生物可降解材料的抗菌研究及其在防护纺织品的应用

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近年来,环境污染问题正日益严重,给人类的生活质量和身体健康造成了不利影响。因此,可生物降解材料的制备与应用成为当前解决环境污染问题的重要途径之一。可生物降解材料在自然界中可被微生物分解且不产生有害物质,被广泛应用于食品包装、生物医学、纺织等领域。其中,由微生物合成的可生物降解材料—聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV),与聚丙烯(PP)有类似的物理性能,但其较高的结晶度和大尺寸晶球使材料在常温下表现为脆性,从而限制了其应用。而另一种生物降解材料聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物(PBAT)具有极佳的韧性,可用来改善PHBV的力学性能。因此,对可生物降解材料进行改性并赋予其一定抗菌性能,可拓展其在抗菌纺织品中的应用。本文通过静电纺丝工艺成功制备了PHBV/PBAT纤维复合膜,之后选用纳米二氧化钛(TiO2)作为抗菌剂,采用共混纺丝法制备了PHBV/PBAT/TiO2纤维复合膜,并分别研究了其微观结构、力学性能、结晶熔融性能及亲水性能,同时评价了该材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。具体内容如下:(1)以PHBV和PBAT为原料成功制备出PHBV/PBAT纤维复合膜,并对共混膜的结构性能进行了表征分析。结果表明,当PHBV/PBAT纤维复合膜的质量比为50:50、质量分数为13%(w/w)时,纤维的平均直径最小可达500 nm。此外,PBAT的添加可以提高材料的断裂伸长率,从而提高材料弹性。且随着PBAT含量的增加,PHBV/PBAT纤维复合膜的疏水性变强。(2)在上述研究基础上,将纳米二氧化钛(TiO2)作为抗菌剂,采用共混纺丝法对PHBV/PBAT纤维复合膜进行抗菌改性,结果表明,添加1%的纳米TiO2后使得PHBV/PBAT纤维复合膜的纤维直径从500 nm减小至360 nm,且拉伸断裂强度和断裂伸长率增至1.23 Mpa和203.1%,纤维膜的脆性得以改善。但PHBV与PBAT的相容性较差的问题并未改变。根据振荡法的抗菌实验,当纳米TiO2的质量分数为1%时,PHBV/PBAT/TiO2纤维复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出良好的抗菌性,抑菌率分别为99.7%和98.5%。(3)通过对上述研究中的PHBV/PBAT/TiO2纤维复合膜进行复合处理探究其应用。首先将纤维复合膜与纯棉无纺布进行超声波粘合,不仅同时实现了生物降解性和抗菌性,还有效提升了复合纤维膜的力学性能,但经实验发现其平均透湿量为875.37 g(m2·24 h)-1,平均透气率只有163.3 mm/s,透气透湿性仍需改善。之后基于此种材料制作了简易的口罩模型和防护服仿真模型。
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