一種納米銀抗菌熔噴無紡布的製備方法與流程
2023-06-01 05:42:16
本發明涉及一種抗菌無紡布的製備方法，特別涉及一種高效、長效納米銀抗菌熔噴無紡布的製備方法。
背景技術：
熔噴無紡布由於其製備工藝簡單、成本低廉，在日常生活中具有廣泛的應用，如衣用輔料、包裝材料、空氣過濾、水體過濾材料、一次性醫用材料等。正是由於其廣泛的應用，對於其高性能和功能性提出了更高的要求，例如抗菌、阻燃、防靜電等功能性無紡布產品。其中，抗菌無紡布具有最為廣泛的應用前景，特別是與人們日常生活密切相關的領域，比如食品包裝用無紡布，口罩、空調等空氣過濾用無紡布，醫用無紡布等。所以，抗菌無紡布的研製具有廣闊的應用前景和重要的實用價值。
目前，抗菌紡織品材料的製備都是通過在紡織纖維中或紡織品上添加抗菌劑來實現的，包括無機抗菌材料和有機抗菌材料。其中，銀系抗菌劑，特別是納米銀，由於其高效、廣譜的抗菌效果受到越來越多的關注。利用納米銀對熔噴無紡布進行改性，賦予其高效的抗菌功能，主要通過兩類方法來實現。一是在熔噴無紡布的製備中，通過在原料中添加納米銀粉體或含高濃度納米銀顆粒的切片，經熔融混合後，噴絲，成網，製備成納米銀抗菌無紡布。儘管該方法製備納米銀抗菌無紡布是在無紡布成型過程中直接添加納米銀，加工工藝簡便，避免了如後整理所需要的設備、人力等成本的投入，也避免了膠黏劑的使用而對無紡布產品性能產生的影響。然而，這種通過混合紡絲的方法來製備納米銀抗菌無紡布仍然存在一些問題，比如納米銀粉體易團聚，在混合熔融的過程中不易分散，乾燥的納米銀粉體顆粒較大，不如液體中分散的納米銀顆粒小。
另一種是對成型的無紡布產品進行後整理，使其纖維表面上附著納米銀顆粒，以製備納米銀抗菌無紡布。然而，後整理法需要對無紡布進行重新整理加工，通過浸漬或噴塗，以及烘乾等工序進行後整理。需要額外的增加設備、人力等成本投入，且整理的抗菌無紡布中納米銀分布均勻性差。同時，後整理都是在纖維成形後在纖維表面上固著納米銀，存在納米銀與纖維結合牢度差的問題。為了提高納米銀顆粒與纖維的結合牢度，以及在纖維上的分散程度，整理中往往使用大量膠黏劑和分散劑，而相關膠黏劑、分散劑的使用會影響無紡布本身的使用性能，如手感、慮阻等。後整理中的原位生成法避免了有關膠黏劑的使用，雖然在一定程度上提高了納米銀的結合牢度，但納米銀還是在纖維表面與之結合，無法保證長期的牢度，特別是惡劣的使用條件下，如頻繁的水洗、摩擦等。所以，在纖維中添加納米銀，才能保證納米銀與纖維的永久性結合。因此，如何以簡便的加工工藝實現小顆粒納米銀在纖維中的均勻分散，同時不添加分散劑、膠黏劑，以簡潔、高效的綠色加工工藝製備長效、高效納米銀抗菌無紡布產品是目前需要解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單、抗菌性能長久穩定，具有小顆粒納米銀在纖維中均勻分散的熔噴無紡布的製備方法。
本發明的技術方案是提供一種納米銀抗菌熔噴無紡布的製備方法。先將兩親性超支化聚合物溶解於有機溶劑中製備成兩親性超支化聚合物溶液，所述的兩親性超支化聚合物為內部含有氨基的親水性超支化結構、外部為親油性直鏈的核殼結構超支化聚合物；將上述溶液與硝酸銀水溶液混合後攪拌，靜置分層後用分液漏鬥將兩親性超支化聚合物溶液分離出來；分離出來的兩親性超支化聚合物溶液在室溫下真空旋轉蒸發得到高濃度溶液；將得到的高濃度溶液按一定質量比噴灑到熔噴無紡布原料顆粒或切片中，混合均勻後經過熔噴工藝加工，得到內含粒徑為2～30nm的納米銀抗菌熔噴無紡布。
本發明所述的有機溶劑包括苯、甲苯、三氯甲烷、四氯化碳，所述高濃度溶液濃度為100～500g/L，原料顆粒與添加的兩親性超支化聚合物高濃度溶液的質量比為500:1～10000:1，所述熔噴無紡布原料顆粒包括但不限於PP、PET、PE、PU、PA6、PLA中的一種或多種混合原料顆粒。
超支化聚合物是一類具有類球形分子結構，富含大量端基，高溶解性、低粘度、高活性的聚合物。由於其內部存在著大量可調的空腔結構和活性基團，在控制製備納米材料方面表現出獨特的優勢。利用具有氨基的單體分子合成製備的超支化聚合物具有三維立體結構，表面分布大量伯氨基，內部含有亞氨基和叔氨基，且具有良好的水溶性。基於其表面大量伯氨基，可以在其末端接枝親油性長直鏈分子，得到具有內部親水、外部親油的具有核殼結構的兩親性超支化聚合物。由於這種兩親性超支化聚合物外部具有大量親油性長鏈的包裹，能夠很好的溶解在有機溶劑內，並且由於其緊湊的球形分子結構，能夠在溶液中形成單分子膠束。同時，由於其內部含有亞氨基和叔氨基，在與硝酸銀水溶液混合攪拌時能夠從水溶液中萃取、絡合銀離子到聚合物內部，並分散在有機溶劑中。經濃縮後噴灑到熔噴無紡布原料中（如聚丙烯PP粒子），邊噴灑邊翻攪使其混合均勻，同時溶劑進一步揮發。然後經螺杆加熱熔融、混合後，噴絲成網。這樣兩親性超支化聚合物能夠在熔噴無紡布的纖維中均勻分散，同時在熔融混合的過程中，由於加熱作用，絡合在兩親性超支化聚合物內部亞氨基和叔氨基上的銀離子會被其自身還原成銀單質，並在兩親性超支化聚合物內部形成納米銀顆粒。並且由於兩親性超支化聚合物外部長鏈的包裹作用，以及在紡絲原料中的分散，使得生成的納米銀顆粒較小，粒徑分布較窄。
與現有技術相比，本發明具有以下優勢：
（1）與傳統的熔噴無紡布生產前端添加納米銀粉體或者無紡布產品成型後進行納米銀後整理不同，本發明是在製備熔噴無紡布的同時在熔噴無紡布的纖維中原位生成納米銀。該方法不僅可有效避免納米銀顆粒團聚，確保納米銀在無紡布中分布均勻，而且通過兩親性超支化聚合物的調控作用，所生成的納米銀具有較小的粒徑和較窄的粒徑分布。
（2）通過兩親性超支化聚合物將納米銀分散、固定在無紡布纖維中，使得納米銀與纖維具有很高的結合牢度，從而使其具有優異的耐洗性和長效的抗菌效果。
（3）本發明納米銀抗菌熔噴無紡布的製備無需添加額外的設備或對設備進行升級改造，利用現有的生產設備即可加工，簡單方便，可極大的節約生產成本。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
將兩親性超支化聚合物溶解於與水不相溶的有機溶劑中，製備成濃度為5～50g/L的溶液，所述的與水不相溶的有機溶劑包括苯、甲苯、三氯甲烷、四氯化碳；將5～50g/L的兩親性超支化聚合物溶液與0.001～0.1mol/L的硝酸銀水溶液按體積比1:2～2:1混合後攪拌10～30分鐘；靜置分層後用分液漏鬥將兩親性超支化聚合物溶液分離出來；分離出來的兩親性超支化聚合物溶液經室溫下真空旋轉蒸發去除部分溶劑，濃縮後得到濃度為100～500g/L高濃度溶液；採用噴灑的方法將高濃度溶液噴到熔噴無紡布的原料顆粒中，並不斷翻攪，原料顆粒與添加的兩親性超支化聚合物高濃度溶液的質量比為500:1～10000:1，所述的熔噴無紡布原料顆粒包括但不限於PP、PET、PE、PU、PA6、PLA中的一種或多種混合原料顆粒；經熔噴工藝加工後即可得到內含粒徑為2～30nm的納米銀抗菌熔噴無紡布產品。
實施例1：
將10g兩親性超支化聚合物溶解於500ml三氯甲烷中，再將500ml濃度為0.001mol/L的硝酸銀水溶液加入到上述三氯甲烷溶液中，充分攪拌15分鐘。靜置分層後用分液漏鬥將三氯甲烷溶液分離出來，再用旋轉蒸發儀在室溫下真空旋轉蒸發去除部分三氯甲烷，得到50ml 200g/L的高濃度兩親性超支化聚合物溶液。將高濃度溶液噴灑到500kg聚乳酸顆粒中，並不斷翻攪。經熔噴無紡布的生產加工後得到纖維中含有粒徑為2～6nm納米銀的聚乳酸熔噴無紡布產品。