丝素蛋白/明胶复合纤维材料的静电纺丝法制备与抗菌应用

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生活质量的提高与制造业的蓬勃发展使纺织品在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色,同时随着人们对微生物认识的加深,对纺织品的卫生与安全问题更加重视。传统的纺织品由于自身的局限性容易成为细菌传播滋生的媒介,石化纤维不可降解、易对环境造成二次污染,因而需要一种可自然降解的、抗菌性能优异的替代品。丝素蛋白(SF)和明胶(GT)是两类代表性的天然聚合物,安全性高、可降解,是制备新型纤维材料的有益选择。银、金、氧化铜等无机抗菌剂有效期长,不产生耐药性,可以满足日常生活的抗菌需要。有基于此,本论文利用静电纺丝技术,对丝素蛋白/明胶复合纤维的制备与抗菌性能进行研究,通过将天然聚合物与无机抗菌剂进行复合,制备成具有抗菌功能的可降解纤维材料,实现无害化抗菌纤维的生产应用,具体内容如下:(1)通过静电纺丝法一步合成SF/GT复合纤维,对二者的添加比例进行探讨。当二者质量比为1:3时,材料透气性最佳。通过引入银源,合成Ag-SF/GT复合纤维,实验表明,Ag的引入不影响纤维形貌结构,但抗菌性能得到极大提升,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有优异的抗菌性,当Ag含量为0.4 wt.%时,复合材料抗菌率已高达99.99%。(2)通过静电纺丝法一步合成Au-SF/GT复合纤维,表征结果表明,纤维膜的颜色由于金含量的不同而改变,纤维形貌变化极小。SiO2的引入有利于提高材料的水蒸气透过率,当SiO2添加比例为2 wt.%时,复合纤维材料的透气性最佳。抗菌实验证明,Au-SF/GT纤维的抗菌性对Au含量有一定要求,当Au含量较高时才能产生显著的抗菌性;SiO2的添加未对复合纤维材料的抗菌性能产生明显的影响,但可以提高材料的气体透过性能。(3)通过静电纺丝合成的CuO@SiO2材料呈片层褶皱结构,具有很高的比表面积以及分级孔道,且纳米CuO在氧化硅表面分散均匀,无团聚现象。将CuO@SiO2作为添加成分,经二次纺丝制备的CuO@SiO2-SF/GT复合材料纤维结构均匀连续,水蒸气透过率维持在3800~4300 g·m-2·day-1。抗菌实验证明,CuO@SiO2-SF/GT纤维材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能优异,当CuO的添加比例达到0.8 wt.%时,复合材料的抗菌率高达99.9%。
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