一种抗菌抑菌无纺布纤维材料及其生产工艺和应用的制作方法

1.本发明涉及无纺布纤维领域，具体涉及一种抗菌抑菌无纺布纤维材料及其生产工艺和应用。


背景技术：

2.无纺布具备多孔性、比表面积大、价格低廉、制备工艺简单和易于工业化生产等优点，近年来在生物医用和过滤材料等领域得到日益广泛的研究与应用。其中，聚偏氟乙烯无纺布具备优异的化学惰性和耐候性能，目前已经成功地应用于化工、食品、医药和生化等诸多领域。但是，纯聚偏氟乙烯无纺布材料的断裂强力和断裂伸长率较低，其机械拉伸性能难以满足实际需要。而且氟原子的存在，使得聚偏氟乙烯无纺布材料的亲水性较差，材料表面呈现极强的疏水性，在处理水基流体时由于细菌和微生物在过滤材料表面的吸附和生长，易造成过滤材料污染，进而导致过滤效率下降，限制了其在许多方面的应用。在应用于生物医用材料领域时，还要求聚偏氟乙烯无纺布本身具备一定的抗菌性能。因此必须对聚偏氟乙烯高分子聚合物进行改性，以提高材料的亲水性、抗菌能力以及机械性能。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种抗菌抑菌无纺布纤维材料及其生产工艺和应用，对聚偏氟乙烯高分子聚合物进行改性，以提高材料的亲水性、抗菌能力以及机械性能。
4.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
5.一种抗菌抑菌无纺布纤维材料，由改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝制备得到；其中，改性偏氟乙烯由多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯混合而成；多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯的重量比为1:5～50。
6.优选地，所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球与所述聚偏氟乙烯的重量比为1:10～30。
7.优选地，所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的粒径为100～200nm。
8.优选地，所述改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝得到纤维直径为0.5～5μm。
9.优选地，所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的制备方法为：
10.s1.称取多聚烟酸铬纳米粉加入至甲苯中，超声至分散均匀，得到多聚烟酸铬分散液；依次称取偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯和3
‑
巯基
‑1‑
丙醇加入至去离子水中，搅拌至均匀后，得到单体连续处理液；
11.其中，多聚烟酸铬纳米粉与甲苯的质量比为1:8～16；偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯、3
‑
巯基
‑1‑
丙醇与去离子水的质量比为1:0.2～0.5:0.01～0.03:0.04～0.08:0.05～0.08:10～20；
12.s2.室温条件下，边搅拌边将多聚烟酸铬分散液逐滴滴加至单体连续处理液中，滴加完毕后，继续搅拌分散处理0.5～1h，得到预反应混合液；
13.其中，多聚烟酸铬分散液与单体连续处理液的质量比为1:2.5～6.5；
14.s3.称取四甲基乙二胺和甲基硅油混合至均匀，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴40～60℃中，边搅拌边将预反应混合液逐滴加入至混合溶液中，滴加速度控制在1～3秒/滴，待预反应混合液完全滴加后，继续在水浴40～60℃的条件下均质处理0.5～1h后，过滤收集固体物，得到反应初产物；
15.其中，四甲基乙二胺与甲基硅油的质量比为1:2～3；预反应混合液与混合溶液的质量比为1:3～8；
16.s4.将反应初产物加入至氯仿中，使用连续提取法对反应初产物进行除杂处理2～4h，之后收集除杂后的固体产物，将除杂后的固体产物置于真空环境下干燥处理，最终得到多聚烟酸铬复合多孔纳米球；
17.其中，反应初产物与氯仿的质量比为1:6～10。
18.优选地，所述多聚烟酸铬纳米粉的粒径为10～50nm。
19.本发明的第二个目的是提供一种抗菌抑菌无纺布纤维材料的生产工艺，包括以下步骤：
20.步骤1，按量称取聚偏氟乙烯和多聚烟酸铬复合多孔纳米球，置于烘箱中干燥处理，得到聚偏氟乙烯干燥物和多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物；
21.步骤2，将聚偏氟乙烯干燥物加入至共混机中，升温至偏氟乙烯完全融化后，加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物并混合至均匀，得到熔融混合物；
22.步骤3，将熔融混合物加入至双螺杆挤出机中，经过挤出和造粒过程，得到混合物母粒；
23.步骤4，将混合物母粒加入至单螺杆挤出机中，经过熔融挤出并通过牵引装置进行纺丝，得到改性聚偏氟乙烯纤维；
24.步骤5，将改性聚偏氟乙烯纤维依次经过挑拣和干燥处理，最终得到抗菌抑菌无纺布纤维材料。
25.优选地，所述步骤2中，升温的温度为170～190℃。
26.优选地，所述步骤2中，待偏氟乙烯完全融化3～5min后再加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球。
27.本发明第三个目的是，一种抗菌抑菌无纺布纤维材料用于制备无纺布医疗用品。
28.优选地，所述无纺布医疗用品包括无纺布口罩、无纺布手术服和无纺布纱布。
29.本发明的有益效果为：
30.1.本发明通过对聚偏氟乙烯进行改性掺杂，最终制备得到的改性聚偏氟乙烯纤维相比较于聚偏氟乙烯具有更加优异的亲水性、抗菌能力以及机械性能。
31.2.本发明制备的改性聚偏氟乙烯纤维是通过使用多聚烟酸铬复合多孔纳米球对聚偏氟乙烯进行改性得到的，其中，多聚烟酸铬复合多孔纳米球是由聚偏氟乙烯和聚丙烯腈的共聚物与多聚烟酸铬结合形成的。具体过程为，将聚偏氟乙烯和聚丙烯腈的单体与失水山梨醇脂肪酸酯(乳化剂)、过氧化二碳酸二异丙酯(引发剂)和3
‑
巯基
‑1‑
丙醇(链转移剂)共混至去离子水中形成均匀的连续处理的水相体系，将多聚烟酸铬与溶剂甲苯形成分散的油相体系，然后将油相逐滴加入至水相结构中，形成水包油体系结构，然后将水包油体系滴加进介质液体四甲基乙二胺和甲基硅油的混合物中，在一定的温度下将聚合反应完全进行，然后使用均质机进行均质控制形成的颗粒大小，得到了纳米粒径的球形颗粒，之后将
纳米粒径的球形颗粒在氯仿中使用连续提取法进行处理，除去颗粒中的溶剂等杂质，最终形成了具有多孔结构的纳米颗粒，此外，合成的颗粒具有球形形貌，不易磨损，适用于流化床系统。在经过乳液聚合、干燥后，形成的纳米颗粒材料作为骨架，泡孔由骨架包围而成，连通孔和孔径位于骨架上，由此可形成三级孔的互联互通结构。
32.3.本发明将具有多孔结构且三级孔互联互通结构的多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯进行混合，之后通过熔融纺丝的方式得到纤维，该多孔纳米颗粒能够改善聚偏氟乙烯的缺陷，最终得到的无纺布纤维材料具有更加优异的亲水性、抗菌能力以及机械性能，能够用于无纺布医疗用品的制备和使用。
具体实施方式
33.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
34.实施例1
35.一种抗菌抑菌无纺布纤维材料，由改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝制备得到；其中，改性偏氟乙烯由多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯混合而成；多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯的重量比为1:25。
36.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的粒径为100～200nm。
37.所述改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝得到纤维直径为0.5～5μm。
38.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的制备方法为：
39.s1.称取多聚烟酸铬纳米粉加入至甲苯中，超声至分散均匀，得到多聚烟酸铬分散液；依次称取偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯和3
‑
巯基
‑1‑
丙醇加入至去离子水中，搅拌至均匀后，得到单体连续处理液；
40.其中，多聚烟酸铬纳米粉与甲苯的质量比为1:8～16；偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯、3
‑
巯基
‑1‑
丙醇与去离子水的质量比为1:0.2～0.5:0.01～0.03:0.04～0.08:0.05～0.08:10～20；
41.s2.室温条件下，边搅拌边将多聚烟酸铬分散液逐滴滴加至单体连续处理液中，滴加完毕后，继续搅拌分散处理0.5～1h，得到预反应混合液；
42.其中，多聚烟酸铬分散液与单体连续处理液的质量比为1:2.5～6.5；
43.s3.称取四甲基乙二胺和甲基硅油混合至均匀，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴40～60℃中，边搅拌边将预反应混合液逐滴加入至混合溶液中，滴加速度控制在1～3秒/滴，待预反应混合液完全滴加后，继续在水浴40～60℃的条件下均质处理0.5～1h后，过滤收集固体物，得到反应初产物；
44.其中，四甲基乙二胺与甲基硅油的质量比为1:2～3；预反应混合液与混合溶液的质量比为1:3～8；
45.s4.将反应初产物加入至氯仿中，使用连续提取法对反应初产物进行除杂处理2～4h，之后收集除杂后的固体产物，将除杂后的固体产物置于真空环境下干燥处理，最终得到多聚烟酸铬复合多孔纳米球；
46.其中，反应初产物与氯仿的质量比为1:6～10。
47.所述多聚烟酸铬纳米粉的粒径为10～50nm。
48.上述抗菌抑菌无纺布纤维材料的生产工艺，包括以下步骤：
49.步骤1，按量称取聚偏氟乙烯和多聚烟酸铬复合多孔纳米球，置于烘箱中干燥处理，得到聚偏氟乙烯干燥物和多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物；
50.步骤2，将聚偏氟乙烯干燥物加入至共混机中，升温至偏氟乙烯完全融化后，加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物并混合至均匀，得到熔融混合物；
51.步骤3，将熔融混合物加入至双螺杆挤出机中，经过挤出和造粒过程，得到混合物母粒；
52.步骤4，将混合物母粒加入至单螺杆挤出机中，经过熔融挤出并通过牵引装置进行纺丝，得到改性聚偏氟乙烯纤维；
53.步骤5，将改性聚偏氟乙烯纤维依次经过挑拣和干燥处理，最终得到抗菌抑菌无纺布纤维材料。
54.所述步骤2中，升温的温度为170～190℃。
55.所述步骤2中，待偏氟乙烯完全融化3～5min后再加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球。
56.上述抗菌抑菌无纺布纤维材料用于制备无纺布医疗用品，所述无纺布医疗用品为无纺布口罩、无纺布手术服或无纺布纱布。
57.实施例2
58.一种抗菌抑菌无纺布纤维材料，由改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝制备得到；其中，改性偏氟乙烯由多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯混合而成；多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯的重量比为1:5。
59.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的粒径为100～200nm。
60.所述改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝得到纤维直径为0.5～5μm。
61.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的制备方法为：
62.s1.称取多聚烟酸铬纳米粉加入至甲苯中，超声至分散均匀，得到多聚烟酸铬分散液；依次称取偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯和3
‑
巯基
‑1‑
丙醇加入至去离子水中，搅拌至均匀后，得到单体连续处理液；
63.其中，多聚烟酸铬纳米粉与甲苯的质量比为1:8～16；偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯、3
‑
巯基
‑1‑
丙醇与去离子水的质量比为1:0.2～0.5:0.01～0.03:0.04～0.08:0.05～0.08:10～20；
64.s2.室温条件下，边搅拌边将多聚烟酸铬分散液逐滴滴加至单体连续处理液中，滴加完毕后，继续搅拌分散处理0.5～1h，得到预反应混合液；
65.其中，多聚烟酸铬分散液与单体连续处理液的质量比为1:2.5～6.5；
66.s3.称取四甲基乙二胺和甲基硅油混合至均匀，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴40～60℃中，边搅拌边将预反应混合液逐滴加入至混合溶液中，滴加速度控制在1～3秒/滴，待预反应混合液完全滴加后，继续在水浴40～60℃的条件下均质处理0.5～1h后，过滤收集固体物，得到反应初产物；
67.其中，四甲基乙二胺与甲基硅油的质量比为1:2～3；预反应混合液与混合溶液的质量比为1:3～8；
68.s4.将反应初产物加入至氯仿中，使用连续提取法对反应初产物进行除杂处理2～4h，之后收集除杂后的固体产物，将除杂后的固体产物置于真空环境下干燥处理，最终得到
多聚烟酸铬复合多孔纳米球；
69.其中，反应初产物与氯仿的质量比为1:6～10。
70.所述多聚烟酸铬纳米粉的粒径为10～50nm。
71.上述抗菌抑菌无纺布纤维材料的生产工艺，包括以下步骤：
72.步骤1，按量称取聚偏氟乙烯和多聚烟酸铬复合多孔纳米球，置于烘箱中干燥处理，得到聚偏氟乙烯干燥物和多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物；
73.步骤2，将聚偏氟乙烯干燥物加入至共混机中，升温至偏氟乙烯完全融化后，加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球干燥物并混合至均匀，得到熔融混合物；
74.步骤3，将熔融混合物加入至双螺杆挤出机中，经过挤出和造粒过程，得到混合物母粒；
75.步骤4，将混合物母粒加入至单螺杆挤出机中，经过熔融挤出并通过牵引装置进行纺丝，得到改性聚偏氟乙烯纤维；
76.步骤5，将改性聚偏氟乙烯纤维依次经过挑拣和干燥处理，最终得到抗菌抑菌无纺布纤维材料。
77.所述步骤2中，升温的温度为170～190℃。
78.所述步骤2中，待偏氟乙烯完全融化3～5min后再加入多聚烟酸铬复合多孔纳米球。
79.上述抗菌抑菌无纺布纤维材料用于制备无纺布医疗用品，所述无纺布医疗用品为无纺布口罩、无纺布手术服或无纺布纱布。
80.实施例3
81.一种抗菌抑菌无纺布纤维材料，由改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝制备得到；其中，改性偏氟乙烯由多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯混合而成；多聚烟酸铬复合多孔纳米球与聚偏氟乙烯的重量比为1:50。
82.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的粒径为100～200nm。
83.所述改性聚偏氟乙烯通过熔融纺丝得到纤维直径为0.5～5μm。
84.所述多聚烟酸铬复合多孔纳米球的制备方法为：
85.s1.称取多聚烟酸铬纳米粉加入至甲苯中，超声至分散均匀，得到多聚烟酸铬分散液；依次称取偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯和3
‑
巯基
‑1‑
丙醇加入至去离子水中，搅拌至均匀后，得到单体连续处理液；
86.其中，多聚烟酸铬纳米粉与甲苯的质量比为1:8～16；偏氟乙烯、丙烯腈、失水山梨醇脂肪酸酯、过氧化二碳酸二异丙酯、3
‑
巯基
‑1‑
丙醇与去离子水的质量比为1:0.2～0.5:0.01～0.03:0.04～0.08:0.05～0.08:10～20；
87.s2.室温条件下，边搅拌边将多聚烟酸铬分散液逐滴滴加至单体连续处理液中，滴加完毕后，继续搅拌分散处理0.5～1h，得到预反应混合液；
88.其中，多聚烟酸铬分散液与单体连续处理液的质量比为1:2.5～6.5；
89.s3.称取四甲基乙二胺和甲基硅油混合至均匀，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴40～60℃中，边搅拌边将预反应混合液逐滴加入至混合溶液中，滴加速度控制在1～3秒/滴，待预反应混合液完全滴加后，继续在水浴40～60℃的条件下均质处理0.5～1h后，过滤收集固体物，得到反应初产物；
scientific公司的lsa100m2纤维接触角测量仪进行检测；结果如表1所示：
114.表1不同无纺布纤维材料的性能检测
[0115][0116]
由表1可知，本发明实施例1～3以及对比例所制备的抗菌抑菌无纺布纤维材料具有较高的机械强度、较好的亲水性以及较好的抗菌率。
[0117]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。