静电纺丝制备醋酸纤维素纳米纤维及其抗菌改性

摘要

醋酸纤维素(CA)是一种具有良好生物相容性、可降解性能、易成型加工纤维素衍生物之一,广泛应用于烟嘴过滤、纺织服装、医用等领域,并常用来替代纤维素材料应用于静电纺丝领域。近年来,人类生活水平逐渐提高,人们对生活品质也提出了更高的要求,越来越重视卫生与健康,各类抗菌制品,如:抗菌性日用品、医疗卫生用品和纺织品等,逐步成为人们研究的焦点。
　　本文以CA为原料,结合静电纺丝技术,采用无机纳米抗菌材料,对CA实施抗菌改性,以扩展其应用。采用旋转流变仪、表面张力仪、电导率仪、场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射式电子显微镜(TEM)、紫外分光光度计(UV-vis)、X射线光电子能谱仪(XPS)、热失重仪(TGA)等对纺丝溶液的性质、复合纳米纤维的形貌、纤维中无机纳米抗菌颗粒的分散情况、纤维表面元素组成和化学态、热稳定性能等进行表征,并采用琼脂平皿扩散法测试复合纳米纤维的抗菌性能,研究表明:
　　1.在静电纺丝制备纯CA纳米纤维的过程中,溶剂、CA浓度、电压和注射速率都会对纤维的形貌产生影响,实验表明:丙酮/DMAc(7/3 w/w)和丙酮/DMAc/水(7/2/1 w/w/w)的混合溶剂是CA的良溶剂,具有良好的纺丝效果;在丙酮/DMAc/水(7/2/1 w/w/w)的混合溶剂体系中,CA的浓度、纺丝电压、注射速率分别控制在10～14 wt％、15-17 KV、0.3-0.5mL/h之间时,纺丝效果较好,能得到直径较小、粗细较均匀的纳米纤维。
　　2.以CA和AgNO3为原料,通过静电纺丝,并结合紫外还原技术,成功制备了AgNPs/CA复合纳米纤维,研究表明:以丙酮DMAc/水(7/2/1 w/w/w)的混合溶液为溶剂时,纺丝效果较好,所得纳米纤维粗细较均匀,且纤维上AgNPs分散性好;纤维直径随AgNO3浓度的增加而减小;XPS和TGA测试结果表明,AgNPs/CA纳米纤维中AgNPs与CA之间存在着相互作用,而不是简单的物理吸附,这使复合纳米纤维的热稳定性有所下降;抗菌测试结果表明,AgNPs/CA纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有较好的抗菌效果。
　　3.分别以TiO2和TTIP为钛源,通过静电纺丝,成功制备了AgNPs/TiO2/CA复合纳米纤维。结果表明:AgNO3和TiO2的含量都会对纤维的形貌产生影响,需选择合适的添加范围;TiO2的存在会使复合纳米纤维中AgNas与CA的碳基氧原子之间的相互作用减弱,从而在一定程度上提高了复合纳米纤维的热稳定性。抗菌测试结果表明,两种方法制备的AgNPs/TiO2/CA复合纳米纤维都对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很好的抗菌效果。与AgNPs/CA纳米纤维相比,由于TiO2的加入,使AgNPs/TiO2/CA复合纳米纤维在同样的AgNO3添加量情况下,即具有更高的抗菌性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 醋酸纤维素

1．2．1 醋酸纤维素的制备

1．2．2 醋酸纤维素的性能

1．3 醋酸纤维的制备方法

1．4 静电纺丝制备纳米纤维

1．4．1 静电纺丝基本原理

1．4．2 静电纺纤维形态结构的影响因素

1．4．3 静电纺纤维种类

1．4．4 静电纺技术的优缺点

1．5 静电纺醋酸纤维的研究现状

1．5．1 溶剂体系的选择

1．5．2 静电纺CA纤维的改性

1．5．3 改性CA纳米纤维的应用

1．6 抗菌材料的研究现状

1．6．1 天然抗菌剂

1．6．2 有机抗菌剂

1．6．3 无机抗菌剂

1．7 本课题研究的目的及主要内容

第二章 醋酸纤维素纳米纤维的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 纺丝液的配制

2．2．4 静电纺丝

2．2．5 表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 溶剂对CA纳米纤维形貌的影响

2．3．2 CA浓度对CA纳米纤维形貌的影响

2．3．3 电压对CA纳米纤维形貌的影响

2．3．4 注射速率对CA纳米纤维形貌的影响

2．4 本章小结

第三章 AgNPs／CA纳米纤维的制备及其抗菌性能研究

3．1 AgNPs／CA纳米纤维的制备

3．1．1 实验部分

3．1．2 结果与讨论

3．2 AgNPs／CA纳米纤维的抗菌性能测试

3．2．1 实验部分

3．2．2 结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 AgNPs／TiO2／CA复合纳米纤维的制备及抗菌性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 纺丝液的配制

4．1．4 静电纺丝

4．1．5 表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 以TiO2为钛源制备AgNPs／TiO2／CA复合纳米纤维

4．2．2 以TTIP为钛源制备AgNPs／TiO2／CA复合纳米纤维

4．2．3 紫外-可见吸收光谱

4．2．4 EDS测试

4．2．5 XPS测试

4．2．6 TGA测试

4．2．7 抗菌性能测试

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢