[发明专利]一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法，使用的纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达300‑520nm；本发明在纺丝溶液中加入纳米银溶胶和纳米二氧化钛溶胶，由于两种溶胶本身具有良好的吸附和抗菌作用，因此，可以赋予纤维良好的吸附空气中尘土颗粒的性能以及杀菌效果，此外，纺丝溶液中还加入壳聚糖，具有良好的生物相容性、抗菌性、生物可降解性和吸附重金属离子的能力，进一步提高纤维的抗菌性能，另外，二氧化钛溶胶、壳聚糖、纤维素间可以在一定程度上形成分子间氢键，有助于提高纤维性能的持久性。

技术领域

本发明属于纳米纤维材料领域，特别涉及一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法。

背景技术

随着空气污染越来越严重，各个城市出现的雾霾现象也越来越严重，人们越来越关注空气中的成分对身体的影响，空气中的二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。而普通口罩只具备一般的过滤功能，微小的细颗粒物仍能够穿过口罩进入鼻腔，而且不具备抗菌性。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点，将其用于空气过滤领域具有广阔的应用前景，但常规静电纺丝方法需要构建一个大电场，对设备要求较高，且所用的溶剂一般为含氟或氯溶剂，对人体有毒，因此，限制了这种方法的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维及其制备方法，该方法工艺设备简单，直径可达纳米级，且所制备的纤维具有良好的抗菌性能，对空气中的细小粒子具有良好的吸附作用，且效果持久。

本发明的一种吸附空气中颗粒且抗菌的纳米纤维，由壳聚糖、纤维素、纳米银溶胶、纳米二氧化钛溶胶、溶剂通过气体喷纺工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：纤维素20-40、壳聚糖10-25、溶剂80-130、纳米银溶胶3-8、纳米二氧化钛溶胶5-8。

所述溶剂包括乙酸溶液、DMF、乙醇、丙酮。

纳米纤维直径为300-520nm。

本发明还涉及上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，

(1)制备纳米银溶胶：称取一定量的硝酸银，将其溶于蒸馏水中，得到溶液A，称取适量的硼氢化钠，溶于水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀，得到溶液B，然后将配好的硝酸银溶液加热至95℃，搅拌，将溶液B加入其中，恒温搅拌15-25min，停止加热搅拌，自然冷却至室温；

(2)制备纳米二氧化钛溶胶：将一定量的钛酸丁酯前驱体加入到无水乙醇中混合搅拌20-40min，然后加入乙酰丙酮，搅拌均匀，然后将其缓慢滴加到乙酸、去离子水溶液中，不断搅拌，使其充分反应；

(3)取适量的纳米银溶胶与适量的纳米二氧化钛溶胶进行混合；

(4)将壳聚糖和纤维素溶于溶剂中混合均匀，然后加入步骤(3)的混合溶胶，继续搅拌以至充分混合均匀，即得到纺丝溶液；

(5)将纺丝溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。

纺丝工艺参数：载气压力为0.002-10MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.1-10m/s，喷丝口到收集板的距离为4-30cm。

本发明的有益效果在于：

(1)使用一种新的纺丝方法对壳聚糖和纤维素进行纺丝，纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达300-520nm，现有技术中并没有对壳聚糖和纤维素的该种纺丝方法；