超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米纖維膜的制備方法，特別是公開一種超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備方法，應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、空氣過(guò)濾、水處理等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]疏水性及親水性多孔納米纖維薄膜在超疏水及超親水領(lǐng)域中均引起廣泛關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，模仿荷葉效應(yīng)制備超疏水性與超親水性材料在當(dāng)代已成為可能，疏水與親水材料是材料表面的重要特征，它是由材料的本身性質(zhì)以及材料的微觀結(jié)構(gòu)所共同決定的，材料表面含有氟或者有機(jī)硅等自身能夠提高材料固體表面能，當(dāng)材料帶有-OHS-COOH等官能團(tuán)能夠提高材料表面的親水性能。使用納米粒子在纖維表面構(gòu)造多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)溫澤爾理論能夠有效地提高纖維膜表面的親水或疏水性能。
[0003]季銨鹽通過(guò)胺與鹵代烴反應(yīng)制得，并且具有一定的生物活性，可用作藥物、農(nóng)藥以及化學(xué)反應(yīng)中的相轉(zhuǎn)移催化等。通過(guò)在胺與鹵代烴反應(yīng)的過(guò)程中接入有機(jī)硅等疏水性材料或殼聚糖等親水性材料能有有效地改善季銨鹽的疏水性能或親水性能并且具有很好的抗菌性能，由于殼聚糖或有機(jī)硅季銨鹽的殼層之間發(fā)生粘連，使其能夠有效地改善納米纖維薄膜的力學(xué)性能。采用含氟材料的多孔納米纖維薄膜，采用的含氟材料不易降解且對(duì)環(huán)境污染大，而采用聚乙烯醇、聚乙二醇改性材料的親水性多孔納米纖維薄膜，需使用戊二醛等進(jìn)行交聯(lián)，其工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的納米纖維膜的制備方法所存在的缺陷，提供一種制備簡(jiǎn)單、高效的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備方法，其特征在于:所述的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備步驟如下:
A、步驟(I)制備聚合物溶液:在室溫條件下，將聚合物溶解在溶劑中，并進(jìn)行攪拌，攪拌速度為50-2000rpm，直至攪拌均勻，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-40被％的聚合物溶液；
B、步驟(2)靜電紡絲:在相對(duì)濕度為15-70%，溫度為15-70 V的條件下，將步驟(I)制得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2_40wt%的聚合物溶液進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲的正電壓為0-60kV，靜電紡絲的負(fù)電壓為0-60 kV，靜電紡絲的距離為5-50cm，靜電紡絲的接收載體為鋁箔、銅網(wǎng)、無(wú)紡布和光滑紙，得到多孔納米纖維薄膜；
C、步驟(3)制備季銨鹽溶液:將季銨鹽溶解在水中，并進(jìn)行攪拌，攪拌速度為10-1OOrmp，直至攪拌均勻，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.l_20wt%的季銨鹽溶液；
D、步驟(4)制備季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液:在步驟(3)制得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-20界七%的季銨鹽溶液中添加納米顆粒，納米顆粒為二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋅中的一種或幾種的任意比例的混合物，其納米顆粒分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.l_20wt%的季銨鹽溶液中的濃度為l-20wt%，納米顆粒的尺寸大小為5-200nm，得到季錢鹽和納米顆粒的懸浮混合液；
E、步驟(5)季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液修飾多孔納米纖維薄膜:將步驟(2)制得的多孔納米纖維薄膜浸泡在步驟(4)制得的季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液中直至完全浸潤(rùn)，制得季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液修飾過(guò)的多孔納米纖維薄膜；
F、步驟(6):將步驟(5)制得的季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液修飾過(guò)的多孔納米纖維薄膜置于60°C的真空烘箱中干燥l_3h，制得超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜成品。
[0006]所述步驟(I)制備聚合物溶液采用的聚合物為聚醚酰亞胺、聚氨酯、聚酰亞胺、聚砜、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺中的一種或幾種的任意比例的混合物。所述步驟(I)制備聚合物溶液采用的溶劑為水、四氫呋喃、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、三氟乙酸、三氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一種或幾種的任意比例的混合溶劑。所述步驟(3)制備季銨鹽溶液采用的季銨鹽為疏水性的有機(jī)硅季銨鹽或親水性的殼聚糖季銨鹽。所述步驟(4)制備季銨鹽和納米顆粒的懸浮混合液采用的納米顆粒為親水性二氧化鈦、親水性二氧化娃、親水性氧化鋁、親水性氧化鋅或疏水性二氧化鈦、疏水性二氧化娃、疏水性氧化鋁、疏水性氧化鋅。所述的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的強(qiáng)度為5-20MPa。所述的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜對(duì)大腸桿菌的有效抗菌率為95-99%，超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的疏水角的疏水性為150-160°、親水角的親水性為0-20°。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用季銨鹽修飾的多孔納米纖維薄膜其殼層厚度可控，季銨鹽的修飾僅僅需通過(guò)調(diào)控季銨鹽的濃度和浸泡的時(shí)間來(lái)控制殼層的厚度即可，合成簡(jiǎn)單且原料便宜，這在很大程度上滿足了當(dāng)前膜材料的親水或者疏水改性，而且其本身特點(diǎn)具有相當(dāng)?shù)臐撛趹?yīng)用價(jià)值。本發(fā)明大幅度地提高了納米纖維膜的選擇潤(rùn)濕性，本發(fā)明制得的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的纖維之間的粘連結(jié)構(gòu)使得其力學(xué)性能提高。本發(fā)明具備制備簡(jiǎn)單，成膜均一性好，價(jià)格低廉且易工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，其制得的超疏水或超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜在水凈化、能源化工、電池隔膜等需具備選擇潤(rùn)濕性領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0009]實(shí)施例1:
一種超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟:
A、步驟(I)制備聚丙烯腈溶液:在室溫條件下，將1g聚丙烯腈粉末溶解在90gN-N-二甲基甲酰胺溶液中，并進(jìn)行攪拌，攪拌速度為10rpm，攪拌時(shí)間為12h，直至攪拌均勻，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt%的聚丙稀腈溶液；
B、步驟(2)靜電紡絲:在室溫，濕度為40-50%的條件下，將步驟(I)制得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt%的聚丙烯腈溶液以2.5ml/h的速度進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲的電壓為20kV，靜電紡絲的距離為15cm，靜電紡絲的接收載體為PET無(wú)紡布，靜電紡絲的滾筒轉(zhuǎn)速為50rpm，得到聚丙烯腈多孔納米纖維薄膜； C、步驟(3)制備殼聚糖季銨鹽溶液:將5g殼聚糖季銨鹽溶解在10g水溶液中，并進(jìn)行攪拌，攪拌速度為10rpm，直至攪拌均勻，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt%的殼聚糖季銨鹽溶液；
D、步驟(4)制備殼聚糖季錢鹽和二氧化娃的懸浮混合液:在步驟(3)制得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt%的殼聚糖季錢鹽溶液中添加1g親水性二氧化娃納米顆粒(40nm)，其親水性二氧化娃納米顆粒(40nm)分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt%的殼聚糖季錢鹽溶液中的濃度為10wt%，得到殼聚糖季銨鹽和二氧化硅的懸浮混合液；
E、步驟(5)殼聚糖季銨鹽和二氧化硅的懸浮混合液修飾聚丙烯腈多孔納米纖維薄膜:將步驟(2)制得的聚丙烯腈多孔納米纖維薄膜浸泡在步驟(4)制得的殼聚糖季銨鹽和二氧化硅的懸浮混合液中直至完全浸潤(rùn)，制得殼聚糖季銨鹽和二氧化硅的懸浮混合液修飾過(guò)的聚丙烯腈多孔納米纖維薄膜；
F、步驟(6):將步驟(5)制得的殼聚糖季銨鹽和二氧化硅的懸浮混合液修飾過(guò)的聚丙烯腈多孔納米纖維薄膜置于60°C的真空烘箱中干燥3h，制得超親水且具備抗菌性能的納米纖維膜成品。
[0010]制得的超親水且具備抗菌性能的納米纖