一种新型杀菌纤维材料及其制备方法与流程

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1.本发明涉及净化材料技术领域，特别是涉及一种新型杀菌纤维材料及其制备方法。

背景技术：

2.随着社会的进步发展，人们的物质生活水平越来越高，对环境污染治理要求也逐步提高，而纤维材料作为一种常用的原材料，其应用非常广泛，特别应用在口罩，净化器，空调等，目前纤维材料有天然纤维(包括植物纤维和动物纤维)、无机纤维(如石棉、玻璃纤维)和合成纤维(如聚酯纤维、聚芳酰胺纤维等)三大类，传统的纤维虽然用途广，在功能上较单一，比如它仅仅作为过滤吸附应用，很少具有杀菌性。
3.纳米氧化锌作为一种性能优异的新型功能材料，特别是在新工艺设备的带动下，在抗菌、生物医学领域有着广阔的应用前景。氧化锌可以在水介质中连续释放锌离子，锌离子会进入细胞膜，破坏细胞膜，在细胞内与蛋白质的某些基团反应时，破坏细菌和细胞中蛋白质的空间结构，导致细胞中的蛋白酶失活进而杀死细菌。破坏之后，锌离子会从细菌中游离出来，重复杀菌过程。纳米氧化锌可以与细菌表面的细胞壁相互作用，破坏细菌的细胞壁，导致内容物被释放从而杀灭细菌。因此，设计和制备成本低廉、环境友好型氧化锌杀菌纤维材料具有重大的研究意义。

技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的在于，提供一种新型杀菌纤维材料及其制备方法。
5.第一方面，本发明的新型杀菌纤维材料制备方法，包括：
6.将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，制得硅锌混合溶液；
7.将高分子聚合物搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液；
8.将硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液；
9.利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，将硅锌混合纤维前驱体取出后烘干，再将纤维在惰性气体氛围下加热，保温，然后自然冷却，得到zno/sio2复合型纤维材料。
10.上述技术方案在一种实施方式中，将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，其中，硅源、乳酸、锌源的总量与乙醇和水的总量的摩尔质量比为1：1-2；
11.将硅源、乳酸、锌源按摩尔质量比为2:1:2混合搅拌；
12.乙醇和水的摩尔质量比为2-3:1。
13.上述技术方案在一种实施方式中，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一种或组合；
14.所述锌源为醋酸锌、硫酸锌、氯化锡中的一种或多种。
15.上述技术方案在一种实施方式中，所述溶剂为乙醇和水，乙醇和水的摩尔质量比为1：0.5-2。
16.上述技术方案在一种实施方式中，硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液的摩尔质量比为1:1-2。
17.上述技术方案在一种实施方式中，所述分子聚合物种类为pva，在高分子聚合物溶液中的质量含量为5-15％。
18.上述技术方案在一种实施方式中，所述利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，包括：将纺丝液溶液倒入无针静电纺丝机的液槽中，进行静电纺丝，相关参数如下：正电压12kv，负电压5kv，针头转速为120r/min，接收装置到针头的距离为15cm，接收装置转速为50r/min。
19.上述技术方案在一种实施方式中，将纤维取出后在真空干燥箱中烘干，后放入马弗炉中在惰性气体氛围下，加热至500-800℃下保温0.5-2h，然后自然冷却至室温，制备得到zno/sio2复合型纤维材料。
20.上述技术方案在一种实施方式中，制备得到的zno/sio2复合型纤维材料的纤维直径为0.5-1um。
21.第二方面，一种新型杀菌纤维材料，由上述任一项所述的新型杀菌纤维材料制备方法制备而成。
22.相对于现有技术，本发明新型复合杀菌纤维材料及其制备方法的有益效果：
23.本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料，由二氧化硅硅纳米纤维为基底材料，通过氧化锌改性制备zno/sio2复合杀菌纤维材料来达到抗菌的效果。本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料不仅具有室温杀菌的作用，还具有优异的持久性特性。另外，sio2作为支撑骨架结构，其具有高强度、耐腐蚀、耐高温等特点。本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料材料成本低廉、制备工艺简洁、强度高，适于工业化生产应用。
24.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
25.图1是zno/sio2复合型纤维材料的sem图。
26.图2是sio2复合型纤维材料的sem图。
27.图3为实施例前后结果对比图。
28.图4为对比例前后结果对比图。
具体实施方式
29.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
30.以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的实施方式的例子。
31.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关
联的列出项目的任何或所有可能组合。
32.第一方面，本发明的新型杀菌纤维材料制备方法，包括：
33.步骤101，将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，制得硅锌混合溶液。其中，硅源、乳酸、锌源的总量与乙醇和水的总量的摩尔质量比为1：1-2。
34.将硅源、乳酸、锌源按摩尔质量比为2:1:2混合搅拌。
35.乙醇和水的摩尔质量比为2-3:1。
36.可选地，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一种或组合。
37.可选地，所述锌源为醋酸锌、硫酸锌、氯化锡中的一种或多种。
38.步骤102，将高分子聚合物搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液。
39.在一种实施方式中，所述溶剂为乙醇和水，乙醇和水的摩尔质量比为1：0.5-2。
40.优选地，硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液的摩尔质量比为1:1-2。
41.在一种实施方式中，所述分子聚合物种类为pva，在高分子聚合物溶液中的质量含量为5-15％。
42.步骤103，将硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液。
43.步骤104，利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，将硅锌混合纤维前驱体取出后烘干，再将纤维在惰性气体氛围下加热，保温，然后自然冷却，得到zno/sio2复合型纤维材料。
44.在一种实施方式中，所述利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，包括：将纺丝液溶液倒入无针静电纺丝机的液槽中，进行静电纺丝，相关参数如下：正电压12kv，负电压5kv，针头转速为120r/min，接收装置到针头的距离为15cm，接收装置转速为50r/min。
45.在一种实施方式中，将纤维取出后在真空干燥箱中烘干，后放入马弗炉中在惰性气体氛围下，加热至500-800℃下保温0.5-2h，然后自然冷却至室温，制备得到zno/sio2复合型纤维材料。
46.在一种实施方式中，制备得到的zno/sio2复合型纤维材料的纤维直径为0.5-1um。
47.第二方面，一种新型杀菌纤维材料，由上述的新型杀菌纤维材料制备方法制备而成。
48.实施例
49.称取7g正硅酸乙酯，3.5g乳酸，7g醋酸锌加入100ml乙醇、水混合溶液中，将其置于锥形瓶中密封搅拌混合，水浴45℃，搅拌2h，制得硅锌混合溶液。
50.称取5g pva搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液。
51.将硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液。
52.利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体。其中，将纺丝液溶液倒入无针静电纺丝机的液槽中，进行静电纺丝，相关参数如下：正电压12kv，负电压5kv，针头转速为120r/min，接收装置到针头的距离为15cm，接收装置转速为50r/min。
53.将硅锌混合纤维前驱体取出后在真空干燥箱中烘干，后放入马弗炉中在惰性气体氛围下，加热至700℃下保温2h，然后自然冷却至室温，制备得到zno/sio2复合型纤维材料。
54.请参阅图1，制备得到的zno/sio2复合型纤维材料的纤维直径为0.5-1um。
55.请参阅图3，通过上述对比例获得的zno/sio2复合型纤维材料对大肠杆菌的有效
抗菌效果为90％。说明本发明的新型复合杀菌纤维材料对于杀菌具有比较完美的去除效果。
56.zno/sio2复合型纤维材料的杀菌原理：
57.zno/sio2复合型纤维材料在使用过程中缓慢释放出锌离子，当锌离子到达细胞膜时，因细胞膜带有负电荷，锌离子依靠库伦力牢固吸附在细胞膜上，而且锌离子还能进一步穿透细胞壁进入病菌内部，与生物体内的蛋白质、核酸中存在的琉基(-sh)，氨基(-nh2)等含硫、氨的官能团发生反应，使细菌蛋白质凝固，破坏细菌细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而最终消亡。另外，当细菌体失去活性后，锌离子又从菌体中游离出来，继续重复进行杀菌活动，保持持久的抗菌效果。
58.对比例
59.称取7g正硅酸乙酯，3.5g乳酸，加入100ml乙醇、水混合溶液中，将其置于锥形瓶中密封搅拌混合，水浴45℃，搅拌2h，制得硅溶液。
60.称取5g pva搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液。
61.将硅溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液。
62.利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅纤维前驱体。其中，将纺丝液溶液倒入无针静电纺丝机的液槽中，进行静电纺丝，相关参数如下：正电压12kv，负电压5kv，针头转速为120r/min，接收装置到针头的距离为15cm，接收装置转速为50r/min。
63.将sio2复合型纤维材料前驱体取出后在真空干燥箱中烘干，后放入马弗炉中于700℃下保温2h，然后自然冷却至室温，制备得到sio2复合型纤维材料(请参阅图2)。
64.请参阅图4，制得的sio2复合型纤维材料对大肠杆菌的有效抗菌效果为0％。说明普通二氧化硅纤维几乎无抗菌效果。
65.相对于现有技术，本发明新型复合杀菌纤维材料及其制备方法的有益效果：
66.本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料，由二氧化硅硅纳米纤维为基底材料，通过氧化锌改性制备zno/sio2复合杀菌纤维材料来达到抗菌的效果。本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料不仅具有室温杀菌的作用，还具有优异的持久性特性。另外，sio2作为支撑骨架结构，其具有高强度、耐腐蚀、耐高温等特点。本发明所制备的zno/sio2复合杀菌纤维材料材料成本低廉、制备工艺简洁、强度高，适于工业化生产应用。
67.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于，包括：将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，制得硅锌混合溶液；将高分子聚合物搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液；将硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液；利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，将硅锌混合纤维前驱体取出后烘干，再将纤维在惰性气体氛围下加热，保温，然后自然冷却，得到zno/sio2复合型纤维材料。2.根据权利要求1所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，其中，硅源、乳酸、锌源的总量与乙醇和水的总量的摩尔质量比为1：1-2；将硅源、乳酸、锌源按摩尔质量比为2:1:2混合搅拌；乙醇和水的摩尔质量比为2-3:1。3.根据权利要求2所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一种或组合；所述锌源为醋酸锌、硫酸锌、氯化锡中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙醇和水，乙醇和水的摩尔质量比为1：0.5-2。5.根据权利要求1所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液的摩尔质量比为1:1-2。6.根据权利要求1所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：所述分子聚合物种类为pva，在高分子聚合物溶液中的质量含量为5-15％。7.根据权利要求1-6任一项所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：所述利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，包括：将纺丝液溶液倒入无针静电纺丝机的液槽中，进行静电纺丝，相关参数如下：正电压12kv，负电压5kv，针头转速为120r/min，接收装置到针头的距离为15cm，接收装置转速为50r/min。8.根据权利要求1-6任一项所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：将纤维取出后在真空干燥箱中烘干，后放入马弗炉中在惰性气体氛围下，加热至500-800℃下保温0.5-2h，然后自然冷却至室温，制备得到zno/sio2复合型纤维材料。9.根据权利要求8所述的新型杀菌纤维材料制备方法，其特征在于：制备得到的zno/sio2复合型纤维材料的纤维直径为0.5-1um。10.一种新型杀菌纤维材料，其特征在于：由权利要求1-9任一项所述的新型杀菌纤维材料制备方法制备而成。

技术总结

本发明公开了一种新型杀菌纤维材料及其制备方法。新型杀菌纤维材料制备方法，包括：将硅源、乳酸、锌源混合搅拌，溶于乙醇和水中，制得硅锌混合溶液；将高分子聚合物搅拌溶于溶剂中，制得高分子聚合物溶液；将硅锌混合溶液与高分子聚合物溶液混合、搅拌，制得纺丝液；利用纺丝液通过静电纺丝法制备硅锌混合纤维前驱体，将硅锌混合纤维前驱体取出后烘干，再将纤维在惰性气体氛围下加热，保温，然后自然冷却，得到ZnO/SiO2复合型纤维材料。新型杀菌纤维材料，由所述的新型杀菌纤维材料制备方法制备而成。本发明所制备的ZnO/SiO2复合杀菌纤维材料材料成本低廉、制备工艺简洁、强度高，适于工业化生产应用。化生产应用。化生产应用。