一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法与流程

1.本发明涉及无纺布技术领域，尤其涉及一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法。


背景技术：

2.无纺布是一种非织造布，由包括化学纤维和植物纤维等再以水或空气作为悬浮介质的条件下在湿法或干法抄纸机上制成，然后经过针刺或热轧加固形成。无纺布制品色彩丰富、鲜艳明丽、时尚环保、用途广泛、美观大方，图案和款式都多样，而且质轻、环保、可循环再用，被国际公认为保护地球生态的环保产品。与一般的织造布相比，无纺布具有防潮、透气、柔韧、质轻、加工方便等优点，广泛用于各个领域。
3.无纺布的非织造技术是一门源于纺织，但又超越纺织的材料加工技术，目前国内外无纺布产品的主要类型有纯棉无纺布、涤/棉混纺无纺布、粘胶/棉混纺无纺布、涤/粘胶混纺无纺布、木桨无纺布等。
4.采用纳米纤维的无纺布的主要特点是所得纤维的直径很细，由这些纤维形成的无纺布是一种有纳米微孔的多孔材料，有很大的比表面积，从而在物理、化学性质方面表现出特异性，具有多种潜在用途，可广泛用作抗菌日用卫生纺织品。现有纳米纤维抗菌无纺布多数为纳米载银抗菌无纺布，不仅抗菌成分易脱落，抗菌时效短，而且纤维易断裂，力学性能差难以满足实际生产生活要求，亟待解决。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法。
6.一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
7.s1、将葡萄糖酸钙、磷酸氢铵加入水中，调节温度至105
‑
115℃搅拌，过滤，洗涤呈中性，干燥，粉碎得到预制纳米材料；
8.s2、将甲酸、二氯乙酸、水混合均匀，加入甲壳素、壳聚糖、n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌，搅拌状态下加入过硫酸铵、乙二胺，搅拌，加入预制纳米材料继续搅拌，搅拌温度为80
‑
90℃，得到预处理甲壳素；
9.s3、将聚丙烯、预处理甲壳素、成核剂、硬脂酸钙混合均匀，然后双螺杆挤出造粒，得到粒料；
10.s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
11.优选地，s1中，葡萄糖酸钙、磷酸氢铵的质量比为4
‑
10：15
‑
25。
12.优选地，s1中，采用清水洗涤呈中性。
13.优选地，s2中，甲酸、二氯乙酸、甲壳素、壳聚糖的质量比为10
‑
15：1
‑
5：10
‑
20：2
‑
4。
14.优选地，s2中，甲壳素、n
‑
异丙基丙烯酰胺、n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、乙
n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.1kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌20min，搅拌状态下继续加入0.1kg过硫酸铵、2kg乙二胺，搅拌1h，加入6kg预制纳米材料继续搅拌15min，搅拌温度为90℃，得到预处理甲壳素；
32.s3、将100kg聚丙烯、10kg预处理甲壳素、2kg双(4
‑
叔丁基苯基)磷酸钠、1kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
33.1区温度为160℃，2区温度为165℃，3区温度为200℃，4区温度为200℃，5区温度为240℃，6区温度为200℃；
34.s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为230℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
35.实施例2
36.一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
37.s1、向反应釜中加入10kg葡萄糖酸钙、15kg磷酸氢铵、100kg水，在温度115℃搅拌20h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
38.s2、将15kg甲酸、1kg二氯乙酸、60kg水混合均匀，加入10kg甲壳素、4kg壳聚糖、2kg n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.18kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌10min，搅拌状态下继续加入0.12kg过硫酸铵、1kg乙二胺，搅拌2h，加入2kg预制纳米材料继续搅拌35min，搅拌温度为80℃，得到预处理甲壳素；
39.s3、将100kg聚丙烯、20kg预处理甲壳素、1kg双(4
‑
叔丁基苯基)磷酸钠、2kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
40.1区温度为150℃，2区温度为175℃，3区温度为180℃，4区温度为230℃，5区温度为210℃，6区温度为220℃；
41.s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为190℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
42.实施例3
43.一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
44.s1、向反应釜中加入6kg葡萄糖酸钙、22kg磷酸氢铵、100kg水，在温度108℃搅拌27h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
45.s2、将12kg甲酸、4kg二氯乙酸、45kg水混合均匀，加入18kg甲壳素、2.5kg壳聚糖、4kg n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.12kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌18min，搅拌状态下继续加入0.105kg过硫酸铵、1.7kg乙二胺，搅拌1.2h，加入5kg预制纳米材料继续搅拌20min，搅拌温度为88℃，得到预处理甲壳素；
46.s3、将100kg聚丙烯、13kg预处理甲壳素、1.7kg2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸钠、1.2kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
47.1区温度为158℃，2区温度为168℃，3区温度为195℃，4区温度为210℃，5区温度为230℃，6区温度为205℃；
48.s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为220℃，经过熔融混合、挤出、气流
拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
49.实施例4
50.一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
51.s1、向反应釜中加入8kg葡萄糖酸钙、18kg磷酸氢铵、100kg水，在温度112℃搅拌23h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
52.s2、将14kg甲酸、2kg二氯乙酸、55kg水混合均匀，加入12kg甲壳素、3.5kg壳聚糖、3kg n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.16kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌12min，搅拌状态下继续加入0.115kg过硫酸铵、1.3kg乙二胺，搅拌1.8h，加入3kg预制纳米材料继续搅拌30min，搅拌温度为82℃，得到预处理甲壳素；
53.s3、将100kg聚丙烯、17kg预处理甲壳素、1.3kg2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸钠、1.8kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
54.1区温度为152℃，2区温度为172℃，3区温度为185℃，4区温度为220℃，5区温度为220℃，6区温度为215℃；
55.s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为200℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
56.实施例5
57.一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
58.s1、向反应釜中加入7kg葡萄糖酸钙、20kg磷酸氢铵、100kg水，在温度110℃搅拌25h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
59.s2、将13kg甲酸、3kg二氯乙酸、50kg水混合均匀，加入15kg甲壳素、3kg壳聚糖、3.5kg n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.14kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌15min，搅拌状态下继续加入0.11kg过硫酸铵、1.5kg乙二胺，搅拌1.5h，加入4kg预制纳米材料继续搅拌25min，搅拌温度为85℃，得到预处理甲壳素；
60.s3、将100kg聚丙烯、15kg预处理甲壳素、1.5kg双[2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸]羟基铝、1.5kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
[0061]
1区温度为155℃，2区温度为170℃，3区温度为190℃，4区温度为215℃，5区温度为225℃，6区温度为210℃；
[0062]
s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为210℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
[0063]
对比例1
[0064]
一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
[0065]
s1、将13kg甲酸、3kg二氯乙酸、50kg水混合均匀，加入15kg甲壳素、3kg壳聚糖、3.5kg n
‑
异丙基丙烯酰胺搅拌均匀，搅拌过程中加入0.14kg n,n
‑
亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌15min，搅拌状态下继续加入0.11kg过硫酸铵、1.5kg乙二胺，搅拌1.5h，搅拌温度为85℃，得到预处理甲壳素；
[0066]
s2、将100kg聚丙烯、15kg预处理甲壳素、1.5kg双[2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸]羟基铝、1.5kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒
得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
[0067]
1区温度为155℃，2区温度为170℃，3区温度为190℃，4区温度为215℃，5区温度为225℃，6区温度为210℃；
[0068]
s3、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为210℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
[0069]
对比例2
[0070]
一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
[0071]
s1、向反应釜中加入7kg葡萄糖酸钙、20kg磷酸氢铵、100kg水，在温度110℃搅拌25h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
[0072]
s2、将15kg甲壳素、4kg预制纳米材料搅拌25min，搅拌温度为85℃，得到预处理甲壳素；
[0073]
s3、将100kg聚丙烯、15kg预处理甲壳素、1.5kg双[2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸]羟基铝、1.5kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
[0074]
1区温度为155℃，2区温度为170℃，3区温度为190℃，4区温度为215℃，5区温度为225℃，6区温度为210℃；
[0075]
s4、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为210℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
[0076]
对比例3
[0077]
一种采用甲壳素制备纳米纤维抗菌无纺布的方法，包括如下步骤：
[0078]
s1、将100kg聚丙烯、15kg甲壳素、1.5kg双[2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸]羟基铝、1.5kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
[0079]
1区温度为155℃，2区温度为170℃，3区温度为190℃，4区温度为215℃，5区温度为225℃，6区温度为210℃；
[0080]
s2、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为210℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维抗菌无纺布。
[0081]
对比例4
[0082]
一种纳米纤维无纺布的制备方法，包括如下步骤：
[0083]
s1、向反应釜中加入7kg葡萄糖酸钙、20kg磷酸氢铵、100kg水，在温度110℃搅拌25h，过滤，用水洗涤呈中性，干燥，粉碎，得到预制纳米材料；
[0084]
s2、将100kg聚丙烯、4kg预制纳米材料、1.5kg双[2,2'
‑
亚甲基
‑
双(4,6
‑
二叔丁基苯基)磷酸]羟基铝、1.5kg硬脂酸钙加入至搅拌器中混合均匀，然后送入双螺杆挤出机造粒得到粒料；双螺杆挤出机各部位温度如下：
[0085]
1区温度为155℃，2区温度为170℃，3区温度为190℃，4区温度为215℃，5区温度为225℃，6区温度为210℃；
[0086]
s3、将粒料加入至单螺杆挤出机中，螺杆温度为210℃，经过熔融混合、挤出、气流拉伸、冷却固化、铺完及加固，得到纳米纤维无纺布。
[0087]
将实施例5和对比例1
‑
4所得无纺布进行如下机械性能测试：弯曲长度和抗弯刚度
按gb/t18318.1
‑
2009进行测定，样品尺寸为25mm
×
200mm；断裂强度和断裂伸长率按gb/t3923.1
‑
2013进行测试。
[0088]
其结果如下：
[0089][0090]
上述弯曲长度越短，抗弯刚度越小，说明无纺布的柔软度越好。
[0091]
由上表可知：本发明所得无纺布的柔软度适中，而且本发明所得无纺布的断裂强度和断裂伸长率均优于对比例，证实本发明所得无纺布不仅柔软，而且机械性能强。
[0092]
本发明将葡萄糖酸钙与磷酸氢铵在高温下反应，形成表面带负电荷的二维纳米网络结构，可有效包覆并牢固结合在接枝有带正电荷的壳聚糖的上述产物表面，形成的强烈的氢键网络可有效提高本发明的拉伸强度。
[0093]
将实施例5和对比例1
‑
4所得无纺布进行抗菌性能测试，具体如下：分别采用atcc6538金黄色葡萄球菌、atcc25922大肠杆菌、atcc27853绿脓菌，以菌数为1.12
×
107cfu/ml滴染各组无纺布，滴染不同时间后用蒸馏水洗下菌落，将洗下的溶液于37℃下的恒温水浴中培养24h，再测定溶液中的含细菌数，计算杀菌率。
[0094]
其结果如下所示：
[0095][0096][0097]
由上表可知：本发明所得无纺布抗菌灭菌性能优秀，而且随着时间推移，抗菌效果长效持久，这是由于无纺布由大量纳米纤维纵横交叉层叠而成，预处理甲壳素被纳米纤维所包裹，预处理甲壳素随着时间推移逐渐向表面迁移，导致抗菌效果持续长效。
[0098]
而对比例1虽未加入预制纳米材料，但对抗菌性能影响较小；对比例2采用甲壳素和预制纳米材料直接混合，导致预制纳米材料分散不均匀，随着时间推移抗菌效果逐渐变差；对比例3仅仅采用甲壳素，导致促使抗菌效果不佳，甲壳素随着时间推移逐渐向表面迁移，抗菌效果逐渐提升；对比例4中由于未加入甲壳素/壳聚糖，导致其抗菌效果差，抗菌效果随着时间推移越来越差。
[0099]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。