[发明专利]一种高效抗菌低阻熔喷布及其制备方法

说明书

本发明涉及的是一种高效抗菌低阻熔喷布及其制备方法，属于功能材料和膜分离领域。所述制备方法包括以下步骤：配制聚合物溶液A和聚合物溶液B，在聚合物溶液A中加入阳离子表面活性剂，使用自搭建的静电纺丝进行纺丝。聚合物溶液A纺出的纳米纤维作为活性结构，阳离子表面活性剂的加入使其具有抗菌性能；聚合物溶液B纺出的微米纤维作为支撑结构，有利于减少传质阻力；纳米纤维与微米纤维相互交织，增强机械性能和长期稳定性。采用两套单独的高压电源和注射泵控制装置分别控制两种聚合物溶液的纺丝参数，用对喷的方法将两种聚合物纤维收集在同一个卷绕了铝箔的接收器上，然后高温热压即得到高效抗菌低阻熔喷布。

技术领域

本发明涉及的是一种高效抗菌低阻熔喷布及其制备方法，属于功能材料和膜分离领域。

背景技术

静电纺丝纳米纤维膜由于具有可控的纤维直径、孔径、厚度，高的孔隙率，低的孔道弯曲度等特点，已经成为目前应用在水处理中的主要分离膜之一。对比传统相转化法制备的分离膜，纳米纤维膜具有高的孔隙率，极大地提高了水通量。Maab等人用聚恶二唑作为成膜材料，制得的纳米纤维膜的水通量（42 LMH）为相转化分离膜（12 LMH）的三倍多【Journal of Membrane Science，2012，423，11-19】。膜结构的调控也会对性能产生较大影响，比如双层或多层的纳米纤维膜，孔隙率进一步提高，水通量大幅度提升。Deng等用非晶态聚丙烯（aPP）作为超薄的活性层，PVDF纳米纤维膜作为支撑层构建出双层的膜结构，其水通量为商品PVDF膜的2.5倍【Journal of Materials Chemistry A，2019，18，11282-11297】。因为超薄的皮层降低了传质阻力，而高孔隙率的大孔纳米纤维支撑层也进一步降低了传质阻力。崔月芝等用聚苯乙烯与功能聚合物的纳米纤维膜作为活性层，明胶纳米纤维膜作为支撑层构建出双层的膜结构【CN 105717079 B】。表面的功能基团在物质检测领域有应用，双层结构中丰富的基团和多孔结构提高了功能基团的利用率。但是双层纳米纤维膜仍然存在机械强度较低、整体结构稳定性差的问题，而且包括生物污染在内的一系列膜污染也会降低它的使用寿命。

阳离子表面活性剂由亲水基团和亲油基团组成，在水溶液中亲水基团显示正电，并且亲水基的原子一般是碱性N原子，大多数都是季铵盐类化合物，在胺基上的H原子全部被-CH₃所取代，而阴离子大多为C1、Br等卤素离子。阳离子表面活性剂常见的类型主要有:季铵盐类表面活性剂、铵盐类表面活性剂、杂环类表面活性剂等，相比其他种类而言，季铵盐类的应用最为重要，同时产量较大。季铵盐对微生物具备杀灭和抑制作用，N⁺吸附于细菌细胞膜表面，季铵盐的疏水长链与细胞膜结合，导致细胞膜被破坏、细胞质流失，最终达成杀菌效果。靳宇等将二氧化钛和环氧树脂表面接枝季铵盐，制得季铵盐抗菌涂料，对真菌和霉菌都展现出了优异的杀灭效果【CN 113956756 B】。将阳离子表面活性剂加入到静电纺丝液中，纺丝即可得到具有抗菌性能的纳米纤维膜。Wang等将季铵盐接枝于壳聚糖上，制得季铵壳聚糖，然后与聚乙烯醇一起进行静电纺丝，制得具有抗菌性能的纳米纤维膜。该膜对PM2.5的最大去除率为86%，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率在99%以上【Journal ofMaterials Science，2019，54，12522-12532】。当纳米纤维膜具有抗菌性能，可有效抑制生物污染，延长膜组件寿命。常规纺丝得到的纳米纤维膜机械强度较低、整体结构稳定性差、使用寿命短，应用场景受限。

为了解决这项难题，探索具有高机械强度、整体结构稳定性好的抗菌纳米纤维膜的纺丝方法势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高效抗菌低阻熔喷布及其制备方法。