一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及空气过滤材料领域，公开了一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖、姜黄素溶解于溶剂中，充分搅拌，形成均匀稳定的纺丝溶液；(2)使用步骤(1)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，得到结构和性能稳定的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜，本发明专利技术制备的空气过滤膜具有高比表面积、小孔径以及极细直径带来增强的静电作用能够对微小颗粒进行吸附，实现高效低阻的高性能空气过滤，同时，大量天然抗菌剂的成功引入及其协同抗菌作用增强了抗菌能力，无纳米毒性，所有成分均可降解，实现高效低阻空气过滤的同时具有强大的抗菌性能和可降解性，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及空气过滤材料领域，特别是一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法。

技术介绍

[0002]个人防护装备越发重要，实现舒适安全的个人防护重点在于高效低阻抗菌空气滤膜的开发。基于静电纺丝技术制备的纳米纤维以其具有的纤维直径小、比表面积大、易于改性等优势而被广泛应用于实现高效低阻的空气过滤。然而，同时结合高效低阻的空气过滤性能和安全高效的抗菌性能存在巨大挑战。现有的技术已经有公开了较多的制备抗菌纳米纤维空气滤膜的方法，例如一种抗菌的静电纺丝纳米纤维空气过滤材料的制备及应用(CN108993167A)，一种抗菌的复合纳米纤维高效空气过滤材料及其制备方法(CN103520999A)，一种树枝状多级结构的空气过滤纳米纤维膜的制备方法(CN113430719A)，一种抗菌纳米纤维的制备方法(CN113638073A)等，现有的制备方法都是通过添加天然抗菌剂赋予空气滤膜抗菌性能，然而制备出的纳米纤维滤膜均不能满足高效低阻的空气过滤。专利CN113797649A公开的一种抗菌防病毒的空气过滤材料及其制备方法，通过添加无机纳米颗粒实现抗菌高效低阻空气滤膜的开发，然而其使用过程中所具有的纳米毒性存在安全隐患。此外，空气滤膜的可降解性对于环境保护异常重要，将减轻废弃滤料对环境的影响。

技术实现思路

[0003]为此，需要提供一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，解决现有空气过滤膜，无法兼具可降解性、强抗菌性和高效低阻空气过滤的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，包括如下步骤：
[0005](1)将聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖、姜黄素溶解于溶剂中，充分搅拌，形成均匀稳定的纺丝溶液；
[0006](2)使用步骤(1)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，得到结构和性能稳定的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜。
[0007]进一步，所述纺丝溶液的质量分数为10
‑
20％。
[0008]进一步，所述纺丝溶液的质量分数为12
‑
14％。
[0009]进一步，纺丝溶液中聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖和姜黄素的质量比为5
‑
10:0.8
‑
2:1
‑
2:0.3
‑
1。
[0010]进一步，纺丝溶液中聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖和姜黄素的质量比为7:1:1.5:0.5。
[0011]进一步，步骤(1)所用的溶剂为甲酸和乙酸混合溶液，混合溶液中甲酸和乙酸的体积比为1
‑
3:1
‑
3。
[0012]进一步，所述步骤(2)中静电纺丝的条件为：温度10
‑
50℃，湿度30
‑
60％，纺丝电压20
‑
26kV，接收距离10
‑
20cm，供液速率0.1
‑
0.3mL/h。
[0013]进一步，步骤(1)中，搅拌时间为12
‑
24h。
[0014]上述技术方案具有以下有益效果：
[0015](1)本专利技术提供的制备方法中，所有成分均选用可完全降解聚合物。通过聚己内酯的添加，构建具有低结合能的聚氧化乙烯和聚己内酯体系，在这一体系中，聚己内酯仅含有大量羰基作为氢键的受体，缺乏氢键的供体，降低了体系的结合能，因此提升了电压响应性；此外，在聚氧化乙烯和聚己内酯的共混体系中进一步添加含有大量阳离子的壳聚糖，大幅提升了溶液电导率；姜黄素的添加使得溶液成分差异性增加，进一步促进了射流的分裂。最终，低结合能、高电导率和较大的成分差异性使得射流在电纺过程中实现多阶段的多级劈裂，制备出大量极细纳米纤维结构，覆盖率高达100％。
[0016](2)所制备的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜由于具有更高的比表面积、更小的孔径尺寸以及极细直径带来的增强静电作用，能够有效拦截并吸附超细颗粒，大幅增加空气过滤性能，其对PM0.3的过滤效率达到99％以上，阻力压降不超过60Pa，成功实现高效低阻的空气过滤。
[0017](3)由于壳聚糖和姜黄素的高负载量以及协同抗菌作用，绒毛纳米空气过滤膜的抗菌性能大幅增加。壳聚糖含有大量的阳离子基团，能够吸附带负电的细菌细胞膜使其破裂死亡；姜黄素含有大量抗氧化因子和功能基团，能够破坏细菌的细胞壁增加其对壳聚糖的敏感性，同时，姜黄素还能抑制细菌的群体响应机制，避免细菌生物膜的形成，大幅降低了细菌的耐药性。因此，所制备的绒毛纳米纤维空气过滤膜能实现高效抗菌性能，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抗菌率均不低于99％。
[0018](4)所述绒毛纳米空气过滤膜的制备过程采用全聚合物溶液进行一步法静电纺丝，提升了制备效率，有效避免了无机纳米颗粒引入带来的纳米毒性，实现了具有安全高效抗菌性能的高效低阻空气过滤膜的制备，进一步拓宽了所制备绒毛纳米空气过滤膜的应用领域。
附图说明
[0019]图1为绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜制备过程示意图。
[0020]图2为绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜制备流程图。
[0021]图3为绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜静电纺丝劈裂行为示意图。
[0022]图4为绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的扫描电镜照片。
[0023]图5为绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜绒毛纤维多级分裂结构的扫描电镜照片。
[0024]图6为低结合能电纺体系制备纳米纤维膜的扫描电镜照片。
[0025]图7为中等结合能电纺体系制备纳米纤维膜的扫描电镜照片。
[0026]图8为高结合能电纺体系制备纳米纤维膜的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0027]为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实
施例并配合附图详予说明。
[0028]本专利技术提供一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，包括如下步骤：
[0029](1)将聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖、姜黄素溶解于溶剂中，充分搅拌，形成均匀稳定的纺丝溶液；
[0030](2)使用步骤(1)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，得到结构和性能稳定的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜。
[0031]制备过程的流程如图1
‑
2所示，纺丝溶液在电纺过程中，电纺丝发生劈裂行为(如图3)，得到的空气过滤膜为具有多级分裂的绒毛纳米纤维层，纤维平均直径为2
‑
30nm，覆盖率为100％。绒毛纳米纤维层为超细绒毛纤维和一维纳米纤维相互复合形成的纤维膜材料。超细绒毛纤维具有多级分裂的二维结构，纤维平均直径为2
‑
30nm，覆盖率为100％。
[0032]具体实施例如下：
[0033]实施例1
[0034]室温下取3.99g甲酸和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖、姜黄素溶解于溶剂中，充分搅拌，形成均匀稳定的纺丝溶液；(2)使用步骤(1)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，得到结构和性能稳定的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜。2.如权利要求1所述的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液的质量分数为10
‑
20％。3.如权利要求2所述的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液的质量分数为12
‑
14％。4.如权利要求1所述的绒毛纳米纤维抗菌高效低阻空气过滤膜的制备方法，其特征在于，纺丝溶液中聚氧化乙烯、聚己内酯、壳聚糖和姜黄素的质量比为5
‑
10:0.8
‑
2:1
‑
2:0.3
‑
1。5.如权利要求4所述的绒毛纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑高峰，邵尊桂，肖钰洁，康国毅，陈华坛，姜佳昕，刘益芳，
申请(专利权)人：厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：