水中快速降解、高抗菌和过滤效率的CS@ZIF-8/PLA复合静电纺丝纤维膜

本发明涉及mofs复合材料混合静电纺丝领域，涉及一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的cs@zif-8/pla复合静电纺丝纤维膜及制备方法。

背景技术：

1、口罩在阻挡雾霾、预防强传染性疾病上起到重要防护作用，且用量巨大。口罩一般由防飞沫层、过滤层(即滤料)和吸湿层等三层构成，其中滤料是口罩核心层、关键材料，决定口罩的性能。目前在国标上广泛使用的滤料是经过静电处理的聚丙烯无纺布材料(俗称熔喷布)，其效果很好，但也存在熔喷布纤维粗(直径在0.1mm左右)，静电吸附特性会随着时间、温度、湿度以及呼吸而衰减的问题。此外，目前口罩滤料大多数不具备抗菌等功能性，在环境中也难以降解，同时口罩使用后丢弃会造成环境污染等问题。因此，目前口罩滤料正朝着多功能、高过滤性及绿色环保的方向发展。

2、聚乳酸(pla)是一种公认的环境友好型材料，其分子结构式中的酯基易水解，能在体内或土壤中经微生物的作用降解，可在3-6个月的时间完全降解。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,mofs)是一类发展十分迅速的有机-无机杂化材料，在抗菌、气体吸附、催化和药物输送等方面有极大的应用价值。因其组成和结构的特异性，mofs被广泛应用来进行抗菌剂的改性(zhang ym,et al.nanomaterials 2019,9,1579.)。同时壳聚糖作为可降解材料有大量活泼的羟基和氨基，它们具有较强的化学反应能力，具有一定的抗菌性能，因此将mofs对壳聚糖进行改性，mofs复合材料将发挥二者抗菌协同作用，可广泛应用于纺织品的制备及生物材料的开发。

3、但在现有的背景下，口罩滤料大多无法同时达到高效过滤性，抗菌性及水中容易降解的效果。如wang等(acs appl.polym.mater.2021,3,710-719)制备的pu@zif-15静电纺丝纤维膜虽然对pm2.5有高效的过滤性能，但是由于其基体材料使用的是聚氨酯pu，从而达不到降解效果。zhang等(j.am.chem.soc.2016,138,5785-5788)使用聚丙烯腈(pan)、聚苯乙烯(ps)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为基体材料的过滤膜，也无法做到降解。此外，虽然cui等(j.colloid interface sci.2021,597,48–55)制备的聚乙烯醇(pva)-单宁酸(ta)复合纳米纤维膜可以达到在自然界中易降解的效果，但是其具有无法抗菌的缺陷。

技术实现思路

1、为了解决目前口罩滤料存在的抗菌性能差，吸附性随时间推移而下降，难以降解等问题，本发明的目的在于提供一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的cs@zif-8/pla(cs-壳聚糖、zif-8-一种金属有机骨架、pla-聚乳酸)复合静电纺丝纤维膜及制备方法。该方法以带正电荷的mofs复合材料cs@zif-8作为抗菌剂，与可降解材料聚乳酸树脂通过混合静电纺丝技术制备出兼具过滤性能、杀菌性能、可降解性的多功能纤维膜，来解决目前口罩滤料抗菌性能差、高湿度环境下过滤性下降等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的cs@zif-8/pla复合静电纺丝纤维膜及制备方法，通过原位生长法合成带正电的mofs复合材料即cs@zif-8；将其与聚乳酸混合制成纺丝液，进行静电纺丝，从而得到实体口罩滤料，具体包括如下步骤：

3、步骤1，将cs@zif-8分散到n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的混合溶剂中，加入聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，搅拌，超声，制成悬浮液；然后将该悬浮液倒入到聚乳酸溶液中搅拌均匀制成混合纺丝液，其中，聚乳酸和cs@zif-8的质量百分比为(99～95)：(1～5)；

4、步骤2，将上述混合纺丝液进行静电纺丝，纺丝工艺参数：电压20kv，推注速度为1.5～2.0ml/h，接收距离为15～17cm，滚筒速度70rpm，环境温度为30～40℃，环境湿度为40～60％rh；纺丝完成后烘箱干燥，制成cs@zif-8/pla复合纤维膜。

5、较佳的，步骤1中，cs@zif-8中cs与zif-8的摩尔比为1：100。

6、较佳的，步骤1中，cs@zif-8的zeta电位值为+13.8±1.45mv。

7、较佳的，步骤1中，聚乳酸溶液为聚乳酸的二氯甲烷溶液。

8、较佳的，步骤1中，混合纺丝液中聚乳酸质量分数为12％。

9、较佳的，步骤1中，n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷质量比例为1:4。

10、较佳的，步骤1中，cs@zif-8与聚乙烯吡咯烷酮质量比为1：5。

11、较佳的，步骤2中，注射泵流速为1.9ml/h，接收距离为15cm。

12、与现有技术相比，本发明的优点是:

13、本发明提供了一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的cs@zif-8/pla复合静电纺丝纤维膜及制备方法，以pla为基体材料，加入了mofs复合材料cs@zif-8作为抗菌材料，使用静电纺丝法制备，在过滤方面，以pm2.5和pm10作为过滤对象，该纤维膜的过滤率在十分钟内最高可达到100％，具有良好的过滤性能。

14、在抗菌方面，在接触时间为4h的情况下该纤维膜可以对大肠杆菌和葡萄球菌达到100％以上的抗菌效果，具有市面上普通熔喷布材料达不到的过滤和抗菌效果。在厚度方面，膜的厚度在40微米左右，达到了超薄的效果，相比于普通熔喷布材料的100微米左右的厚度，大大减少了材料的消耗。

15、在降解方面，由于cs的存在，cs@zif-8/pla复合纤维膜在河水环境中降解性能优于普通熔喷布和聚乳酸纤维膜，cs@zif-8/pla复合纤维膜的失重率约为聚乳酸纤维膜的2倍。在90天时，cs@zif-8/pla复合纤维膜外观破碎严重，总面积明显减少，失重率较高，质量明显下降，而普通的熔喷布材料在外观和质量上均无明显变化，降解性能差。

技术特征：

1.一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的cs@zif-8/pla复合静电纺丝纤维膜的制备方法，其特征在于，通过原位生长法合成带正电的mofs复合材料即cs@zif-8;将其与聚乳酸混合制成纺丝液，进行静电纺丝，从而得到复合静电纺丝纤维膜，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，cs@zif-8中cs与zif-8的摩尔比为1：100。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，cs@zif-8的zeta电位值为+13.8±1.45mv。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，聚乳酸溶液为聚乳酸的二氯甲烷溶液。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，混合纺丝液中聚乳酸质量分数为12%。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，n ,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷质量比例为1:4。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，cs@zif-8与聚乙烯吡咯烷酮质量比为1：5。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，注射泵流速为1.9ml/h，接收距离为15cm。

9.如权利要求1-8任一所述的方法制备的复合静电纺丝纤维膜。

10.如权利要求1-8任一所述的方法制备的复合静电纺丝纤维膜作为滤料的应用。

技术总结
本发明专利公开了一种水中快速降解、高抗菌和过滤效率的CS@ZIF‑8/PLA复合静电纺丝纤维膜，通过原位生长法合成带正电的MOFs复合材料即CS@ZIF‑8;将其与聚乳酸混合制成纺丝液，进行静电纺丝，从而得到复合静电纺丝纤维膜。由于本发明的纤维膜含有聚乳酸和壳聚糖，其具有制备过程简单，易降解，绿色环保的特点，MOFs复合材料的自带电荷不仅使本发明具有优异的杀菌效果，而且其对空气中的PM污染物也有更好的吸附性；其化学性质稳定，可以适应不同的温度湿度环境，在医护材料，抗菌滤料领域方面有着广泛的实际应用前景。

技术研发人员：黄臻,祝甍宇,宗欣悦,岳振青,王新龙
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15