超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米纤维膜的制备方法，特别是公开一种超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备方法，应用在医学、空气过滤、水处理等领域。
【背景技术】
[0002]疏水性及亲水性多孔纳米纤维薄膜在超疏水及超亲水领域中均引起广泛关注。随着科学技术的发展，模仿荷叶效应制备超疏水性与超亲水性材料在当代已成为可能，疏水与亲水材料是材料表面的重要特征，它是由材料的本身性质以及材料的微观结构所共同决定的，材料表面含有氟或者有机硅等自身能够提高材料固体表面能，当材料带有-OHS-COOH等官能团能够提高材料表面的亲水性能。使用纳米粒子在纤维表面构造多级孔结构，根据温泽尔理论能够有效地提高纤维膜表面的亲水或疏水性能。
[0003]季铵盐通过胺与卤代烃反应制得，并且具有一定的生物活性，可用作药物、农药以及化学反应中的相转移催化等。通过在胺与卤代烃反应的过程中接入有机硅等疏水性材料或壳聚糖等亲水性材料能有有效地改善季铵盐的疏水性能或亲水性能并且具有很好的抗菌性能，由于壳聚糖或有机硅季铵盐的壳层之间发生粘连，使其能够有效地改善纳米纤维薄膜的力学性能。采用含氟材料的多孔纳米纤维薄膜，采用的含氟材料不易降解且对环境污染大，而采用聚乙烯醇、聚乙二醇改性材料的亲水性多孔纳米纤维薄膜，需使用戊二醛等进行交联，其工艺复杂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服现有的纳米纤维膜的制备方法所存在的缺陷，提供一种制备简单、高效的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备方法。
[0005]本发明是这样实现的:一种超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备方法，其特征在于:所述的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备步骤如下:
A、步骤(I)制备聚合物溶液:在室温条件下，将聚合物溶解在溶剂中，并进行搅拌，搅拌速度为50-2000rpm，直至搅拌均匀，得到质量分数为2-40被％的聚合物溶液；
B、步骤(2)静电纺丝:在相对湿度为15-70%，温度为15-70 V的条件下，将步骤(I)制得的质量分数为2_40wt%的聚合物溶液进行静电纺丝，静电纺丝的正电压为0-60kV，静电纺丝的负电压为0-60 kV，静电纺丝的距离为5-50cm，静电纺丝的接收载体为铝箔、铜网、无纺布和光滑纸，得到多孔纳米纤维薄膜；
C、步骤(3)制备季铵盐溶液:将季铵盐溶解在水中，并进行搅拌，搅拌速度为10-1OOrmp，直至搅拌均匀，得到质量分数为0.l_20wt%的季铵盐溶液；
D、步骤(4)制备季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液:在步骤(3)制得的质量分数为0.1-20界七%的季铵盐溶液中添加纳米颗粒，纳米颗粒为二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锌中的一种或几种的任意比例的混合物，其纳米颗粒分散在质量分数为0.l_20wt%的季铵盐溶液中的浓度为l-20wt%，纳米颗粒的尺寸大小为5-200nm，得到季钱盐和纳米颗粒的悬浮混合液；
E、步骤(5)季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液修饰多孔纳米纤维薄膜:将步骤(2)制得的多孔纳米纤维薄膜浸泡在步骤(4)制得的季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液中直至完全浸润，制得季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液修饰过的多孔纳米纤维薄膜；
F、步骤(6):将步骤(5)制得的季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液修饰过的多孔纳米纤维薄膜置于60°C的真空烘箱中干燥l_3h，制得超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜成品。
[0006]所述步骤(I)制备聚合物溶液采用的聚合物为聚醚酰亚胺、聚氨酯、聚酰亚胺、聚砜、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种的任意比例的混合物。所述步骤(I)制备聚合物溶液采用的溶剂为水、四氢呋喃、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、三氟乙酸、三氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的任意比例的混合溶剂。所述步骤(3)制备季铵盐溶液采用的季铵盐为疏水性的有机硅季铵盐或亲水性的壳聚糖季铵盐。所述步骤(4)制备季铵盐和纳米颗粒的悬浮混合液采用的纳米颗粒为亲水性二氧化钛、亲水性二氧化娃、亲水性氧化铝、亲水性氧化锌或疏水性二氧化钛、疏水性二氧化娃、疏水性氧化铝、疏水性氧化锌。所述的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的强度为5-20MPa。所述的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜对大肠杆菌的有效抗菌率为95-99%，超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的疏水角的疏水性为150-160°、亲水角的亲水性为0-20°。
[0007]本发明的有益效果是:本发明采用季铵盐修饰的多孔纳米纤维薄膜其壳层厚度可控，季铵盐的修饰仅仅需通过调控季铵盐的浓度和浸泡的时间来控制壳层的厚度即可，合成简单且原料便宜，这在很大程度上满足了当前膜材料的亲水或者疏水改性，而且其本身特点具有相当的潜在应用价值。本发明大幅度地提高了纳米纤维膜的选择润湿性，本发明制得的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的纤维之间的粘连结构使得其力学性能提高。本发明具备制备简单，成膜均一性好，价格低廉且易工业化等优点，其制得的超疏水或超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜在水净化、能源化工、电池隔膜等需具备选择润湿性领域具有广泛的应用。
【具体实施方式】
[0008]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0009]实施例1:
一种超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤:
A、步骤(I)制备聚丙烯腈溶液:在室温条件下，将1g聚丙烯腈粉末溶解在90gN-N-二甲基甲酰胺溶液中，并进行搅拌，搅拌速度为10rpm，搅拌时间为12h，直至搅拌均匀，得到质量分数为10wt%的聚丙稀腈溶液；
B、步骤(2)静电纺丝:在室温，湿度为40-50%的条件下，将步骤(I)制得的质量分数为10wt%的聚丙烯腈溶液以2.5ml/h的速度进行静电纺丝，静电纺丝的电压为20kV，静电纺丝的距离为15cm，静电纺丝的接收载体为PET无纺布，静电纺丝的滚筒转速为50rpm，得到聚丙烯腈多孔纳米纤维薄膜； C、步骤(3)制备壳聚糖季铵盐溶液:将5g壳聚糖季铵盐溶解在10g水溶液中，并进行搅拌，搅拌速度为10rpm，直至搅拌均匀，得到质量分数为5wt%的壳聚糖季铵盐溶液；
D、步骤(4)制备壳聚糖季钱盐和二氧化娃的悬浮混合液:在步骤(3)制得的质量分数为5wt%的壳聚糖季钱盐溶液中添加1g亲水性二氧化娃纳米颗粒(40nm)，其亲水性二氧化娃纳米颗粒(40nm)分散在质量分数为5wt%的壳聚糖季钱盐溶液中的浓度为10wt%，得到壳聚糖季铵盐和二氧化硅的悬浮混合液；
E、步骤(5)壳聚糖季铵盐和二氧化硅的悬浮混合液修饰聚丙烯腈多孔纳米纤维薄膜:将步骤(2)制得的聚丙烯腈多孔纳米纤维薄膜浸泡在步骤(4)制得的壳聚糖季铵盐和二氧化硅的悬浮混合液中直至完全浸润，制得壳聚糖季铵盐和二氧化硅的悬浮混合液修饰过的聚丙烯腈多孔纳米纤维薄膜；
F、步骤(6):将步骤(5)制得的壳聚糖季铵盐和二氧化硅的悬浮混合液修饰过的聚丙烯腈多孔纳米纤维薄膜置于60°C的真空烘箱中干燥3h，制得超亲水且具备抗菌性能的纳米纤维膜成品。
[0010]制得的超亲水且具备抗菌性能的纳米纤