一种螺旋形抗菌纳米纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种螺旋形抗菌纳米纤维及其制备方法和应用，属于抗菌纳米纤维材料技术领域；所述螺旋形抗菌纳米纤维的制备过程具体如下：先分别制备ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液；然后将两种纺丝液分别置于不同注射器中，利用三针头静电纺丝技术得到ZnO/SiO2前驱体纳米纤维，再进行焙烧即可得到所述螺旋形抗菌纳米纤维；本发明专利技术利用焙烧过程中，ZnO和SiO2前驱体凝胶热收缩不同，调控抗菌纳米纤维的卷曲程度，制得的螺旋形抗菌纳米纤维具有良好的柔韧性。维具有良好的柔韧性。维具有良好的柔韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋形抗菌纳米纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及抗菌纳米纤维材料
，具体涉及一种螺旋形抗菌纳米纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]医用防护材料在较长时间穿戴过程中，一方面，防护材料易在皮肤隐蔽处滋生细菌等，影响人体生理健康；另一方面，防护材料吸附环境中的细菌，在使用后丢弃如未能及时进行灭菌处理，易发生细菌的二次传播，造成环境污染。ZnO纳米颗粒因其具有广谱抗菌性以及安全性被广泛应用。将ZnO纳米颗粒通过后整理方式负载在纤维基材表面制备纳米复合材料已有研究。现有技术中对抗菌无机纤维的研究主要在优化抗菌性能方面，例如，专利文献CN115613349A公开了一种负载ZnO的氟化SiO2纤维，利用氟化物对SiO2纳米纤维进行改性使其具有较强的疏水性，进一步负载ZnO，从抗菌机制出发，可达到排斥/接触双重的抗菌效果，比单纯排斥型或接触型抗菌材料的抗菌效果更加显著。该研究将SiO2纳米纤维和ZnO同时应用于抗菌材料，从提升抗菌性能的角度出发取得了一定的技术效果，但是其未考虑到所得材料的柔韧性问题。
[0003]实际上，小尺寸ZnO纳米粒子在实际操作过程中易团聚，造成功能性不匀。ZnO纳米纤维具有较大的比表面积和机械强度，展现出优异的物理和化学特性，是性能优异的抗菌纤维材料。通过静电纺丝法是获得大量纳米纤维材料最简便、易行的技术，然而，现有静电纺ZnO纳米纤维在经过焙烧去除纺丝助剂组份后大多呈笔直形态，纤维的弹性和柔性不高，若过度弯折依旧会对纤维产生损伤，使得ZnO纤维膜的机械强度难以满足医用防护材料的应用需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种螺旋形抗菌纳米纤维及其制备方法，以克服现有ZnO纳米纤维柔性不佳，难以满足医用防护材料柔韧性需求的不足。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种螺旋形抗菌纳米纤维，其制备方法包括以下步骤：
[0007](1)分别制备ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液；
[0008](2)将步骤(1)所得ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液分别置于不同注射器中，利用三针头静电纺丝技术得到ZnO/SiO2前驱体纳米纤维；其中，两只注射器中装有ZnO溶胶前驱体纺丝液，另一只注射器中装有SiO2溶胶前驱体纺丝液；或者一只注射器中装有ZnO溶胶前驱体纺丝液，另两只注射器中装有SiO2溶胶前驱体纺丝液；
[0009](3)将步骤(2)所得ZnO/SiO2前驱体纳米纤维进行焙烧，然后降至室温得到所述螺旋形抗菌纳米纤维。
[0010]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(1)中ZnO溶胶前驱体纺丝液制备过程具体如下：将醋酸锌溶于去离子水，随后加入聚乙烯醇，加热搅拌，再加入冰醋酸，搅拌，陈化
即可得到所述ZnO溶胶前驱体纺丝液。
[0011]作为本专利技术技术方案的进一步优选，所述醋酸锌、聚乙烯醇、冰醋酸以及去离子水的质量比为1：1～2：1.5～3：1～50。
[0012]作为本专利技术技术方案的进一步优选，加入聚乙烯醇后于30～60℃的条件下搅拌5～10h，再加入冰醋酸，陈化时间为12～24h。
[0013]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(1)中SiO2溶胶前驱体纺丝液制备过程具体如下：将正硅酸四乙酯(TEOS)加入到盐酸水溶液中，搅拌反应，随后加入聚乙烯醇，搅拌，得到所述SiO2溶胶前驱体纺丝液。
[0014]作为本专利技术技术方案的进一步优选，所述正硅酸四乙酯、盐酸、聚乙烯醇以及水的质量比为1～5:0.001～0.1:0.1～5:1～100；更进一步优选的，正硅酸四乙酯、盐酸、聚乙烯醇以及水的质量比为2～3:0.001～0.01:0.6～0.8:5～20。
[0015]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(1)所述聚乙烯醇(PVA)平均相对分子质量为60000～70000。
[0016]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(2)中，ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液的体积比为1:2～2:1。
[0017]可以理解的是，上述技术方案中，三针头静电纺丝是本领域技术人员所掌握的现有的成熟技术，本专利技术不对该过程做详细描述；作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(2)中，三针头静电纺丝技术中针头间距为1.4～4cm，排列行数为1～3行，具体如图2所示；可以理解的是，三针头可以为线性等高方式排布，或者成等边三角形分布，或者是其他形式的分布，根据实际需求灵活调整，本专利技术不对此作具体限制。
[0018]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(2)中，静电纺丝工艺参数为：纺丝电压15～25kV，纺丝速度0.5～1.5mL/h，接收距离15～20cm，温度20～30℃，湿度40％～50％。
[0019]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(3)中，焙烧工艺条件为：设置升温速率为0.5～1.5℃/min，升温至500～800℃，保温1～3h。
[0020]本专利技术对于ZnO/SiO2前驱体纳米纤维的焙烧环境没有严格要求，于空气氛围下焙烧即可。
[0021]本专利技术采用混合溶胶静电纺丝技术，通过三针头两侧循环移动连续纺丝方法，结合焙烧工艺，制备了一种具有良好柔性的螺旋型抗菌纳米纤维。通过调节ZnO
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SiO2前驱体纺丝溶胶比例，利用焙烧过程中，ZnO和SiO2前驱体凝胶热收缩不同，调控抗菌纳米纤维的卷曲程度。本专利技术制备得到的纳米纤维材料可以满足医用防护材料柔韧性需求，同时该材料具有良好的抗菌性能，是医用一次性防护服的理想材料。
[0022]可以理解的是，上述螺旋形抗菌纳米纤维可以用于制备抗菌织物，应用于医用防护材料
，本专利技术要求保护其在该方面的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0024]1、本专利技术采用混合溶胶静电纺丝技术，将ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液分别置于不同注射器中，通过三针头两侧循环移动连续纺丝方法，结合焙烧工艺，制备了一种具有良好柔性的螺旋型无机纳米纤维，该纤维同时具有良好的抗菌性能，是医用一次性防护服的理想材料。
[0025]2、本专利技术可以通过调节ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液的比例，
利用焙烧过程中，ZnO和SiO2前驱体凝胶热收缩不同，调控抗菌纳米纤维的卷曲程度，以满足医用防护材料的柔韧性需求；并且该纤维尺度较细，具有较高比表面积，对气溶胶具有较高吸附捕集作用，本专利技术将ZnO和SiO2纳米纤维同时应用抗菌材料，相较于单独的ZnO或SiO2纳米纤维，对细菌等具有更好的抑制作用。
[0026]3、本专利技术可以连续制备高度卷曲的ZnO
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SiO2螺旋形无机纳米纤维，相比现有报道的ZnO或SiO2纳米纤维，具备更高的柔性和更强的抑菌性；并且本专利技术纺丝溶液配制安全，制备工艺操作简便，易于实现工业化生产。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋形抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别制备ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液；(2)将步骤(1)所得ZnO溶胶前驱体纺丝液和SiO2溶胶前驱体纺丝液分别置于不同注射器中，利用三针头静电纺丝技术得到ZnO/SiO2前驱体纳米纤维；其中，两只注射器中装有ZnO溶胶前驱体纺丝液，另一只注射器中装有SiO2溶胶前驱体纺丝液；或者一只注射器中装有ZnO溶胶前驱体纺丝液，另两只注射器中装有SiO2溶胶前驱体纺丝液；(3)将步骤(2)所得ZnO/SiO2前驱体纳米纤维进行焙烧，然后降至室温得到所述螺旋形抗菌纳米纤维。2.根据权利要求1所述的螺旋形抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中ZnO溶胶前驱体纺丝液制备过程具体如下：将醋酸锌溶于去离子水，随后加入聚乙烯醇，加热搅拌，再加入冰醋酸，搅拌，陈化即可得到所述ZnO溶胶前驱体纺丝液。3.根据权利要求2所述的螺旋形抗菌纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述醋酸锌、聚乙烯醇、冰醋酸以及去离子水的质量比为1：1～2：1.5～3：1～50；加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏，翟梅青，赵紫云，赵金平，蒋何鹏，张如全，涂虎，
申请(专利权)人：仙桃永利医疗用品有限公司，
类型：发明
国别省市：