一种抗菌型纳米纤维复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种空气过滤材料及其制备方法，尤其涉及一种抗菌型纳米纤维复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，随着重工业和交通运输业的快速发展，大气污染问题尤其是颗粒物污染问题日益突出，如我们常见到的雾霾天气，就是由于空气中悬浮了大量的颗粒污染物所造成的。这些颗粒污染物不仅大大降低了空气的能见度，而且还会严重影响人们的身体健康，尤其是粒径小于2.5微米的微细颗粒(PM2.5)较容易进入人体。长期在高浓度的PM2.5环境中生活和工作，会引起呼吸功能下降、支气管炎、哮喘、充血性心力衰竭、冠状动脉等疾病，严重时还会导致肺癌等。因此，对颗粒物污染的防护刻不容缓。此外，空气中尤其是室内空气中的细菌也是影响空气品质，进而对人们身体健康产生较大危害的一个重要因素。
[0003]现有的传统过滤防护材料主要为超细玻璃纤维垫、熔喷丙纶非织造织物等。但这些过滤材料往往由于纤维直径相对较大、纤维膜比表面积小、孔隙率低等原因，而导致过滤效率低、过滤性能欠佳。近年来，随着纳米纤维制造技术的快速发展，尤其是静电纺丝技术的日益成熟，国内外对纳米纤维在空气过滤及防护方面的应用研究也逐渐增多。但是现有的纳米纤维制备方法所制备的纤维过滤材料或存在过滤效率偏低、过滤阻力偏大的问题，或存在颗粒物过滤与抗菌不能同时兼顾的问题。因此，需要开发一种对微细颗粒物具有高效过滤效率和低过滤阻力，同时又具有抗菌性能的过滤材料。
[0004]有鉴于上述的内容，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种抗菌型纳米纤维复合材料及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有高效过滤效率和低过滤阻力，同时又具有抗菌性能的抗菌型纳米纤维复合材料及其制备方法。
[0006]本发明提出的一种抗菌型纳米纤维复合材料，其特征在于:包括PLA纤维和T12纳米颗粒，所述PLA纤维的表面具有纳米孔洞，所述T12纳米颗粒沉积在所述PLA纤维的表面和纳米孔洞中，形成纤维通体具有纳米孔、纤维表面含有纳米凸起物的混杂结构PLA/Ti02纤维膜，所述PLA/Ti02纤维膜的孔隙率为80.6%?89.9%，平均孔径为4.85μπι?5.70μπι。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述PLA/Ti02纳米纤维膜中T12的质量百分比为15.7%?22.2%，所述PLA纤维直径为0.76μπι?1.62μπι，所述PLA/Ti02纤维膜的比表面积为19.27m2/g ?30.54m2/g，纳米孔体积为 0.078 ?0.139m3/g。
[0008]本发明提出的一种抗菌型纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于:该方法的原理为:多孔混杂结构纤维的形成主要是由于静电纺丝时，当含有T12纳米颗粒的PLA溶液射流进入到大气中时，射流表面具有较高蒸气压的二氯甲烷会快速的挥发到空气中进而导致射流温度迅速降低而发生热相分离，同时空气中的非溶剂气体也会向射流内部扩散，进而导致非溶剂致相分离，随着纤维表面小水滴及射流中溶剂富集相的挥发就会形成孔洞，而聚合物富集相则形成纤维骨架，同时射流中的T12纳米颗粒也会随着射流的拉伸和固化沉积到纤维的表面和内部，最终得到纤维通体具有纳米孔、纤维表面含有纳米凸起物的混杂结构PLA/Ti02纤维复合材料；
[0009]该方法包括以下步骤:
[0010]步骤(I):将一定质量的T12纳米颗粒加入到二氯甲烷(DCM)与N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)的混合溶剂中，超声波振荡处理，然后再加入一定质量的PLA聚合物，在常温下经过磁力搅拌器的搅拌，最后再进行超声波振荡处理，得到PLA/Ti02均相溶液，作为纺丝液；
[0011]步骤(2):将含有T12纳米颗粒的均相溶液注入到置于接收滚筒一侧的5个针筒中，控制每个针筒中纺丝液的流量，调整好静电纺丝的环境相对湿度(RH)，设定好纺丝电压和纺丝距离，然后进行静电纺丝；
[0012]步骤(3):将静电纺丝过程中生产的纤维沉积到接收滚筒上，得到厚度均匀的纤维复合材料，即为纤维通体具有纳米孔、纤维表面含有纳米凸起物的混杂结构PLA/Ti02纤维膜。
[0013]作为本发明方法的进一步改进，步骤(I)所述的混合溶剂中二氯甲烷(DCM)与N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)的质量比为8:1?12:1。
[0014]作为本发明方法的进一步改进，步骤(I)所述的PLA/Ti02均相溶液中PLA的质量分数为7%?9%，T12纳米颗粒质量分数为1.5 %?2%。
[0015]作为本发明方法的进一步改进，步骤(I)中所述超声波振荡处理的时间为60?90分钟。
[0016]作为本发明方法的进一步改进，步骤(I)中所述磁力搅拌器的搅拌时间为24h。
[0017]作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)中所述纺丝液的流量为0.5?1.5ml/h，所述环境相对湿度(RH)为15%?60%。
[0018]作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)中所述纺丝电压为19kV?23kV，所述纺丝距离为10?15cm。
[0019]作为本发明方法的进一步改进，步骤(3)中所述收滚筒的直径为10cm，转速为O?90r/mino
[0020]借由上述方案，本发明至少具有以下优点:本发明的制备方法简单，产量高，成本低廉，所制备出的交错式复合过滤材料对微细颗粒物不仅具有较高的过滤效率和较低的过滤阻力，而且具有较高的抗菌性能，是一种具有潜在应用前景的功能性过滤防护材料。
[0021]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
[0022]图1为本发明抗菌型纳米纤维复合材料的扫描电镜SEM图；
[0023]图2为本发明抗菌型纳米纤维复合材料的透射电镜TEM图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0025]实施例一:
[0026]将一定质量的T12纳米颗粒加入到质量比为10:1的二氯甲烷(DCM)与N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)的混合溶剂中，超声波振荡处理90分钟，然后再加入一定质量的PLA聚合物，在常温下经过磁力搅拌24h，最后再超声波振荡处理60分钟。得到PLA质量分数为7%，T12纳米颗粒质量分数为I.75%的均相溶液。
[0027]将含有T12纳米颗粒的均相溶液注入到置于接收滚筒一侧的5个针筒中，在纺丝电压为23kV，纺丝液流量为lml/h，纺丝距离12cm，环境相对湿度(RH)为45%的条件下进行静电纺丝。
[0028]在上述的工艺条件静电纺丝lh，测量得到多孔混杂结构纤维膜中T12的质量百分比为20%，纤维直径为1.36μπι，纤维膜的比表面积为30.54m2/g，纳米孔体积为0.139m3/g，纤维膜的孔隙率为88.7%，平均通孔孔径为5.46μπι。利用Certi Test 8130型自动滤料测试仪测得该多孔混杂结构纤维膜对数量中值直径为75nm、质量中值直径为260nm的NaCl气溶胶在气溶胶流量为85L/min的条件下的过滤效率为99.990%，过滤阻力仅为326.9Pa;在气溶胶流量为32L/min的条件下，纤维膜对氯化钠气溶胶颗粒的过滤效率达到了99.996%，过滤阻力则仅为128.7Pa。根据国家标准GB/T 20944.3-2008对纤维膜的抗菌性能进行了测试，测得纤维膜对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到了 99.5%，对大肠杆菌的抗菌率达到了96.6%。
[0029]实施例二:
[0030]将一定质量的T12纳米颗粒加入到质量比为10:1的二氯甲烷(DCM)与Ν，Ν-二甲基乙酰胺(DMAC)的混合溶剂中，超声波振荡处理90分钟，然后再加入一定质量的PLA聚合物，在常温下经过磁力搅拌24h，最后再超声波振荡处理60分钟。得到PLA质量分数为7%，T12纳米颗粒质量分数为I.75%的均相溶液。
[0031]将含有T12纳米颗粒的均相溶液注入到置于接收滚筒一侧的5个针筒中，均在纺丝电压为23kV，纺丝液流量为lml/h，纺丝距离12cm，环境相对湿度(RH)为60%的条件下进行静电纺丝。
[0032]在上述的工艺条件静电纺丝lh，测量得到多孔混杂结构纤维膜中T12的质量百分比为20%，纤维直径为1.43μπι，纤维膜的比表面积为28.06m2/g，纳米孔体积为0.129m3/g，纤维膜的孔隙率为87.