一种高分子基载银复合纳米纤维膜的宏量制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高分子基载银复合纳米纤维膜的宏量制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]纳米粉体材料由于表面效应、量子尺寸效应等特点，使得材料本身通常具有与其宏观物质迥异的特殊性质。一直以来，纳米银因其优异的化学稳定性和催化活性而被用作高效抗菌材料，具有广谱抗菌、安全稳定、不产生耐药性等特点。而对于高分子基载银复合纳米纤维，由于纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等特点，从而大大的增加了纤维中纳米粒子与有害细菌的接触比例，能够最大程度的发挥纳米银的抗菌效果，同时这类材料的抗菌离子释放速度可以通过调整载体的结构予以控制，从而使其具有长效的抗菌效果，因而在生化防护、医疗卫生、过滤等领域有着传统纤维无法比拟的应用前景。
[0003]近年来，利用静电纺丝技术，将金属纳米粒子引入到高分子纤维中来制备复合纳米纤维的方法备受关注。目前，静电纺丝制备高分子基载银复合纳米纤维的方法主要有直接分散法和原位还原法。直接分散法是指首先将纳米银分散到高分子溶液中，再通过加入适当的表面活性剂、高速搅拌或超声波分散的方法使纳米银均匀稳定的分散在纺丝前驱体溶液中，最后静电纺制备复合纳米纤维，可参见中国专利文件CNl04511045A (申请号:201310441908.1)。虽然该法工艺简单，但是纳米银粉体需经过长时间分散，而且纳米粒子通常具有很高的比表面能，因此在静电纺丝过程中纳米银容易团聚，使得纳米银在纤维中分散效果不佳，从而导致其功能性减弱，甚至消失。而原位合成法是指在含有银离子与高分子的混合溶液中，借助高分子中特定的官能团对银离子的络合吸附作用或是高分子链对银离子运动的空间位阻，以及高分子基体提供的纳米级的限制空间，再利用加热或者紫外线照射、硼氢化钠、柠檬酸等来原位还原制备高分子基载银复合纳米纤维，可参见Polymer.2008, 49, 4723-4732 ;中国专利文件 CN103705969A(申请号:201410001923.9)；CN103433035A(申请号:201310298036.8) ；CN101187111B(申请号:200710171324.1)。利用原位合成法制备的复合纳米纤维中纳米银尺寸稳定，分布均匀，且与基体纤维结合良好。但迄今为止，还没有利用原位合成法宏量制备高分子基载银复合纳米纤维膜的方法见诸专利及文献报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用原位合成法，宏量地制备高分子基载银复合纳米纤维膜的方法，解决现有技术中载银粒径较大、易团聚、分布不均匀，抗菌性能不稳定，以及复合纤维膜力学性能较差，无法大规模生产的问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]一种PA/Ag复合纳米纤维膜的宏量制备方法，包括步骤如下:
[0007](I)纺丝液制备
[0008]将甲酸溶液和冰乙酸混合均匀，搅拌下加入尼龙(PA)颗粒，搅拌至尼龙完全溶解，然后添加AgNO3,避光搅拌至々8勵3完全溶解，得纺丝液；
[0009]在纺丝液中，所述的尼龙浓度为10?15wt%，所述的甲酸浓度为25?55界七％;甲酸溶液:冰乙酸=1:3?3:1，质量比；AgN0^添加量占尼龙质量的0.3%?2% ；
[0010](2)静电纺丝
[0011]将步骤(I)所得纺丝液进行静电纺丝，条件为:纺丝电压55?80kV，电极距离100?220mm，温度15?30°C，相对湿度15?60%，得纳米纤维膜前驱体；
[0012](3)前驱体还原
[0013]将步骤(2)所得纳米纤维膜前驱体于60?150°C加热6?12h ;或者，在紫外光下照射10?60min，即得PA/Ag复合纳米纤维膜。
[0014]根据本发明，优选的，步骤(I)中所述的尼龙浓度为12?14wt%，所述的甲酸浓度为25?50wt% ;甲酸溶液:冰乙酸=1:2?2:1，质量比；AgNOj9添加量占尼龙质量的0.5%?1.2% ；
[0015]优选的，所述的尼龙为尼龙6，所述的甲酸溶液的浓度为88wt%。步骤(I)所得的纺丝液随放置时间延长会缓慢变为淡黄色，表明AgNO3部分还原为纳米银。
[0016]根据本发明，优选的，步骤(2)中静电纺丝条件为:电压60?70kV，电极距离150?180mm，温度20?25°C，相对湿度30?45%。
[0017]根据本发明，优选的，步骤(3)中加热温度为90?120°C，紫外光照射时间为20?40min ；
[0018]优选的，紫外光的强度为30?100w，波长为190?260nm。
[0019]一种PAN/Ag复合纳米纤维膜的宏量制备方法，包括步骤如下:
[0020]⑴纺丝液制备
[0021]将AgNO3加入到DMF (N，N-二甲基甲酰胺)中，避光条件下搅拌使AgNO 3溶解完全，再加入PAN (聚丙烯腈)，继续避光搅拌10?15h，得到纺丝液；
[0022]所述的AgNO3:DMF:PAN = (0.05 ?0.8): (8 ?9.15): (0.6 ?1.2)，质量比；
[0023](ii)静电纺丝
[0024]将步骤(i)得到的纺丝液静电纺丝，条件为:相对湿度15?50%，温度15?30°C，纺丝电压为15?25kV，进料速率为0.4?1.2mL/h，纺丝针头与金属平板接收器之间的接收距离为15?30cm，得纳米纤维膜前驱体；
[0025](iii)前驱体还原
[0026]将步骤(ii)中制得的纳米纤维膜前驱体在60?200°C的温度下热处理0.5?4h，自然冷却；或者，在紫外光下照射0.5?4h，即得PAN/Ag复合纳米纤维膜。
[0027]根据本发明，优选的，步骤⑴中所述的AgN03:DMF:PAN = (0.2?0.8): (8.2?9.0):(0.8 ?1.0)，质量比；
[0028]优选的，所述的PAN的相对分子量为7万。
[0029]根据本发明，优选的，步骤(ii)中静电纺丝条件为:相对湿度25?40%，温度20?30°C，纺丝电压为18?21kV，纺丝针头与金属平板接收器间的接收距离为20?30cm，静电纺丝的进料速率为0.5?1.2mL/h。
[0030]根据本发明，优选的，步骤(iii)中热处理温度为80?160°C，紫外光的强度为30 ?100w，波长为 190 ?260nm。
[0031]利用本发明方法制备得到的PA/Ag或PAN/Ag复合纳米纤维膜厚度均一，纤维直径稳定，纳米银颗粒粒径较小且分布均匀，展现出优异的抗菌性能。
[0032]本发明的技术特点及优良效果如下:
[0033]1、本发明制备的高分子基载银复合纳米纤维膜中，纳米银粒子尺寸稳定，没有明显的团聚，且分布均匀；
[0034]2、本发明制备的高分子基载银复合纳米纤维膜具有纤维长径比大、比表面积较高等优点，从而大大的增加了纤维中纳米银与有害细菌的接触比例，能够最大程度的发挥纳米银的抗菌效果；
[0035]3、本发明利用加热或紫外还原的方法来还原纳米纤维膜前驱体，工艺简单效率高，不会破坏纤维原有的形貌结构；
[0036]4、本发明制备的高分子基载银复合纳米纤维膜力学性能优异，热稳定性好，能够进行宏量制备。
【附图说明】
[0037]图1是实施例1所得PA/Ag复合纳米纤维膜的SEM照片。
[0038]图2是实施例2所得PA/Ag复合纳米纤维膜的SEM照片。
[0039]图3是实施例2中步骤⑵中所得纳米纤维膜前驱体的TEM照片。
[0040]图4是实施例1所得PA/Ag复合纳米纤维膜的TEM照片。
[0041 ] 图5是实施例3所得PA/Ag复合纳米纤维膜的TEM照片。
[0042]图6是实施例5所得PA/Ag复合纳米纤维膜的EDS谱图。
[0043]图7是实施例1所得PA/Ag复合纳米纤维膜的抗菌性能光学照片，其中a为对照样“ Ih”接触时间振荡杀菌后，b为实验样“ Ih”接触时间振荡杀菌后。
[0044]图8是实施例6所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的TEM照片。
[0045]图9是实施例6所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的SEM照片。
[0046]图10是实施例6所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的XRD谱图。
[0047]图11是实施例6所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的表面银颗粒直径分布图。
[0048]图12是实施例10所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的TG-DSC曲线。
[0049]图13是实施例11所得PAN/Ag复合纳米纤维膜的抗菌性能光学照片，其中a为对照样“lh”接触时间振荡杀菌后，b为实验样“lh”接触时间振荡杀菌后。
[0050]图14是实施例12所得的PAN/Ag复合纳米纤维膜在杀菌前后的SEM照片，其中a为实验样振荡杀菌如，b为实验样“ lh”接触时间振荡杀菌后。
【具体实施方式】
[0051]下面结合实施例与附图对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料均为常规原料，所用设备均为常规设备。
[0052]其中高分子基载银复合纳米纤维膜的抗菌性能依据GB/T 21510-2008纳米无机材料杀菌性能检测方法附录B来测试，并采用烧瓶振荡法。
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