CN1467314A - 抗菌纳米纤维材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的抗菌纳米纤维材料包括高分子超细纤维、抗菌剂超细粒子，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～98％，抗菌剂占材料总重量的2％～40％。抗菌纳米纤维材料由高分子与抗菌剂超细粒子混合物电纺制备。抗菌纳米纤维材料可以用于防护材料、杀菌过滤材料、组织修复、促进愈合的组织覆盖材料。制备方法为：将一种或多种高分子材料分散或溶于溶剂中成为透明溶液或混合物，粒度小于20微米的抗菌剂超细粒子分散在上述溶液中，得到电纺混合物，或者将一种或多种高分子与抗菌剂超细粒子熔融混合，得到电纺混合物；然后加入储罐中，通过注射泵和导管连接到一个或多个喷射头，得到含抗菌剂超细粒子的抗菌纳米纤维材料。

Description

抗菌纳米纤维材料及其制备方法

一、技术领域：

本发明是抗菌纳米纤维材料及其制备方法，属于抗菌超细纤维材料制备的技术领域。

二、背景技术：

防护、过滤材料可以采用天然纤维或合成织物，还可以采用无纺布，棉纱口罩是最常见的防护颗粒等进入呼吸道的材料，医用口罩常用无纺布制成，纤维的直径为20微米左右，纤维之间的孔径较大，对细颗粒的过滤效果不太好。

防护衣常由无纺布制成，同样纤维之间的孔径较大。一种防护材料是纤维织物中夹入塑料薄膜材料等，赋予保暖功能。由不透气塑料薄膜材料制成的防护衣穿着使人不适。

在口罩中加入活性炭夹层可以提高阻隔小颗粒的效果，但对阻隔气溶胶的效果较差。

另一种防护材料是纤维织物中加入杀菌添加剂等，赋予防护材料杀菌等功能。

又一种防护材料是纤维织物中加入抗红外辐射剂和抗紫外辐射剂等，赋予防护材料特殊功能。

上述防护材料或采用普通纤维材料，纤维直径较粗。对阻隔极细粒子或气溶胶的效果较差。

还有一种用于皮肤表面覆盖的防护杀菌、促进愈合的材料是纤维直径较粗的无纺布复合材料。

现有技术中，溶纺或熔纺法获得的抗菌纤维直径比较粗，通常在3微米以上。限制了纤维材料在过滤超细粒子和含有病毒的极细颗粒和气溶胶方面的应用，也限制了这种纤维材料在服装等日用品，以及在医学方面的应用。

所以，有必要研制一类纤维材料直径小，可以有效阻隔极细粒子或气溶胶的防护、过滤材料，有必要研制一类纤维材料直径小，可以有效抑菌或杀菌的阻隔极细粒子或气溶胶的防护、过滤、抑菌、杀菌材料。

三、发明内容：

(1)发明目的

本发明的目的是提供一种透气性好、抗菌效果好、过滤效率高，加工工艺简单的抗菌纳米纤维材料及其制备方法。

(2)技术方案

本发明的抗菌纳米纤维材料及其制备方法。该材料包括高分子超细纤维、抗菌剂超细粒子，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～98％，抗菌剂占材料总重量的2％～40％。抗菌剂是含银或锌或铜离子的无机超细粒子，或是含银或锌或铜离子的无机沸石超细粒子，或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛中的一种或多种的混合物，或是甲壳素、壳聚糖超细粒子，其粒度小于20微米。抗菌纳米纤维材料由高分子与抗菌剂超细粒子混合物电纺制备。由于纤维有规则地堆积，形成规则的多孔结构，孔尺寸为几微米。

高分子超细纤维是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物。或甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物。纤维直径在20纳米-3微米之间。

抗菌纳米纤维材料中还可以含有微量添加剂为抗静电剂、有机杀菌剂、药物、酶、多肽或蛋白质、香精、中药材提取物中的一种或多种，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～96％，抗菌剂占材料总重量的2％～38％，微量添加剂占材料总重量的2％以下。

一种抗菌纳米纤维材料的制备方法为：将一种或多种高分子分散或溶于溶剂中成为透明溶液或混合物，粒度小于20微米的抗菌剂超细粒子分散在上述溶液中，得到电纺混合物，或者将一种或多种高分子与抗菌剂超细粒子熔融混合，得到电纺混合物，然后加入储罐中，通过注射泵和导管连接到一个或多个喷射头，喷射头接高压电场，电压为3千伏-120千伏。接受部分接地，然后进行静电纺丝或电喷，得到含抗菌剂超细粒子的高分子超细纤维材料。与一个或多个喷射头连接的可以是单一电纺混合物或多种电纺混合物。喷射头连接的电场是高压正电场或高压负电场或高压交流电场。

(3)技术效果

(1)本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(2)本发明提供的抗菌纳米纤维材料是含超细粒子的高分子超细纤维的膜状或其它形状的复合材料，纤维直径为20纳米-3000纳米。

(3)本发明提供的抗菌纳米纤维材料具有加工工艺简单的特征。采用高分子与抗菌剂超细粒子混合电纺工艺得到超细纤维复合材料，经后加工，得到各种用于过滤、防护、抑菌、杀菌、促进组织愈合材料，可获得良好的效果。

(4)本发明提供的抗菌纳米纤维防护过滤材料，对极细粒子或气溶胶具有高效阻隔性能特点，且透气性能好。纳米纤维防护材料阻隔0.3微米气溶胶的效率达到96％以上。

(5)本发明提供的抗菌纳米纤维材料，对葡萄球菌、大肠杆菌等细菌有良好杀菌作用。

四、具体实施方式

本发明的抗菌纳米纤维材料，该材料包括高分子超细纤维、抗菌剂超细粒子，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～98％，抗菌剂占材料总重量的2％～40％。抗菌剂是含银或锌或铜离子的无机超细粒子，或是含银或锌或铜离子的无机沸石超细粒子，或是甲壳素、壳聚糖超细粒子，或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛中的一种或多种的混合物，其粒度小于20微米。抗菌纳米纤维材料由高分子与抗菌剂超细粒子混合物电纺制备。由于纤维有规则地堆积，形成规则的多孔结构，孔尺寸为几微米。

高分子超细纤维是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物。或甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物。纤维直径在20纳米-3微米之间。

抗菌纳米纤维材料中还可以含有微量添加剂为抗静电剂、有机杀菌剂、药物、酶、多肽或蛋白质、香精、中药材提取物中的一种或多种，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～96％，抗菌剂占材料总重量的2％～38％，微量添加剂占材料总重量的2％以下。

本发明的抗菌纳米纤维材料的制备方法为：将一种或多种高分子分散或溶于溶剂中成为透明溶液或混合物，粒度小于20微米的抗菌剂超细粒子分散在上述溶液中，得到电纺混合物，或者将一种或多种高分子与抗菌剂超细粒子熔融混合，得到电纺混合物，然后加入储罐中，通过注射泵和导管连接到一个或多个喷射头，喷射头接高压电场，电压为3千伏-120千伏。接受部分接地，然后进行静电纺丝或电喷，得到含抗菌剂超细粒子的高分子超细纤维材料。与一个或多个喷射头连接的可以是单一电纺混合物或多种电纺混合物。喷射头连接的电场是高压正电场或高压负电场或高压交流电场。

本发明所提出的抗菌纳米纤维材料可以用于防护材料、杀菌过滤材料、组织修复、促进愈合的覆盖材料。本发明所提出的纳米纤维防护材料可以用于防护口罩，防护衣，防护帐篷，还可以用于空调过滤器等过滤材料等。

实施例1

抗菌纳米纤维材料的制备：高分子可以是聚烯烃，聚乙烯，聚丙烯，聚丁二烯，聚异戊二烯，聚酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对二苯甲酸丁二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯，聚酰胺，尼龙6，尼龙66，尼龙1010，尼龙610，聚醚，聚氧乙烯，聚氧丙烯，聚卤代烃，聚苯乙烯，聚甲基苯乙烯，聚丙烯腈，聚醋酸乙烯，聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸酯，聚酰亚胺，聚苯醚，聚对苯二甲酸对苯二胺，聚间苯二甲酸间苯二胺。

例如，将2克尼龙6溶于20ml甲酸中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，加入0.4克含银的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压正电场，铜网接地，喷射头与铜网间距离控制在6cm左右，溶液流速3ml/h，电压为10kv左右，进行电纺，得到一层含有抗菌剂超细粒子的尼龙6纳米纤维膜，得到抗菌纳米纤维材料。该材料对300纳米颗粒的阻隔效率为99％。

实施例2

抗菌纳米纤维材料的制备：5克聚苯乙烯溶于50毫升二氯甲烷中，加入0.2克含银的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到6个喷射头，喷射头接高压电场，喷射头与铜网接收物间距离控制在6cm左右，铜网接地，电压为10kv左右，进行电纺，得到聚苯乙烯纳米纤维材料。

实施例3

抗菌纳米纤维材料的制备：5克聚苯乙烯溶于50毫升四氢呋喃中，加入1克含银的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到6个喷射头，喷射头接高压电场，喷射头与铜网接收物间距离控制在6cm左右，铜网接地，电压为10kv左右，进行电纺，得到聚苯乙烯纳米纤维膜。将5克尼龙6溶于50ml甲酸中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，通过注射泵和导管连接到6个喷射头，喷射头接高压电场，接收物是上述聚苯乙烯纳米纤维，溶液流速3ml/h，电压为10kv左右，进行电纺，得到双层抗菌纳米纤维膜。

实施例4

抗菌纳米纤维材料的制备：将0.5克重均分子量为13万聚L-乳酸和0.5克分子量10万的聚氧乙烯溶于10ml二甲基甲酰胺中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，加入0.04克氧化锌超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，混合物加入到储罐中，并用导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，喷射头与铜网接收物间距离控制在5cm左右，铜网接地，溶液流速6ml/h，电压为10kv左右，进行电纺。得到聚L-乳酸和聚氧乙烯共混物抗菌纳米纤维材料。

实施例5

抗菌纳米纤维材料的制备：100克聚氧乙烯加热熔融成熔体，加入5克氧化锌超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，接收物是聚酯纤维网，纤维网的下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在10cm左右，电压为15kv左右，进行电纺。得到聚氧乙烯抗菌纳米纤维材料。

实施例6

抗菌纳米纤维材料的制备：100克聚氧乙烯加热熔融成熔体，加入10克二氧化钛超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，接收物是聚酯纤维网，纤维网的下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在10cm左右，电压为15kv左右，进行电纺。得到聚氧乙烯抗菌纳米纤维材料。

实施例7

抗菌纳米纤维材料的制备：将0.5克重均分子量为13万聚L-乳酸和0.5克分子量10万的聚氧乙烯溶于10ml二甲基甲酰胺中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，加入0.3克甲壳素超细粒子，粒子尺寸为5微米左右，分散均匀，混合物加入到储罐中，并用导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，喷射头与接收物间距离控制在5cm左右，接收物是尼龙纤维网，纤维网的下方是铜网，铜网接地，溶液流速6ml/h，电压为10kv左右，进行电纺。得到聚L-乳酸和聚氧乙烯共混物抗菌纳米纤维材料。

实施例8

抗菌纳米纤维材料的制备：将2克尼龙6溶于混合溶剂中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，加入0.3克含银的沸石超细粒子和0.1克硫酸锌超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压正电场，接收物是聚酯纤维网，纤维网的下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在8cm左右，溶液流速3ml/h，电压为10kv左右，进行电纺，得到含有抗菌剂超细粒子的尼龙6抗菌纳米纤维材料。

实施例9

抗菌纳米纤维材料的制备：将2克尼龙6溶于20ml甲酸中，配成10％(质量分数)的高分子溶液，加入0.4克含铜的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压正电场，接收物是聚酯纤维网，纤维网的下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在6cm左右，溶液流速3ml/h，电压为10kv左右，进行电纺，得到含有抗菌剂超细粒子的尼龙6抗菌纳米纤维材料。

实施例10

抗菌纳米纤维材料的制备：将2克重均分子量约为13万的聚L-乳酸溶于10ml丙酮中，配成20％(质量分数)的高分子溶液，加入0.7克含银的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，搅拌24小时，然后加入储罐1中。再将1.5克重均分子量约为13万的聚L-乳酸溶于10ml二甲基甲酰胺中，配成15％(质量分数)的高分子溶液，搅拌24小时，然后加入储罐2中。储罐1通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，接收物是尼龙布，尼龙布下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在5cm左右，溶液流速6ml/h，电压为10千伏，进行电纺，得到纳米纤维膜材料。将储罐2通过注射泵和导管连接到又一喷射头，喷射头接高压电场，接收物是上面的纳米纤维膜材料，喷射头与接收物间距离控制在5cm左右，溶液流速1ml/h，电压为10千伏，进行电纺，得到双层纳米纤维膜材料。

实施例11

抗菌纳米纤维材料的制备：将1克重均分子量约为13万的聚L-乳酸溶于10ml丙酮中，配成20％(质量分数)的高分子溶液，加入0.2克含银离子的沸石超细粒子，粒子尺寸为100纳米左右，分散均匀，加入含0.02克的溶菌酶水溶液，搅拌24小时，然后加入储罐中。储罐通过注射泵和导管连接到喷射头，喷射头接高压电场，接收物是尼龙布，尼龙布下方是铜网，铜网接地，喷射头与接收物间距离控制在5cm左右，溶液流速6ml/h，电压为10千伏，进行电纺，得到抗菌纳米纤维膜材料。

Claims (7)

1、一种抗菌纳米纤维材料，其特征在于该材料包括高分子超细纤维、抗菌剂超细粒子，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～98％，抗菌剂占材料总重量的2％～40％。

2、根据权利要求1所述的抗菌纳米纤维材料，其特征在于抗菌剂是含银或锌或铜离子的无机超细粒子，或是含银或锌或铜离子的无机沸石超细粒子，或是氧化锌、硫酸锌、二氧化钛、硫酸铜中的一种或多种的混合物，或是甲壳素、壳聚糖超细粒子，其粒度小于20微米。

3、根据权利要求1所述的抗菌纳米纤维材料，其特征在于高分子超细纤维是聚烯烃、聚卤代烯烃、聚硅氧烷、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈、聚丙烯酸类高分子、聚苯醚、聚酸酐、聚-α-氨基酸、聚苯硫醚，或是其中两种或多种的共混物。纤维直径在20纳米-3微米之间。

4、根据权利要求所1述的抗菌纳米纤维材料，其特征在于高分子超细纤维是甲壳素、壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、胶原、角叉胶、藻酸钠、藻酸钙、明胶、琼脂、葡聚糖、纤维蛋白、丝蛋白中的一种或是它们的衍生物、或是其中两种或多种的共混物。

5、根据权利要求所1述的抗菌纳米纤维材料，其特征在于抗菌纳米纤维材料中微量添加剂为抗静电剂、有机杀菌剂、酶、多肽或蛋白质、香精、中药材提取物中的一种或多种，其中按重量百分比计算，高分子超细纤维占材料总重量的60％～96％，抗菌剂占材料总重量的2％～38％，微量添加剂占材料总重量的2％以下。

6、一种抗菌纳米纤维材料的制备方法，其特征在于制备方法为：将一种或多种高分子材料分散或溶于溶剂中成为透明溶液或混合物，粒度小于20微米的抗菌剂超细粒子分散在上述溶液中，得到电纺混合物，或者将一种或多种高分子与抗菌剂超细粒子熔融混合，得到电纺混合物；然后加入储罐中，通过注射泵和导管连接到一个或多个喷射头，喷射头接高压电场，电压为3千伏-120千伏，接受部分接地，然后进行静电纺丝或电喷，得到含抗菌剂超细粒子的抗菌纳米纤维材料。

7、根据权利要求7所述的抗菌纳米纤维材料制备方法，其特征在于与一个或多个喷射头连接的是单一电纺混合物或多种电纺混合物。