基于纳米纤维成纱技术构建持久性抗菌织物及其性能研究

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病原微生物对人体健康的危害极大,近年来,由细菌感染引起的疾病已经成为全球面临的主要健康问题。人类对于人体健康及安全的意识不断增强,抗菌功能型纺织品的开发持续引起关注,抗菌纺织品对细菌具有杀灭、抑制作用,抵抗致病菌引起的疾病,在生物医药、卫生护理、服用、日用等领域具有应用价值。但传统抗菌纺织品存在局限性,例如耐久性差、抗菌剂用量大、制备工艺复杂、安全性差等问题。针对以上问题,本文开发了新型纳米抗菌材料,并提出了基于静电纺丝的纳米纤维成纱技术,构建了高效、绿色、持久型抗菌纺织品。主要研究内容如下:
  (1)将氧化石墨烯(GO)和银纳米粒子(AgNPs)复配使用作为新型抗菌剂,针对GO在水溶液中易于团聚的缺陷,引入促溶功能性材料聚乙烯亚胺(PEI),改善GO的分散稳定性,形成GO-PEI复合材料。利用简单、绿色的微波加热合成法,以银氨溶液([Ag(NH3)2]OH)作为合成AgNPs的前驱体材料,将Ag+还原为AgNPs,粒径分布在5-20nm,AgNPs均匀负载在改性后的GO上,得到高效抗菌GO-PEI-Ag复合材料。基于静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)高聚物为原料配制纺丝液,通过多针头共轭静电成纱装置制备GO-PEI-Ag/PAN纳米纤维包芯纱,PAN纳米纤维取向排列,GO-PEI-Ag复合材料均匀稳定地吸附在纤维上,共同集聚牵伸成纱,得到力学性能优异的纳米纤维纱线,复合材料发挥协同抗菌作用,且在纱线内部不易脱落,具有优异的耐久性,结合传统纺织技术,将纱线编织成为织物。采用琼脂扩散法、平板菌落计数法测试了材料的短期杀菌性能以及织物的抗菌性能。结果表明,GO-PEI-Ag复合材料在2.5h快速表现出抗菌效果,4h时可强效杀菌,细菌的存活率为0%,GO-PEI-Ag/PAN抗菌织物对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌的抗菌率≥99.99%,经过反复洗涤后,抗菌率仍≥99.99%,具持久抗菌性。
  (2)采用简单易行的方法制备了一种新型有机抗菌复合材料,以纤维素纳米晶须(CNW)做为基底材料,以共价键结合的原理接枝有机硅季铵盐材料(QAS),引入硅氧烷提高了CNW的分散稳定性,复合形成一种稳定性高、耐久性好、抗菌活性高、对人体安全的抗菌剂。利用多针头共轭静电纺纱技术构建CNW-QAS/PAN纳米纤维包芯纱,纱线具有优良的拉伸性、柔软性,有机硅季铵盐通过化学接枝固定在纤维上,会形成一类非溶出型的抗菌剂,不易脱落且安全性高,以纱线编织的CNW-QAS/PAN抗菌织物对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌具有持久、强效抗菌活性,抗菌率≥99.99%,经洗涤处理后,织物仍维持高效抗菌,利用本方法制备后的纱线持久高效抗菌,在生物医药、服用、日用等领域具有很好的应用前景,为新型绿色、高效、耐用型抗菌纺织品的开发提供了一种可行的方法。
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