基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，尤其涉及基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯无纺布是一种非织造布，是指将纺丝成形的纤维排布或喷射到基底上，经不同形式的固化成型后得到的一种有序或无序的纤维非织造片材，无纺布具有成本低，用途广泛的优点。聚丙烯(pp)无纺布具有质量轻、孔径小、孔隙率高和透气性好等诸多优点，使聚丙烯无纺布成为高效节能的过滤材料。

2、但聚丙烯无纺布结晶度高，亲水性差，表面极易滋生细菌，影响其使用范围。经过抗菌整理可以减少细菌感染，有益于在医用生物材料领域和空气过滤材料如医疗口罩、中央空调过滤、无尘室等领域的应用。在现有技术中，一般采用涂层方法处理的无纺布，其涂层牢度不高，容易脱落，且处理中消耗的抗菌液多，抗菌效果差。另外，由于聚丙烯属于碳氢类材料，氧指数低，其极限氧指数仅为17.4％～18.5％，容易燃烧，并且成炭率低，燃烧时产生熔滴，容易传播火焰引起火灾，其存在的不安全因素，大大限制了其应用范围。

3、因此，需要一种有效阻燃抗菌的聚丙烯无纺布以扩大聚丙烯无纺布的应用范围。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布及其制备方法，以解决现有聚丙烯无纺布阻燃性能和抗菌性能均较差的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、本发明的第一方面在于提供了一种基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布，包括以下原料：2～8wt％mofs@cs和92～98wt％聚丙烯，所述mofs@cs为金属有机框架材料与壳聚糖的复合物。

4、结合第一方面，在一些可选的实施例中，所述mofs@cs中金属有机框架材料与壳聚糖的摩尔比为1～5:1。

5、本发明的第二方面在于提供了一种基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，包括以下步骤：

6、合成mofs@cs，将壳聚糖溶解在醋酸溶液中，得到壳聚糖溶液，将金属有机框架材料超声分散无水甲醇中，得到金属有机溶液，将壳聚糖溶液加入到金属有机溶液中磁力搅拌0.5～3h，离心得到的沉淀物用dmf和甲醇分别洗涤3～5次，并在60～100℃真空干燥箱中干燥6～12h，得到产品mofs@cs；

7、熔融纺丝，将2～8wt％mofs@cs和92～98wt％聚丙烯切片，置于螺杆转速为8～25hz，螺杆加热温度为190～240℃的双螺杆挤出机中，熔融混合后经计量泵送至喷丝板，通过风机吹出后铺设成网，收集得到mofs@cs/聚丙烯阻燃抗菌熔喷无纺布。

8、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述合成mofs@cs步骤中，所述壳聚糖、金属有机框架材料、醋酸和甲醇的摩尔体积比为10～50mmol:10mmol:50ml:50～300ml。

9、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述金属有机框架材料的制备方法如下：

10、将金属盐添加到溶剂中搅拌5～30min，记为盐溶液；将有机配体和添加剂加入到溶剂中搅拌5～30min直至完全溶解，记为有机溶液，搅拌下将有机溶液加入到盐溶液中，然后在25～100℃下磁力搅拌0.5～6.0h后静置6～24h，收集沉淀并在60～100℃下干燥6～24h，得到金属有机框架材料。

11、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述金属盐、有机配体、添加剂和溶剂的摩尔体积比为1mmol:1～20mmol:0～5mmol:5～200ml。

12、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述金属盐为六水硝酸锌、六水硝酸钴、六水硝酸镍、三水硝酸铜、四氯化锆、六水三氯化铬、五水硫酸铜和九水硝酸铁中的一种。

13、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述有机配体为2-甲基咪唑、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯并咪唑中的一种。

14、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述溶剂为乙醇、甲醇、去离子水、dmf中的一种。

15、结合第二方面，在一些可选的实施例中，所述添加剂为naoh、乙二胺、三乙胺、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇中的一种或多种。

16、本发明的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的阻燃机理在于：(1)本发明所制备的金属有机框架材料mofs本身具有一定的阻燃功效，其金属离子中心可以在燃烧过程中催化成炭以形成致密保护层，其多孔结构在燃烧初期可以吸附烟雾和有毒气体；(2)壳聚糖本身含有大量的c、n元素，可作为炭源，在燃烧过程中形成致密保护层；(3)mofs和cs在燃烧过程中产生协同阻燃效应，其阻燃性能远高于两者单独作用。本发明的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的抗菌机理在于：(1)mofs通过持续缓慢释放本征金属离子实现对细菌的持续杀灭，且咪唑类有机配体也具有一定的抗菌功效；(2)壳聚糖分子中所带的正电荷和微生物细胞膜所带的负电荷相互作用，使细菌蛋白质及其它细胞成分泄漏而产生抗菌作用。

17、本发明的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布，具有优异的阻燃性能和抗菌性能，其极限氧指数能够达到30.6％，垂直燃烧测试(ul94)能够达到v-0级；对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均能达到99％以上，经洗涤100次后抑菌率仍达到97％以上；其中的mofs@cs与聚丙烯生物相容性好，不会损害聚丙烯的固有性能，且对物理机械性能有一定程度的增强。本发明的制备方法原料简单易得，环保无毒，合成步骤简单，可批量生产。

技术特征：

1.基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布，其特征在于，包括以下原料：2～8wt％mofs@cs和92～98wt％聚丙烯，所述mofs@cs为金属有机框架材料与壳聚糖的复合物。

2.根据权利要求1所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布，其特征在于，所述mofs@cs中金属有机框架材料与壳聚糖的摩尔比为1～5:1。

3.基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述合成mofs@cs步骤中，所述壳聚糖、金属有机框架材料、醋酸和甲醇的摩尔体积比为10～50mmol:10mmol:50ml:50～300ml。

5.根据权利要求3所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架材料的制备方法如下：

6.根据权利要求5所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述金属盐、有机配体、添加剂和溶剂的摩尔体积比为1mmol:1～20mmol:0～5mmol:5～200ml。

7.根据权利要求5所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述金属盐为六水硝酸锌、六水硝酸钴、六水硝酸镍、三水硝酸铜、四氯化锆、六水三氯化铬、五水硫酸铜和九水硝酸铁中的一种。

8.根据权利要求5所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述有机配体为2-甲基咪唑、均苯三甲酸、对苯二甲酸、苯并咪唑中的一种。

9.根据权利要求5所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙醇、甲醇、去离子水、dmf中的一种。

10.根据权利要求5所述的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述添加剂为naoh、乙二胺、三乙胺、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布及其制备方法，制备壳聚糖溶液，将MOFs超声分散无水甲醇中，得到金属有机溶液，将壳聚糖溶液加入到金属有机溶液中搅拌0.5～3h，离心得到的沉淀物用DMF和甲醇分别洗涤3～5次，并在60～100℃真空干燥箱中干燥6～12h，得到MOFs@CS，将2～8wt％MOFs@CS和92～98wt％聚丙烯置于螺杆转速为8～25Hz，螺杆加热温度为190～240℃的双螺杆挤出机中，熔融混合后经计量泵送至喷丝板，通过风机吹出后铺设成网，收集得到MOFs@CS/聚丙烯阻燃抗菌熔喷无纺布。本发明的基于金属有机框架材料的聚丙烯熔喷无纺布具有优异的阻燃性能和抗菌性能，且其中的MOFs@CS与聚丙烯生物相容性好，不会损害聚丙烯的固有性能。

技术研发人员：丁佰锁,白雷,吴玉东,刘华丽
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15