可降解抗菌复合无纺布及其用途的制作方法

本发明属于无纺布
技术领域：
，具体涉及可降解抗菌复合无纺布及其用途。
背景技术：
：无纺布(英文名：nonwowen)，又称不织布，是由定向的或随机的纤维而构成，具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。如多采用聚丙烯粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。因其具有布的外观和某些性能而称其为布。无纺布是一种非织造布，它是直接利用高聚物切片、短纤维或长丝将纤维通过气流或机械成网，然后经过水刺，针刺，或热轧加固，最后经过后整理形成的无编织的布料。具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品，优点是不产生纤维屑，强韧、耐用、丝般柔软，也是增强材料的一种，而且还有棉质的感觉，和棉织品相比，无纺布的袋子容易成形，而且造价便宜。无纺布在人造革、家私、化工、印刷、装饰、包装、汽车、建材服务、工况土工布以及工业过滤布吸油布、旅游用品、生活用品等行业广发应用。但目前使用的无纺布系普遍不能降解、不符合环保要求，且功能也比较单一；除此之外还存在以下问题：耐磨性能较差，抗菌效果较差等。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可降解抗菌复合无纺布及其用途，无纺布具有优异的力学性能和透气性，耐磨性好；且具有较高的抗菌抑菌效果，长效抑菌作用良好，耐水洗，可生物降解，抗污染能力强。本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维在制备无纺布中的用途。将青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维应用于无纺布制备中，制得的无纺布具有良好的力学性能和耐磨性，耐水洗性能优异，且易于降解，对环境友好。青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维和改性黄麻纤维在制备无纺布中的用途，上述改性黄麻纤维通过鬼针提取物和硅藻土改性制得。利用鬼针草提取物和硅藻土对黄麻纤维进行改性，增强与其他纤维之间的界面作用，形成稳定的孔洞结构，有利空气的流动，增强材料的透气性；再与青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维进行复配，能够有效提升无纺布抗菌性，且显著增强材料的长期抗菌性能；除此之外，青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维与改性黄麻纤维协同作用还可以增强无纺布的驱蚊性能，提升材料的力学性能和耐磨性能。优选地，改性黄麻纤维的水接触角＞90°。一种可降解抗菌复合无纺布，包括：改性黄麻纤维、青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维、草珊瑚纤维；上述改性黄麻纤维通过鬼针提取物和硅藻土改性制得。本发明制得的无纺布，采用黄麻纤维等天然纤维为主要原料，可降解，具有良好的环保性；综合性能好，具有广阔的市场应用前景。优选地，无纺布组分包括，按重量份计，20～30份改性黄麻纤维、16～24份青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维、10～16份草珊瑚纤维。优选地，鬼针草提取物中鬼针聚炔苷含量为18.93～20.17mg/g，金丝桃苷的含量为4.78～6.13mg/g，异槲皮苷含量为28.34～30.41mg/g。优选地，改性黄麻纤维的制备方法，具体为：(1)按质量比为1：1.2～1.8将鬼针草提取物溶于70～80％乙醇中，按比例加入硅藻土，充分搅拌后烘干，减压干燥至恒重，研磨成纳米颗粒；粒径≤100nm。(2)以黄麻纤维浆粕为原料，利用常规粘胶工艺制得粘胶原液，在粘胶原液溶液步骤中加入占麻纤维含量15～18％的上述纳米颗粒，然后经混合等公知粘胶制备工艺制得共混纺丝液，接着通过凝固浴进行纺丝即得改性黄麻纤维。优选地，凝固浴包括硫酸70～120g/l、硫酸锌6～14g/l、硫酸钠270～360g/l；脱硫浴na2so32～8g/l，漂白浴h2o22.5～5g/l，油浴2.0～7.0g/l，烘干温度110～125℃。上述可降解抗菌复合无纺布的制备方法，包括：将改性黄麻纤维、青檀树皮纤维或苜蓿草粗纤维、草珊瑚纤维进行混合、开松、梳理、铺网，然后送入针刺机得到针刺无纺布。优选地，铺网层数为20～26层，针刺频率为430～450r/min。优选地，无纺布的厚度为2～5mm。优选地，用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对上述制得的无纺布进行表面接枝处理，β,β-二甲基丙烯酰紫草素与无纺布的质量比为0.53～0.74：1。用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对上述制得无纺布进行表面进行处理，可有效提升无纺布的疏水性，增强抗污染能力；且β,β-二甲基丙烯酰紫草素与其它组分复配，协同增强耐水洗性能，显著提升无纺布的长效抗菌效果；同时，进一步改善无纺布的力学性能，增强其驱蚊效果。更优选地，用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面接枝处理具体为：将无纺布用丙酮浸泡2～3h，超声20～30min，100～105℃下烘干；将硝酸铈铵溶于去离子水中，加入无纺布(1.2～1.5×1.5cm)，加入hno3做助剂(硝酸铈铵：hno3：无纺布＝0.1～0.2：0.15～0.17：1)；将β,β-二甲基丙烯酰紫草素(与无纺布质量比为0.6～0.8：1)和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(两者质量比为1：1～1.5)溶于50ml无水乙醇中，接着加入上述体系中，在30～35℃下搅拌5～6h，用乙醇清洗抽滤2～3次，用去离子水清洗抽滤数次，在75～80℃烘干至恒重即可。优选地，改性后的无纺布的水接触角＞140°。本发明还公开了一种可降解抗菌复合无纺布在包装材料、口罩、化妆品以及服装领域中的用途。相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明制得的无纺布具有良好的力学性能和耐磨性，耐水洗性能优异，且易于降解，对环境友好。利用鬼针草提取物和硅藻土对黄麻纤维进行改性，可有效增强无纺布的透气性；再与青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维进行复配，协同作用提升无纺布抗菌性，且延长抗菌时间。同时，青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维与改性黄麻纤维协同作用还使无纺布具有优异的驱蚊性能，提升材料的力学性能和耐磨性能。除此之外，用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对上述制得无纺布进行表面进行处理后，可有效提升无纺布抗污染能力；其与其它组分复配，可协同增强无纺布的抗菌性能和耐水洗性能，显著提升无纺布的长效抗菌效果；且进一步改善无纺布的力学性能，增强其驱蚊效果。因此，本发明提供了一种可降解抗菌复合无纺布及其用途，无纺布具有优异的力学性能和透气性，耐磨性好；且具有较高的抗菌抑菌效果，长效抑菌作用良好，耐水洗，可生物降解，抗污染能力强。附图说明图1为试验例1中水接触角测试结果；图2为试验例3中降解速率测试结果。具体实施方式以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：本发明实施例所用青檀树皮纤维购自山东中纸人和制浆造纸科技有限公司；苜蓿草粗纤维购自山东帝曼农牧有限公司；鬼针草提取物购自西安雨诺生物工程有限公司实施例1：改性黄麻纤维的制备方法，具体为：(1)按质量比为1：1.5将鬼针草提取物溶于80％乙醇中，按比例加入硅藻土，充分搅拌后烘干，减压干燥至恒重，研磨成纳米颗粒；粒径为90nm。(2)以黄麻纤维浆粕为原料，利用常规粘胶工艺制得粘胶原液，在粘胶原液溶液步骤中加入占麻纤维含量16％的所述纳米颗粒，然后经混合等公知粘胶制备工艺制得共混纺丝液，接着通过凝固浴进行纺丝，将初生丝束经过牵伸后得到成型丝束，并将所得丝束经过切断、脱硫、漂白、油浴、烘干后，即得改性黄麻纤维。其中，凝固浴包括硫酸75g/l、硫酸锌6.8g/l、硫酸钠320g/l；脱硫浴：na2so33.0g/l，漂白浴：h2o24g/l，油浴：5.5g/l，烘干温度：120℃。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，26份改性黄麻纤维、20份青檀树皮纤维、14份草珊瑚纤维。无纺布的制备：将改性黄麻纤维、青檀树皮纤维或苜蓿草粗纤维、草珊瑚纤维进行混合、开松、梳理、铺网，然后送入针刺机，设置铺网层数为22层，针刺频率为440r/min，得到针刺无纺布，按gb/t3820《纺织品和纺织制品厚度的测定》测得其厚度为3.8mm。实施例2：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，22份改性黄麻纤维、22份青檀树皮纤维、12份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1的不同之处在于：设置铺网层数为20层，针刺频率为436r/min，制得的针刺无纺布，厚度为2.9mm。实施例3：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，24份改性黄麻纤维、18份青檀树皮纤维、10份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1的不同之处在于：设置铺网层数为24层，针刺频率为445r/min，制得的针刺无纺布，厚度为4.2mm。实施例4：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，26份改性黄麻纤维、20份苜蓿草粗纤维、14份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1相同。实施例5：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，27份改性黄麻纤维、23份苜蓿草粗纤维、15份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1的不同之处在于：设置铺网层数为20层，针刺频率为432r/min，制得的针刺无纺布，厚度为2.7mm。实施例6：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，29份改性黄麻纤维、19份苜蓿草粗纤维、13份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1的不同之处在于：设置铺网层数为21层，针刺频率为441r/min，制得的针刺无纺布，厚度为3.4mm。实施例7：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布，组分包括：按重量份计，26份改性黄麻纤维、10份青檀树皮纤维和10份苜蓿草粗纤维、14份草珊瑚纤维。无纺布的制备与实施例1相同。实施例8：改性黄麻纤维的制备与实施例1相同。一种可降解抗菌复合无纺布及制备与实施例1相同。用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面接枝处理具体为：将无纺布用丙酮浸泡3h，超声30min，105℃下烘干；将0.13g(6×10-3mol/l)硝酸铈铵溶于50ml去离子水中，加入1g无纺布(1.5×1.5cm)，加入0.158ghno3(2.5×10-2mol/l)做助剂；将0.663g(2.5×10-2mol/l)β,β-二甲基丙烯酰紫草素和0.786g(5×10-2mol/l)甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶于50ml无水乙醇中，接着加入上述体系中，在30℃下搅拌6h，用乙醇清洗抽滤3次，用去离子水清洗抽滤数次，在80℃烘干至恒重即可。实施例9：一种可降解抗菌复合无纺布及制备与实施例4相同。用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面接枝处理过程与实施例8相同。对比例1：一种可降解抗菌复合无纺布与实施例1的不同之处在于：不对黄麻纤维进行改性，不添加青檀树皮纤维。无纺布的制备过程与实施例1相同。对比例2：一种可降解抗菌复合无纺布与实施例1的不同之处在于：不添加青檀树皮纤维。无纺布的制备过程与实施例1相同。对比例3：一种可降解抗菌复合无纺布与实施例1的不同之处在于：不对黄麻纤维进行改性。无纺布的制备过程与实施例1相同。对比例4：一种可降解抗菌复合无纺布与实施例1的不同之处在于：用菠萝纤维代替青檀树皮纤维。无纺布的制备过程与实施例1相同。试验例1：1、鬼针草提取物组分含量测量方法采用高效液相色谱法同时测定鬼针草提取物中鬼针具炔苷、金丝桃苷和异槲皮苷含量。测试条件：色谱柱agilentzorbaxeclpsexdb-c18(4.6mm×250mm，5μm)；流动相为甲醇-乙腈-0.4％磷酸溶液(24：6：70)；流速为1.0ml·min-1；检测波长为255nm；柱温为25℃。对购买的鬼针草提取物进行测试，测得提取物中鬼针聚炔苷含量为19.17mg/g，金丝桃苷的含量为5.89mg/g，异槲皮苷含量为29.47mg/g。2、水接触角测试使用krussdsa100型号的光学水接触角测试仪，测试待测样品表面的亲水性能，记录相关水接触角数据。每个样品测取5～10个数据，计算水接触角平均值。对实施例1制得改性黄麻纤维及未改性黄麻纤维进行上述测试。结果如表1所示：表1水接触测试结果样品接触角/°未改性72.3±1.1改性黄麻纤维93.4±0.8从表1中分析可知，对黄麻纤维进行改性后，明显提升了黄麻纤维的水接触角，降低了纤维的亲水性。对实施例1、实施例4、实施例8、实施例9进行上述测试，结果如图1所示。从图中分析可知，实施例8和实施例9制得无纺布的水接触角为142.7°和143.9°，明显高于实施例1和实施例4，表明用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面处理后，可有效提高无纺布的疏水性能，进而提升材料的防污性能。试验例2：1、抗菌性能检测采用织物振荡法测试抗菌性能(1)pbs缓冲液的配制：将十二水合磷酸氢二钠(16.71g/l)水溶液和磷酸二氢钾水溶液(2.72g/l)按3：7的体积比混合100ml，再加入8.0gnacl，然后用盐酸调节ph值为7.4，经过高压灭菌后用于菌悬液的配制；(2)菌悬液的配制：取75ml的pbs缓冲液和1/500的营养肉汤混合液于250ml的锥形瓶中，放入适量的玻璃珠，经高温灭菌后用消毒的接菌环取一定量已经活化的新鲜菌种，充分振荡混匀，稀释确保菌悬液浓度为106～107；(3)样品准备：所有样品裁剪成5mm×5mm大小的碎片，称取0.2g作为试样，用报纸包裹，进行灭菌；(4)振荡抗菌试验：在三角烧瓶中加入25ml的生理盐水和1/500营养肉汤混合液，灭菌后作为阴性对照样加入样品0.2g，再用移液枪向每个三角烧瓶中加入0.1ml菌液，盖好瓶塞，放置于恒温振荡器中，在24℃下以150r/min振荡一定时间；(5)稀释培养及菌落数的测定：到测试时间后，用10倍稀释法系列稀释烧瓶中剩余的菌悬液至合适稀释倍数。将原始菌悬液和合适倍数的稀释液取0.1ml移入灭菌的平皿(分别做两个平行)，倾注营养琼脂培养基约15～20ml，混合均匀。待室温凝固后倒置平皿，置于(37±1)℃恒温培养箱中，培养18～24h后菌落计数；(6)抗菌率计算：抗菌率按下式计算：r＝(b-c)/b×100％式中，r—抗菌率(％)；b—对照样品平均回收菌落数(cfu/ml)；c—样品平均回收菌落数(cfu/ml)。振荡法对金黄色葡萄球菌、对白色念珠菌和大肠杆菌抑菌效果试验，分别对对比例1～4、实施例1～9制得的无纺布进行上述测试，结果如表2所示：表2抗菌效果测试结果从表2中分析可知，实施例1和实施例4制得的无纺布对三种菌的抑制效果均高于对比例1～4，实施例7和实施例1、实施例4效果相当，表明青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维与改性黄麻纤维复配，两者协同作用可有效提升无纺布的抑菌性能；且不论是对金葡球菌抑菌率、大肠杆菌抑菌率还是白色念珠菌抑菌率均远高于国家标准。实施例8、9与实施例1和实施例4效果相当，表明用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面处理后依然能够保持较高的抗菌率。2、长效测试将样品无纺布浸泡在水中，在开放环境中放置一个月，经过清洗烘干再次检测其抗菌性能(以金黄色葡萄球菌为例)。3、耐水洗测试将1g样品放置在垫有三层微滤膜的漏斗中，加入300ml去离子水，用玻璃棒搅拌1min，然后用真空泵进行缓慢抽滤，抽至无水滴落下后，进行下一次抽滤，抽滤50次，每次抽滤约8min。然后测试其抗菌性能(以金黄色葡萄球菌为例)。分别对对比例1～4、实施例1～9制得的无纺布进行上述两项测试，结果如表3所示：表3长效性及耐水洗性能测试结果从表3分析可知，实施例1和实施例4制得的无纺布在长效测试及水洗测试后对金黄色葡萄球菌的抑制效果均高于对比例1～4，实施例7和实施例1、实施例4效果相当，表明青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维与改性黄麻纤维复配，两者协同作用可有效延长无纺布的抑菌性能，增强其耐水洗性能；实施例8和实施例9的长效处理和水洗后的抑菌效果要明显好于实施例1和实施例4，表明用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面处理后，可有效增强无纺布的耐水洗作用，延长抗菌时间。试验例3：生物降解性测试试验方法：土壤掩埋法取一定量的过筛土壤，将实施例1所制无纺布埋入土壤中，放入室内通风处，定期浇水，保持土壤湿润，每隔一周取样称量，用去离子水冲洗，并烘干，记录质量变化，求降解率r。其结果如图2所示。由图可知，复合材料经掩埋10d后开始进入微生物快速分解阶段，在40d后降解速率减缓，在60d天时复合材料降解速率高达99.3％，说明该复合材料是可生物降解的，对环境友好无污染。试验例4：力学性能将样品裁剪为10mm×50mm的条状，参照gb/t3923.1-2013及参考文献(高分子材料科学与工程，2016，32(8)：131-136)，取试样数为10，设定拉伸速度10mm/min，夹距20mm，采用电子万能试验机(日本岛津ags-x)表征无纺布的强力；按gb/t17636-2008《土工布及其有关产品抗磨损性能的测定砂布/滑块法》测耐磨性。对对比例1～4、实施例1～9制得的无纺布进行上述测试，结果如表4所示：表4力学性能测试结果样品断裂强力(n)耐磨性(n)对比例1216242对比例2283291对比例3234264对比例4342365实施例1431497实施例2419476实施例3424483实施例4443509实施例5436495实施例6429503实施例7432496实施例8427543实施例9435549从表4中可以看出，实施例1、实施例4制得的无纺布的断裂强力和耐磨性能明显高于对比例1～4，实施例7和实施例1、实施例4效果相当，表明青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维的存在及其与改性黄麻纤维协同作用可有效提升无纺布的力学性能。实施例8和实施例9的耐磨性能好于实施例1和实施例4，表明用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面处理后起到协同增强的作用。试验例5：1、透气性能测试按照gb/t5453-1997《纺织品织物透气性的测定》对对比例1～4、实施例1～9制得的无纺布进行透气性测试，结果如表5所示：表5透气性测试结果从表5中可以看出，实施例1和实施例4制得的无纺布的透气性明显高于对比例1和对比例3，表明对黄麻纤维进行改性后可显著提升无纺布的透气性。2、驱蚊性能测试驱蚊效果评定标准如表6所示：表6驱蚊评定标准驱避率防蚊效果描述防蚊评定≥70％样品具有较强的趋避效果a级70～50％样品具有良好的驱避效果b级＜50％，＞30％样品具有趋避效果c级对对比例1～4、实施例1～9制得样品进行上述测试，结果如表7所示：表7驱蚊评定结果样品驱避率(％)防蚊评定对比例136.1c级对比例245.3c级对比例346.2c级对比例438.8c级实施例168.4b级实施例265.3b级实施例362.9b级实施例468.1b级实施例567.3b级实施例667.9b级实施例768.7b级实施例879.4a级实施例981.3a级从表7中分析可知，实施例1和实施例4制得的无纺布的驱蚊效果效果均高于对比例1～4，实施例7和实施例1、实施例4效果相当，表明青檀树皮纤维和/或苜蓿草粗纤维与改性黄麻纤维复配，两者协同作用可有效提升无纺布的防蚊性能。实施例8和实施例9的驱蚊性能好于实施例1和实施例4，表明用β,β-二甲基丙烯酰紫草素对无纺布进行表面处理后起到协同增强的作用。述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。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。当前第1页12