本發明涉及功能纖維
技術領域：
，特別涉及一種溫敏抗菌性納米纖維及其制備方法。
背景技術：
：溫敏性智能紡織品是一種自動感知外界環境溫度變化而智能調節溫度的高技術紡織品。這種智能紡織品對外界環境溫度具有獨特的智能響應性，隨著外界環境溫度升高而從環境中吸收熱量并儲存于紡織品內部；而隨著外界環境溫度降低又將儲存于紡織品內的熱量放出，從而達到調節紡織品溫度，使其形成一個溫度基本恒定的局部氣候。20世紀70年代初期，Hajlsen.R.H通過將溶解到各種溶劑中的CO2之類的氣體填充到纖維的中空部分，并在織造前，利用特殊方法將中空部分密封。利用纖維中空部分的CO2等氣體發生氣和液(固)相轉變，以此調節保溫。80年代初期，美國農業部南方實驗室Vigo等人將帶有結晶水的硫酸鈉、氯化鈣等無機鹽類物質填充到纖維中空部分，利用相變水合鹽在室溫下發生的熔融和結晶來達到吸熱和放熱目的，以此調節溫度。但這種纖維調溫效果耐久性差，纖維兩端封口不嚴等問題非常嚴重，實用性不強。此外，現有技術中還有采用涂層粘合劑包裹相變微膠囊后，通過化學交聯劑將相變材料點狀均勻涂布在紡織面料表面，制得智能調溫紡織品的方案。其優點在于點涂式方法使得織物手感柔軟、透氣性能好，但微膠囊易破裂，不易操作。可見，現有技術中提供的溫敏性智能紡織品普遍存在著相變材料易泄露的問題。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種溫敏抗菌性納米纖維及其制備方法。本發明提供的溫敏抗菌性納米纖維能夠用于改性制備溫敏抗菌性織物，且改性后的溫敏抗菌性織物性質穩定，不存在泄露危險。本發明提供了一種溫敏抗菌性納米纖維的制備方法，包括以下步驟：將N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺加入到醋酸溶液中進行自由基聚合反應，得到殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠；將所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液混合，得到靜電紡絲液；將所述靜電紡絲液進行靜電紡絲，得到溫敏抗菌性納米纖維。優選的，所述N-異丙基丙烯酰胺和殼聚糖的質量比為(4～8):(1～6)；所述N-異丙基丙烯酰胺和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的質量比為(4～8):(0.1～0.5)；所述N-異丙基丙烯酰胺和引發劑的質量比為(4～8):(0.1～0.5)。優選的，所述醋酸溶液的質量濃度為2～5％；所述N-異丙基丙烯酰胺的質量和醋酸溶液的體積之比為(4～8)g:(50～150)mL。優選的，所述醋酸溶液和N,N,N,N-四甲基乙二胺的體積比為(50～150):(1～3)。優選的，所述聚環氧乙烷水溶液的質量濃度優選為4～10％。優選的，所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液的體積比為(3～5):1。本發明提供了一種上述技術方案所述的制備方法得到的溫敏抗菌性納米纖維。本發明提供了一種溫敏抗菌性纖維，將N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺加入到醋酸溶液中進行自由基聚合反應，得到殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠；將所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液混合，得到靜電紡絲液；將所述靜電紡絲液進行靜電紡絲，得到溫敏抗菌性納米纖維。本發明提供的溫敏抗菌性納米纖維具有優異的抗菌性和熱敏性。將所述溫敏抗菌性納米纖維和空白織物交聯結合后得到一種溫敏抗菌性織物。本發明得到的溫敏抗菌性織物由溫敏抗菌性納米纖維化學交聯在空白織物上得到，因此不存在相變材料泄露的危險。此外，本發明得到的溫敏抗菌性織物還具有優異的抗菌性、透氣性和熱敏性。由實施例的實驗結果可知，本發明得到的溫敏抗菌性織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有很好的抑制效果，抑菌率能夠達到70％以上，最高可達到89.32％。本發明得到的溫敏抗菌性織物的透氣率與空白織物的透氣率相當，沒有太大的下降。本發明得到的溫敏抗菌性織物的接觸角均隨溫度的升高，接觸角逐漸增大；說明溫度升高，相變材料發生相變，具有溫敏性能。附圖說明圖1為實施例1得到的溫敏抗菌性織物放大100倍的SEM圖；圖2為實施例1得到的溫敏抗菌性織物放大300倍的SEM圖；圖3為實施例1得到的溫敏抗菌性納米纖維的放大1500倍SEM圖；圖4為不同溫度下實施例1～3以及空白組織物的接觸角。具體實施方式本發明提供了一種溫敏抗菌性納米纖維的制備方法，包括以下步驟：將N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺加入到醋酸溶液中進行自由基聚合反應，得到殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠；將所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液混合，得到靜電紡絲液；將所述靜電紡絲液進行靜電紡絲，得到溫敏抗菌性納米纖維。本發明將N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺加入到醋酸溶液中進行自由基聚合反應，得到殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。本發明對所述N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑、N,N,N,N-四甲基乙二胺和醋酸溶液混合，本發明對所述混合的順序沒有特殊限制，可以將上述物質按照任意順序進行混合。本發明優選先將N-異丙基丙烯酰胺和醋酸溶液混合，得到N-異丙基丙烯酰胺醋酸溶液；將所述N-異丙基丙烯酰胺醋酸溶液與殼聚糖和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺混合；再將得到的混合物料與引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺混合進行自由基聚合反應。本發明對所述N-異丙基丙烯酰胺和醋酸溶液的混合順序沒有特殊要求，優選的將N-異丙基丙烯酰胺加入到醋酸溶液中。在本發明中，所述N-異丙基丙烯酰胺和醋酸溶液的混合優選在攪拌條件下進行。在本發明中，所述醋酸溶液的質量濃度優選為2～5％，更優選為3～4％，最優選為3.5％。在本發明中，所述N-異丙基丙烯酰胺的質量和醋酸溶液的體積之比優選為(4～8)g:(50～150)mL，更優選為(5～7)g:(70～130)mL，最優選為6g:(80～110)mL。得到N-異丙基丙烯酰胺醋酸溶液后，本發明優選將所述N-異丙基丙烯酰胺醋酸溶液再與殼聚糖和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺混合，得到包含殼聚糖的混合物。在本發明中，該過程中所述混合優選在攪拌條件下進行。在本發明中，所述N-異丙基丙烯酰胺和殼聚糖的質量比優選為(4～8):(1～6)，更優選為(5～7):(2～5)，最優選為6:(3～4)。在本發明中，所述N-異丙基丙烯酰胺和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的質量比優選為(4～8):(0.1～0.5)，更優選為(5～7):(0.2～0.4)，最優選為6:0.3。得到所述包含殼聚糖的混合物之后，本發明優選再將所述包含殼聚糖的混合物與引發劑和N,N,N,N-四甲基乙二胺混合進行自由基聚合反應，得到殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。在本發明中，所述自由基聚合反應優選在室溫下進行。在本發明中，所述引發劑相當于氧化劑的作用，是一種自由基聚合引發劑。在本發明中，所述引發劑優選為過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮二異丁腈中的一種或幾種。在本發明中，所述N-異丙基丙烯酰胺和引發劑的質量比優選為(4～8):(0.1～0.5)，更優選為(5～7):(0.2～0.4)，最優選為6:0.3。在本發明中，所述醋酸溶液和N,N,N,N-四甲基乙二胺的體積比優選為(50～150):(1～3)，更優選為(70～130):(2～3)，最優選為(80～110):(2～3)。得到所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠后，本發明將所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液混合，得到靜電紡絲液。在本發明中，所述聚環氧乙烷水溶液的質量濃度優選為4～10％，更優選為5～8％，最優選為6～7％。本發明對所述聚環氧乙烷水溶液的制備方法沒有特殊要求，將聚環氧乙烷和水混合即可。在本發明中，所述聚環氧乙烷和水優選在加熱條件下進行混合。在本發明中，所述混合的溫度優選為60～90℃，更優選為65～85℃，最優選為70～80℃；所述混合的時間優選為2～4小時，更優選為2.5～3.5小時，最優選為3小時。在本發明中，所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液的體積比優選為(3～5):1。在本發明中，所述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠和聚環氧乙烷水溶液的體積比具體的可以為3:1、4:1或5:1。得到所述靜電紡絲液后，本發明將所述靜電紡絲液進行靜電紡絲，得到溫敏抗菌性納米纖維。在本發明中，所述靜電紡絲的外加電壓優選為15～35KV，更優選為20～30KV，最優選為22～28KV；所述靜電紡絲的接收距離優選為12～20cm，更優選為14～18cm，最優選為15～16cm；所述靜電紡絲的注射速度優選為0.3～0.5mL/h，更優選為0.35～0.45mL/h，最優選為0.4mL/h。在本發明中，所述靜電紡絲用噴絲裝置優選為針頭式噴絲裝置；所述靜電紡絲用接收裝置優選為滾筒式接收裝置。本發明提供了一種上述技術方案所述的制備方法得到的溫敏抗菌性納米纖維。在本發明中，所述溫敏抗菌性納米纖維的直徑約為150～550nm，平均直徑約為200nm。為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的溫敏抗菌性納米纖維進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護范圍的限定。實施例1(1)常溫條件下，將4gN-異丙基丙烯酰胺加入到50mL質量濃度為2％的醋酸溶液中，連續攪拌，在攪拌過程中，分別添加1g殼聚糖、0.15gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌5min后，停止攪拌，繼續向混合溶液中加入0.1g過硫酸銨和1mLN,N,N,N-四甲基乙二胺，常溫攪拌直至完全溶解，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。(2)將聚環氧乙烷(相對分子質量40kDa)加入到180mL去離子水中，加熱溫度為60℃攪拌4h，配成含有聚環氧乙烷濃度為10g/mL的聚環氧乙烷水溶液。(3)將殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠與聚環氧乙烷水溶液按照體積比5/1混合，常溫攪拌至均勻，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲溶液。(4)常溫條件下，將絲織物固定在滾筒式導電性接收裝置上，接收裝置接地線。(5)用靜電紡絲技術將上述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲混合溶液進行靜電紡絲，制得溫敏抗菌性納米纖維。溫敏抗菌性納米纖維在電場力作用下直接收集在含有絲織物的接收裝置上；靜電紡絲工藝參數：外加電壓為15kV，接收距離為12cm，注射速度為0.3mL/h，噴絲裝置為針頭式噴絲裝置。(6)將上述制得的改性絲織物放置于容器內的隔網上，在容器底部裝有質量濃度為45％的戊二醛溶液，然后將容器密閉，進行戊二醛蒸氣交聯處理0.5h，得到溫敏抗菌性織物。實施例2(1)常溫條件下，將8gN-異丙基丙烯酰胺加入到150mL質量濃度為5％的醋酸溶液中，連續攪拌，在攪拌過程中，分別添加6g殼聚糖、0.5gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌10min后，停止攪拌，繼續向混合溶液中加入0.5g過硫酸鉀和3mLN,N,N,N-四甲基乙二胺，常溫攪拌直至完全溶解，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。(2)將聚環氧乙烷(相對分子質量40kDa)加入到180mL去離子水中，加熱溫度為60℃攪拌4h，配成含有聚環氧乙烷濃度為10g/mL的聚環氧乙烷水溶液。(3)將殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠與聚環氧乙烷水溶液按照體積比3/1混合，常溫攪拌至均勻，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲溶液。(4)常溫條件下，將絲織物固定在滾筒式導電性接收裝置上，接收裝置接地線。(5)用靜電紡絲技術將上述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲混合溶液進行靜電紡絲，制得溫敏抗菌性納米纖維。溫敏抗菌性納米纖維在電場力作用下收集在含有絲織物的接收裝置上；靜電紡絲工藝參數：外加電壓為35kV，接收距離為20cm，注射速度為0.5mL/h，噴絲裝置為針頭式噴絲裝置。(6)將上述制得的改性絲織物放置于容器內的隔網上，在容器底部裝有質量濃度為55％的戊二醛溶液，然后將容器密閉，進行戊二醛蒸氣交聯處理1h，得到溫敏抗菌性織物。實施例3(1)常溫條件下，將6gN-異丙基丙烯酰胺加入到100mL質量濃度為3％的醋酸溶液中，連續攪拌，在攪拌過程中，分別添加4g殼聚糖、0.3gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌8min后，停止攪拌，繼續向混合溶液中加入0.3g過硫酸銨和2mLN,N,N,N-四甲基乙二胺，常溫攪拌直至完全溶解，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。(2)將聚環氧乙烷(相對分子質量40kDa)加入到180mL去離子水中，加熱溫度為60℃攪拌4h，配成含有聚環氧乙烷濃度為10g/mL的聚環氧乙烷水溶液。(3)將殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠與聚環氧乙烷水溶液按照體積比4/1混合，常溫攪拌至均勻，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲溶液。(4)常溫條件下，將絲織物固定在平板式導電性接收裝置上，接收裝置接地線。(5)用靜電紡絲技術將上述殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷靜電紡絲混合溶液進行靜電紡絲，制得溫敏抗菌性納米纖維。溫敏抗菌性納米纖維在電場力作用下收集在含有絲織物的接收裝置上；靜電紡絲工藝參數：外加電壓為20kV，接收距離為15cm，注射速度為0.4mL/h，噴絲裝置為針頭式噴絲裝置。(6)將上述制得的改性絲織物放置于容器內的隔網上，在容器底部裝有質量濃度為50％的戊二醛溶液，然后將容器密閉，進行戊二醛蒸氣交聯處理0.8h，得到溫敏抗菌性織物。實施例4：空白組市售未經處理空白絲織物。實施例5：對照組(1)常溫條件下，將8gN-異丙基丙烯酰胺加入到150mL質量濃度為5％的醋酸溶液中，連續攪拌，在攪拌過程中，分別添加6g殼聚糖、0.5gN,N-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌10min后，停止攪拌，繼續向混合溶液中加入0.5g過硫酸銨和3mLN,N,N,N-四甲基乙二胺，常溫攪拌直至完全溶解，制備出殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠。(2)將聚環氧乙烷(相對分子質量40kDa)加入到180mL去離子水中，加熱溫度為60℃攪拌4h，配成含有聚環氧乙烷濃度為10g/mL的聚環氧乙烷水溶液。(3)將殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺互穿網絡水凝膠與聚環氧乙烷水溶液按照體積比3/1混合，常溫攪拌至均勻，制備出-殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷混合溶液。(4)常溫條件下，將絲織物浸泡于濃度為5％戊二醛水溶液中進行預交聯反應，然后將得到的預交聯絲織物在殼聚糖/聚N-異丙基丙烯酰胺/聚環氧乙烷混合溶液中進行浸軋處理，得到交聯絲織物，對上述交聯絲織物60℃焙烘，得到溫敏抗菌性絲織物。本發明利用PhilipsXL30掃描電子顯微鏡對實施例1得到的溫敏抗菌性納米纖維和溫敏抗菌性織物進行表觀形貌測定，測試結果如圖1～3所示。其中，圖1為實施例1得到的溫敏抗菌性織物的SEM圖(100倍)，圖2為實施例1得到的溫敏抗菌性織物的SEM圖(300倍)，圖3為實施例1得到的溫敏抗菌性納米纖維的SEM圖(1500倍)。由圖1～3可知，本發明得到的溫敏抗菌性織物表面成功的附著了溫敏抗菌性納米纖維，且纖維表面光滑，無珠節。本發明還對實施例1～3得到的溫敏抗菌性織物的抗菌性能進行了檢測，具體檢測過程如下：本發明選用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為測試菌種，采用振蕩燒瓶法定量測試來表征溫敏抗菌性織物的抗菌效果，結合美國標準ASTME2149中振蕩燒瓶法進行測試。將上述實施例1～3以及空白組試驗織物裁剪成0.5×0.5cm2塊，織物總質量為0.75克，103kPa、121℃滅菌15min備用。將上述絲織物分別放入250mL的三角燒瓶中，分別加入70mLPBS溶液(pH≈7.2)和5mL菌種濃度為1×105～4×105cfu/mL的菌懸液，然后在作用溫度為25℃的條件下，300r/min振搖2min后，用吸管往實施例1～3以及空白組的燒瓶中各加入5mL已準備好的接種菌液，蓋好瓶蓋，再將燒瓶置于往復式振蕩器上，24℃、150r/min振蕩18h。抑菌率公式如下：X：抑菌率；A：標準空白試樣接種細菌培養18h后燒瓶內活菌濃度；B：抗菌織物試樣接種細菌培養18h后燒瓶內活菌濃度。抑菌率測試結果如表1所示。表1實施例1～3及空白組的抗菌率試驗結果結果表明，溫敏抗菌性絲織物具有較好的抗菌性，抑菌率可達到70％以上。本發明還對實施例1～3得到的溫敏抗菌性織物的透氣性和溫敏性進行了檢測，具體過程如下：利用FX3300-IV透氣性儀器對實施例1～3以及空白組、對照組絲織物進行織物透氣性能測試，測試結果如表2所示。表2實施例1～3及空白組、對照組的透氣率試驗結果樣品實施例1實施例2實施例3空白組對照組透氣率/l/m2/s505515510577164結果表明，未經處理的絲織物透氣率可達到577l/m2/s，實施例1～3試驗制得的溫敏抗菌性絲織物透氣性可達到500l/m2/s以上，透氣率略低于空白組，但對照組試驗制得的溫敏抗菌性絲織物透氣性僅為164l/m2/s，說明利用溫敏抗菌性納米纖維改性絲織物對絲織物透氣性能幾乎無影響。利用JY-80型接觸角測量儀對實施例1～3以及空白組進行接觸角測試，測試結果如圖4所示。圖4為不同溫度下實施例1～3以及空白組織物的接觸角。圖4結果表明，隨著溫度的升高，空白組接觸角幾乎無變化，但實施例1～3試驗結果接觸角均隨溫度的升高，接觸角逐漸增大。說明溫度升高，相變材料發生相變，由親水性轉變成疏水性，但因為纖維孔隙率高，使溫敏抗菌性絲織物仍然呈現親水性。以上所述僅是本發明的優選實施方式，并非對本發明作任何形式上的限制。應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3