。

在本实施例中，所述以金属为靶材，并采用带有规则排列孔结构的掩膜对所述基材进行磁控溅射处理，在所述预处理后的基材表面形成规则排列的金属微点阵列的步骤s200，包括：

将磁控溅射处理过程中的气压抽真空至0.1-1.0pa，并对所述靶材加载4-8a的脉冲电流，处理占空比设置为20％-80％；所述处理时间设置为5-30分钟。具体地，所述处理时间视所需金属微点阵列的高度设置。

在本实施例中，所述对所述基材表面的金属微点阵列进行蚀刻和/或剥离，形成圆锥形凸起微点阵列的步骤s300，包括：

缓慢通入预设气体至所述金属微点阵列表面，维持真空室内气压在0.1-1.0pa，靶台上加载的脉冲偏压电压为5-15kv，频率为200-400hz，进行气体离子蚀刻/或剥离，处理时间为10-30分钟；所述预设气体包括氩气、氧气、氮气中任意一种或多种组合。

本申请主要包括以下四个步骤，具体为：掩膜2的设计和安装、无纺布的预处理、无纺布表面抗菌抗病毒微阵列的形貌构建及无纺布表面微观形貌的修饰。

在掩膜2的设计和安装过程中，掩膜2结构的设计如图1所示，掩膜材料优先选用金属类，如不锈钢、钛等；其次选用耐高热高分子类，如聚四氟乙烯(ptfe)。cad设计后加工制成多孔掩膜2。

在无纺布的预处理过程中，将已压制完成的无纺布用水和乙醇冲洗表面以去除表面杂质和油污，待晾干后备用。

在无纺布表面抗菌、抗病毒微阵列的形貌构建过程中，上述预处理后的无纺布，按照图2所示放置于磁控溅射处理设备中。靶材3为金属靶材3，上述金属靶材3包括但不限于银、铜和锌。通过电弧对金属靶材3加热，使其在金属离子扩散过程中先到达掩膜2，再通过掩膜2的孔隙到达无纺布表面，最终在其表面留下与掩膜2相同的圆柱体岛状凸起，圆柱体凸起的高度通过磁控溅射的处理时间来调控；规则排列的多组岛状凸起最终形成金属微点阵列。

在无纺布表面微观形貌的进一步修饰过程中，为进一步提高表面的抗菌抗病毒功效，可对形貌构建过程已完成的微点阵列进行离子刻蚀，将圆柱状阵列点顶端部分侵蚀和剥离，最终形成系列圆锥体凸起。经过上述步骤处理得到的即为本发明所提供的一种长效抗菌、抗病毒无纺布。

在本实施例中，磁控溅射处理过程中，抽真空气压至0.1-1.0pa，加载于所述靶材3上的脉冲电流为4-8a，占空比为20％-80％，所述金属微点阵列的高度可根据磁控溅射处理时间的长短来调节，处理时间为5-30分钟；

气体离子蚀刻过程中所选用气体包括氩气、氧气、氮气中任意一种或多种组合；缓慢通入气体，维持真空室内气压在0.1-1.0pa，靶台上加载的脉冲偏压电压为5-15kv，频率为200-400hz，处理时间为10-30分钟。

在一具体实施例1中，本发明的提出的一种抗菌无纺布的制备方法，具体实施步骤包括如下：

1.将腈纶材质的无纺布裁剪成与掩膜2和靶材3大小的尺寸，分别使用水和乙醇冲洗表面后待晾干；

2.开启磁控溅射设备，并按图2所示位置分别放置靶材3、掩膜2和无纺布，并用固定夹具做好固定。所选用靶材3为铜靶，纯度为99.9％；

3.开启真空泵，抽真空至真空室内的气压低于1.0pa，随后开启磁控设备电弧，调整脉冲电流至7a，占空比为40％，并以20sccm气流量通入氩气，辅助起弧和溅射铜靶表面，帮助金属铜离子更快达到掩膜2后通过掩膜2沉积在无纺布的基材4上；

4.保持设备以上述参数运行15分钟，即完成整个处理过程；

5.抗菌性能测试：将含有1×10⁵cfu/ml的金黄色葡萄球菌的菌悬液滴加到无纺布上，经过1周37℃细菌培养环境下的共培养后，取出无纺布并做琼脂平板细菌计数培养实验，以获取不同样品表面的抗菌情况。

经过上述步骤，即可得到表面为圆柱体凸起的铜金属微点阵列无纺布，可用于多种抗菌、抗病毒产品，如口罩、防护服等，并可实现长时间(大于一周)的抗菌抗病毒需求。

在一具体实施例2中，基本步骤和流程与实施例1相似，具体实施步骤包括如下：

1.将涤纶材质的无纺布裁剪成与掩膜2和靶材3大小的尺寸，分别使用水和乙醇冲洗表面后待晾干；

2.开启磁控溅射设备，并按图2所示位置分别放置靶材3、掩膜2和无纺布，并用固定夹具做好固定。所选用靶材3为锌靶，纯度大于99.9％；

3.开启真空泵，抽真空至真空室内的气压至0.5pa，随后开启磁控设备电弧，调整脉冲电流至4a，占空比为20％，并以30sccm气流量通入氩气，辅助起弧和溅射锌靶表面，帮助金属锌离子更快达到掩膜2后通过掩膜2沉积在基材4上。

4.保持设备以上述参数运行10分钟，即完成前半部分的处理过程。

5.取出已完成部分处理的面料，放入气体离子溅射设备中，抽真空至气压为0.8pa，以40sccm的气流量通入氩气，靶台上加载电压为5kv，频率为200hz的偏压，处理时间为10分钟。关闭设备即完成整个处理过程，所得到为表面带有圆锥体凸起的金属锌微点阵列。

6.抗菌性能测试：将含有1×10⁵cfu/ml的金黄色葡萄球菌的菌悬液滴加到无纺布上，经过1周37℃细菌培养环境下的共培养后，取出无纺布并做琼脂平板细菌计数培养实验，以获取不同样品表面的抗菌情况，结果如图3所示。

在一具体实施例3中，本发明的提出的一种抗菌无纺布的制备方法，具体实施步骤包括如下：

1.将涤纶材质的无纺布裁剪成与掩膜2和靶材3大小的尺寸，分别使用水和乙醇冲洗表面后待晾干；

2.开启磁控溅射设备，并按图2所示位置分别放置靶材3、掩膜2和无纺布，并用固定夹具做好固定。所选用靶材3为银靶，纯度为99.9％；

3.开启真空泵，抽真空至真空室内的气压低于1.0pa，随后开启磁控设备电弧，调整脉冲电流至8a，占空比为80％，并以20sccm气流量通入氩气，辅助起弧和溅射银靶表面，帮助金属银离子更快达到掩膜2后通过掩膜2沉积在无纺布的基材4上；

4.保持设备以上述参数运行30分钟，即完成整个处理过程；

5.抗菌性能测试：将含有1×10⁵cfu/ml的金黄色葡萄球菌的菌悬液滴加到无纺布上，经过1周37℃细菌培养环境下的共培养后，取出无纺布并做琼脂平板细菌计数培养实验，以获取不同样品表面的抗菌情况。

经过上述步骤，即可得到表面为圆锥体凸起的铜金属微点阵列无纺布，可用于多种抗菌、抗病毒产品，如口罩、防护服等，并可实现长时间(大于一周)的抗菌抗病毒需求。

本实施例提出了出了一种抗菌无纺布，包括：非织面料的基材4，所述基材4表面为规则排列的金属微点阵列。具体地，上述抗菌无纺布可应用于新材料学领域，通过设计功能性无纺布材料，具体在无纺布表面构建出具有抗菌和抗病的金属离子形貌，织物表面的抗菌金属离子呈点状阵列分布，可有效抑制其表面细菌的粘附和生存，实现无纺布的长效抗菌和抗病毒。结合金属离子缓慢释放、强效抗菌及与非化学交联的制造方式等特性，为市场提供新型安全、持久抗菌抗病毒的无纺布产品，非化学反应体系可减少化学交联剂或引发剂残留可能带来的健康危害，在应急时刻可极大减少无纺布制品的更换频率，缓解医疗物资紧缺的局面。

在本实施例中，所述无纺布基材4的材料包括尼龙、涤纶和腈纶中的一种或多种组合。磁控溅射在无纺布表面沉积形成具有抗菌、抗病毒功能的金属微点阵列，并能通过离子溅射进一步优化表面阵列的形貌微结构，可进一步提高抗菌、抗病毒效率和持久性。

在本实施例中，所述金属微点阵列包括但不限于银、铜和锌微点阵列。

在本实施例中，所述微点阵列由至少三个微结构组成，所述微结构为圆柱体或圆锥体。

在本实施例中，所述微结构为圆柱体，所述圆柱体的直径为100-400μm，孔间隙为200-800μm。

在本实施例中，所述圆柱体的直径优选200μm，孔间隙优选400μm。

在本实施例中，所述微结构为圆锥体，所述圆锥体的直径为200μm，椎顶直径为100-400nm，孔间隙为400μm，高度为150-1000nm。

在本实施例中，所述圆锥体的直径优选200μm，椎顶直径优选200nm，孔间隙优选400μm。

本申请提出的一种抗菌无纺布和一种抗菌无纺布及其制备方法，使用非化学反应体系，可减少化学交联剂或引发剂残留可能带来的健康危害；用金属微点阵列代替金属纳米粒子，可极大提高使用时的安全性，还可降低使用后垃圾清理过程中对环境可能造成的危害；以规则金属点状分布阵列代替表面金属致密涂层，可减少样品制备过程中对金属、尤其是贵金属的使用；以物理作用机理抗菌、抗病毒，可降低抗生素、抗菌制剂类药物的使用可能会造成的耐药性，降低超级细菌出现的概率。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的抗菌无纺布和抗菌无纺布的制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。