功能性纺织物复合材料的制备及其在杀菌净水和表面抗菌中的应用

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在人们的生存环境中,存在着大量的病原微生物,其中危害最大的当属细菌和病毒。它们以各种途径威胁着人类的健康,例如在世界范围内,由于饮用受病原体污染的水而引起的水传播疾病(如贾第虫病、腹泻、霍乱和肠胃炎等)每天约造成2000人死亡;病原微生物在纺织物表面繁殖,在影响纺织物使用性能的同时,还容易通过人体破损的皮肤粘膜进入体内,引起痢疾、肺炎和皮肤感染等疾病,在医院等场所还很容易引起交叉感染。因此,开发具有杀菌和抗菌性能的新材料具有现实意义。本论文基于金属纳米粒子优异的杀菌性能,以纺织物为载体,制备了具有高效杀菌性能的POU(point-of-use)杀菌净水材料和疏水性抗菌无纺布材料。POU杀菌净水材料主要用于解决某些偏远地区或紧急情况下的饮用水安全问题,保障人们能够接触到干净的饮用水;疏水性抗菌无纺布材料主要用于防止病原微生物在材料表面生长繁殖,可用于人们日常的防护产品中,更好保障人们的健康。其具体内容如下:(1)多孔壳聚糖膜包覆的载银棉布材料(Ag NPs-C/CS)的制备及其杀菌净水性能研究:本体系通过银纳米热还原法和多孔壳聚糖膜相分离法制备了一种由CS膜包覆的载银棉布材料。基于Ag NPs优异的杀菌特性,所制备的过滤器对实验室培养的大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和实际水体均表现出良好的杀菌性能。通过改变CS的浓度,即可调控材料的过滤速度以适应不同的水质情况;且由于CS涂层的存在,处理后水中的银含量低于WHO饮用水含银量的限值。此外,由于棉布本身具备很强的机械性能,无需担心在浸湿条件下材料被破坏造成泄露。(2)疏水性载银纳米无纺布(PDA/Ag NPs@UV-N)的制备及其抗菌性能研究:本体系通过纳米银热还原法和紫外照射法制备了一种具备抗菌和疏水性能的功能性无纺布材料。在负载Ag NPs前引入了PDA作为粘合剂,PVP作为稳定剂,PDA层的引入可以很好的保证纤维与Ag NPs之间的结合,防止Ag NPs从材料表面脱落。实验结果表明,当浸泡的硝酸银浓度为50 m M时,PDA/Ag NPs-N的杀菌性能最佳。将材料放在紫外光下照射15 min,其静态水接触角可达130°且放置30 d后材料还具备疏水性。这个方法不需要额外添加其它疏水改性剂(如氟聚合物、烷基化合物和硅酮等)、制备条件温和,是一种快速、简便、低成本的疏水性抗菌无纺布材料制备方案。(3)疏水性双金属纳米无纺布(PDA/Ag-Cu NPs@UV-N)的制备及抗菌性能研究:本体系在银纳米抗菌无纺布的基础上,引入Cu NPs制备了疏水性能更持久且抗菌性能更优的双金属纳米无纺布材料。将研发的多功能复合材料替换医用口罩的最外层无纺布制备了具备长效抗菌性能的口罩,其气流阻力和过滤效率与普通外科口罩无差异,将杀菌层在空气中放置5 d,表面几乎无细菌生长,且经过5循环洗涤后,材料的抗菌率仍能保持。基于双金属纳米的杀菌口罩可以很好的解决长时间佩戴或不当使用时细菌在口罩表面生长、繁殖等问题。
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