基于載銀納米氧化鋅的抗菌pe纖維的制備

基于載銀納米氧化鋅的抗菌pe纖維的制備

目前，有許多抗菌劑用于改性纖維抗菌性能。作者采用了一種新的銀納米氧化鋅抗菌劑。這種抗菌劑是將銀原子在納米級氧化鋅結晶過程中用特殊工藝加入到氧化鋅晶格中。將銀載入納米氧化鋅晶格中不僅可以提高復合抗菌劑的抗菌能力,同時也可以解決銀離子的易變色性,這種新型的復合抗菌劑不需要光源照射就能產生抗菌效果。為了使抗菌劑均勻地分散在PET熔體中,作者采用偶聯(lián)劑T-氨丙基三乙氧基硅烷(KH560)處理了載銀納米氧化鋅抗菌劑粉體,然后與PET共混制得PET抗菌母粒,再通過復合紡絲法,將PET抗菌母粒加入到PET纖維皮層中,制得了抗菌劑質量分數(shù)為1%的皮芯型抗菌PET纖維。1實驗1.1聚丙烯酸鹽系聚酯纖維片載銀納米氧化鋅粉體:銀的質量分數(shù)為3%,晶粒尺寸100～200nm,由成都交大晶宇科技有限公司提供;偶聯(lián)劑KH560:牌號為KBM-403,日本信越化學工業(yè)株式會社生產;分散劑:低相對分子質量聚乙烯蠟,由三井公司提供;PET切片,由東華大學國家重點實驗室提供。雙螺桿擠壓機:SH-35型,上海自動化儀表四廠生產;雙螺桿擠出機:日本ABE公司制造。螺桿外徑25mm,最大紡絲速度1200m/min,噴絲板孔數(shù)為36。1.2pet抗菌纖維的制備將用KH560修飾后的載銀納米氧化鋅抗菌劑、分散劑與PET切片按一定的質量比加入到雙螺桿擠壓機熔融造粒,再通過切粒機切粒制得PET抗菌母粒。為了比較皮芯型纖維具有比常規(guī)纖維的優(yōu)勢,分別采用常規(guī)紡絲和復合紡絲法制備兩種PET抗菌纖維。兩種纖維的抗菌劑質量分數(shù)均為1%。紡絲生產工藝參數(shù)如下:紡絲溫度為285～300℃,紡絲速度為800m/min,拉伸溫度為80～160℃。1.3dsc測試方法日本D/max-BX射線衍射儀:測試條件為管電壓為40kV,管電流為30mA,Cu靶Kα線;JSM-5600LV型SEM,JEM100-CX型TEM:JEOL日本電子株式會社生產;Perkin-ElmerPyris-1型DSC測試儀:瑞士梅特勒-托利多公司生產。DSC測試條件:試樣先由0℃勻速升溫至300℃,停留10min,以消除熱歷史;再由300℃降溫至0℃,最后由0℃升溫至300℃,升溫和降溫速率均為10℃/min,測試過程在氮氣保護下進行。2結果與討論2.1和皮芯型纖維由圖1中可以看到,載銀納米氧化鋅顆粒在PET母粒和皮芯型纖維中分散均勻。從圖2中可以看出,兩根皮芯型抗菌PET纖維邊界將圖分為上下兩部分,載銀納米氧化鋅在纖維皮層中分散比較均勻,尺寸約100nm。2.2載銀納米氧化鋁抗菌機理參照FZ/T01021—92(織物抗菌性能試驗方法),GB15979—2002(附錄C-產品抑菌和殺菌性能與穩(wěn)定性測試方法)和日本食品分析中心制定的抗菌材料(制品)滴下法進行抗菌性能的測試。由表1可看出,皮芯型抗菌PET纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均在99%以上。載銀納米氧化鋅抗菌機理的分析:納米氧化鋅具備特殊的表面效應和高氧化活性,能在水分和空氣存在的體系中,自行分解出自由移動的電子(e-),留下帶正電的空穴(h+)。產生的帶正電的空穴具有很強的氧化作用,能夠高效殺滅和清除細菌及其殘骸,同時還能分解細菌分泌的毒素。而且,氧化鋅是一種內部載流子可調的半導體針狀纖維,其晶格中的活性原子氧可破壞絕大多數(shù)細菌的生物活性和代謝繁殖功能。另外,鋅離子、銀離子也起到抗菌作用。對于實驗制得的抗菌PET纖維來說,當細菌和病毒接觸到纖維表面時,皮層中納米氧化鋅活性成分分解后留下的帶正電的空穴與細菌接觸,其強氧化性能有效地殺滅細菌。而且,抗菌PET纖維表面裸露有載銀納米氧化鋅,其所帶正電的Zn2+,Ag+能與帶負電的細菌細胞壁接觸,穿透后與細胞中的蛋白質及核酸反應從而殺滅細菌,之后,Zn2+,Ag+從被殺死的細胞中游離出來,再重復殺菌。2.3納米粒子法制備應力集中點由表2可以看出,改性后的抗菌PET纖維的強度較PET纖維有所下降,這是由于納米粒子的引入使材料產生了應力集中點,因此斷裂強度有所下降。但是皮芯型抗菌PET纖維的強度較普通型抗菌PET纖維下降得少,說明復合紡絲法較常規(guī)紡來說對纖維的力學性能影響更小。2.4纖維的結晶度根據(jù)圖3X射線衍射曲線,通過計算機分峰處理后用稱重法求得皮芯型抗菌PET纖維的結晶度為66.23%,比PET纖維的結晶度70.54%有所下降。這可能是由于納米氧化鋅的引入破壞了PET大分子鏈的規(guī)整性,增大了分子鏈的鏈間距離,從而導致了改性后纖維的結晶度的下降。2.5最大變化結果在半干體系中,總變化有變化的時長從表3中可以看出皮芯型抗菌PET纖維與PET纖維相比結晶溫度(Tc)和熔點(Tm)基本沒有變化。然而皮芯型抗菌PET纖維的玻璃化轉變溫度(Tg)比PET纖維有所提高,這是因為納米粒子的引入阻礙了PET大分子鏈的運動,因此大分子運動所需的溫度就會增加。另外,結晶熱焓(ΔHc)有一些下降,原因在于晶格中有納米粒子缺陷,因此打破晶格所需熱焓相對較少。3pet纖維的抗菌性能a.載銀納米氧化鋅抗菌劑具有優(yōu)良的抗菌性能,其抗菌PET纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均為99%以上。b.抗菌PET纖維的強