基于聚乙醇酸(PGA)的抗菌型空气过滤材料的制备及性能研究

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污染空气携带的微纳颗粒和微生物给人类健康埋下了长期隐患,严重时将危及生命,还会造成极大的经济损失,为此高效抗菌型过滤材料的研发成为近年来的热点。但是依赖于金属类抗菌剂的过滤材料应用在近距离接触人体的场合时,容易产生健康隐患,还存在不可降解的缺点。论文首先针对材料可降解性提出以聚乙醇酸(PGA)为原料,通过静电纺丝技术制备纳米纤维过滤膜;然后以微晶纤维素(CMC)为原料,接枝ε-聚赖氨酸(ε-EPL)制备抗菌剂,并将其添加至纺丝液制备复合纳米纤维膜,考察其过滤、抗菌等性能;最后研究了 PGA纳米纤维膜的降解性能和探究了复合膜在口罩与车载空气净化器中的应用效果。得到的主要结论如下:(1)初探了纺丝外加电压、(纺丝液)挤出流速、环境相对湿度及聚合物性质对纤维形貌的影响,优化后的一组参数为:纺丝电压为12kV,纺丝液挤出流速1 mL/h,环境相对湿度45%,PGA2浓度6%。该条件下得到的电纺纳米纤维膜具有均匀连续的纤维形貌,合适的串珠结构以及较低的阻力压降。(2)将纤维素基抗菌剂添加至溶液制备复合纳米纤维膜,验证了抗菌剂的制备以及其在纳米纤维膜中的负载是成功的,探究了抗菌剂相对PGA含量和抗菌剂中醛基与ε-EPL比例的变化对膜各项性能的影响。结果表明:制得的抗菌剂中含有ε-EPL,通过红外光谱证明其已成功引入纳米纤维膜,当抗菌剂相对PGA含量为9%时复合膜具有较高的过滤效率与抗菌剂负载量。进一步的,在该复合比例下,ε-EPL与醛基摩尔数比为0.24:1时制备的抗菌剂,纺丝55min的复合膜表现出最佳的过滤效率(99.83%)与抑菌效果(对E.coli和S.aureus的抑菌率分别高达99.97%和99.99%)。(3)探究了 PGA纳米纤维膜的降解性能,土壤填埋降解与PBS缓冲液降解实验表明,PGA纳米纤维膜具有良好的短期降解性能。因此,预测使用后的PGA@EPL-DAMCs复合纳米纤维膜,在自然条件下放置一段时间即可降解;此外,测试了复合膜PGA@EPL-DAMC-24%的实际应用效果,以三种商用口罩为对照,对此三类口罩以及分别用PGA@EPL-DAMC-24%膜替换的口罩进行过滤测试,结果表明改进的口罩的过滤效率提高了,但其增加程度远小于阻力压降;PGA@EPL-DAMC-24%纳米纤维膜应用于空气净化器所需的净化时间短于PGA膜,但两者净化效果均不如净化器原滤芯。因此,未来的改进方向应着重于调整膜内部结构,减少过滤阻力,从而降低净化器能耗,改善净化效果。
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