一种抗菌无纺布及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种抗菌无纺布及其制备方法和用途。

背景技术

季铵盐作为一种常用的抗菌剂在增强无纺布抗菌性能方面具有良好的应用前景，但是季铵盐由于分散性不好往往需要通过较为复杂的工艺才能较为均匀包裹无纺布纤维上，这也进一步阻碍了季铵盐在无纺布抗菌方面的大规模生产和产业化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种抗菌无纺布及其制备方法和用途，以提高现有技术中季铵盐类抗菌无纺布材料的包覆均匀性、稳定性、安全性以及抗菌性。

为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：本发明首先提供了一种抗菌无纺布的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：提供一抗菌剂的水溶液；将无纺布基材浸渍在所述抗菌剂的水溶液中，得到浸渍后的基材；烘干所述所述浸渍后的基材以得到烘干后的无纺布；其中，所述抗菌剂包括以下重量百分比的各组分：3％～10％的季铵盐、1％～10％的壳聚糖微球，3％～4％的表面活性剂、80％～90％的无机溶剂，以所述抗菌剂的水溶液重量为100％计，所述抗菌剂在所述抗菌剂的水溶液中的重量占比为10％～60％。

在一实施例中，所述季铵盐包括单链季铵盐和/或双链季铵盐，所述季铵盐包括碳原子个数为8～18的直链烷基。

在一实施例中，所述季铵盐由碳原子个数为14～18的单链烷基季铵盐和碳原子个数为8～10的双链烷基季铵盐按照质量比(1～2)：1组成。

在一实施例中，所述壳聚糖微球的粒径为5～50nm。

在一实施例中，所述壳聚糖微球和所述季铵盐的质量比为(1～3)：1。

在一实施例中，所述无纺布基材为丙纶或者涤纶材质。

在一实施例中，所述浸渍为超声浸渍。

在一实施例中，所述浸渍的温度为25～60℃，所述浸渍的时间为1～5分钟。

在一实施例中，所述烘干温度为110～160℃。

本发明另一方面还提供了一种如上所述方法制备得到的抗菌无纺布。

本发明还提供了一种如上所述抗菌无纺布在抗菌防护产品方面的用途。

本发明再一方面提供了一种如上所述抗菌无纺布在个人防护以及空气净化材料领域中的用途。

如上所述，本发明提供一种抗菌无纺布及其制备方法和用途，具有以下有益效果：本发明提供的抗菌无纺布，采用的抗菌剂为季铵盐和壳聚糖微球，这两种抗菌材料是非金属物质，其作用于人体时，不会对人体造成伤害。此外，本申请提供的抗菌无纺布，抗菌剂可稳定均匀的包覆在无纺布基材上，不容易脱落，且成本较低，易大量生产，推广应用，在口罩、防护服等防护以及空气净化产品领域有着良好的应用前景。

附图说明

图1显示为本发明所述制备方法的流程示意图。

图2显示为本发明无纺布基材微观形貌图。

图3显示为本发明样品1单根纤维的微观形貌图。

图4显示为本发明样品1的微观形貌图。

图5显示为本发明样品3的微观形貌图。

图6显示为本发明对比样3的微观形貌图。

图7显示为本发明所述抗菌无纺布的制备装置结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

季铵盐类无纺布抗菌材料由于具有较好的抗菌性能在各个领域中有着广泛的应用，例如个人防护产品，如口罩，医用防护服、过滤器、空气净化滤芯等，但是产业化生产中通过浸渍无纺布纤维的方式使得季铵盐包覆到无纺布纤维表面往往存在分散性差的问题，严重影响了季铵盐在纤维表面的包覆效果，使得季铵盐容易团聚在纤维表面，在下游产品应用中会存在团聚的季铵盐整体脱落带来安全隐患以及增大了无纺布材料整体阻力导致的材料不可用的情形，另一方面，壳聚糖微球在溶液中具有良好的分散性能，并具有一定的抗菌性能，和季铵盐结合可以增强抗菌剂对纤维的包覆效果，避免固化后的抗菌剂团聚在纤维表面，以解决季铵盐包覆纤维均匀性差的问题。实验结果表明，当壳聚糖和季铵盐联合使用时，抗菌效果更佳，得到的抗菌纤维覆膜均匀性良好，无纺布材料整体阻力较小，同时壳聚糖微球具有良好的生物相容性以及分散性，提高了抗菌材料的安全。

请参阅图1至图7。本发明首先提供了一种抗菌无纺布的制备方法，所述方法至少包括S1～S3的步骤：

—S1：提供一抗菌剂的水溶液；

—S2：将无纺布基材浸渍在所述抗菌剂的水溶液中，得到浸渍后的基材；

—S3：烘干所述所述浸渍后的基材以得到烘干后的无纺布；

其中，所述抗菌剂包括以下重量百分比的各组分：所述抗菌剂包括以下重量百分比的各组分：3％～10％的季铵盐、1％～10％的壳聚糖微球，3％～4％的表面活性剂、80％～90％的无机溶剂，以所述抗菌剂的水溶液重量为100％计，所述抗菌剂在所述抗菌剂的水溶液中的重量占比为10％～60％。

在步骤S1中，所述抗菌剂可以包括以下重量百分比的各组分：3％～10％的季铵盐、1％～10％的壳聚糖微球，3％～4％的表面活性剂、80％～90％的无机溶剂。具体的，所述抗菌剂溶液中季铵盐和壳聚糖微球为抗菌有效成分，季铵盐主要用于吸附去除细菌或病毒，壳聚糖微球主要用于增强抗菌剂溶液中季铵盐的分散效果同时也兼具一部分杀菌效果，本发明所述季铵盐可以包括以下至少一种季铵盐：单链季铵盐、双链季铵盐、多链季铵盐和有机硅季铵盐。例如，其可以是二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、二甲基十四烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、二甲基十八烷基苄基氯化铵、三甲基十六烷基溴化铵、二甲基十四烷基苄基氯化铵和吡啶十六烷基氯化铵、二甲基双十烷基氯化铵、二甲基双八烷基氯化铵及其组合等。

进一步的，所述季铵盐包括含8～18个碳原子单链或者双链直长链烷基季铵盐中的任意一种或多种组合，例如所述碳原子个数可以是10、12、14。更进一步的，所述季铵盐可以是由碳原子个数为14～18的单长链季铵盐和碳原子个数为8～10的双长链季铵盐按照质量比(1～2)：1组成，在一实施例中，所述季铵盐可以是由二甲基十四烷基苄基氯化铵和二甲基双十烷基氯化铵按照重量比(1～2)：1组成，更近一步的可以是按照1:1组成。本发明采用不同碳原子个数的单/双长链季铵盐复配可以使得季铵盐更好的和壳聚糖微球搭架在一起，得到透气度和抗菌性能均为优异的无纺布抗菌材料。

本发明所述壳聚糖微球的粒径可以是5～100nm，更进一步的可以是5～50nm，例如20nm、30nm、40nm等，所述壳聚糖微球和所述季铵盐的重量比可以是(1～3)：1。，更进一步的可以是1:1、2:1，本发明所述季铵盐和壳聚糖的重量比例控制在一定范围内可以兼顾抗菌剂的分散性以及无纺布纤维材料的抗菌性能。在一些实施例中，所述壳聚糖微球可以是购自西安瑞禧生物科技有限公司。在一些实施例中，所述壳聚糖微球可以通过适量醋酸进行溶解后加入。

本发明采用壳聚糖微球和季铵盐同时作为抗菌剂的有效成分，不仅可以增强季铵盐的抗菌作用，也可以提高季铵盐在无纺布纤维表面的分散性能，提高抗菌剂有效成分对无纺布纤维的包覆效果，避免抗菌剂团聚的可能。

如图2至图4所示，所述抗菌剂的水溶液中有效成分的的浓度影响其在无纺布上的包覆效果，当抗菌剂的水溶液中的有效成分浓度浓度过大，一方面会存在有效成分团聚的现象，当用在口罩等防护用品上时，季铵盐容易脱落，呼入人体后存在安全风险，另一方面也会堵塞无纺布纤维之间的空隙，影响无纺布材料的过滤效率并增加阻力，有效成分的浓度过小，有效成分包覆无纺布纤维少，去除细菌或者病毒的效果差。在一实施例中，所述抗菌剂在所述抗菌剂的水溶液中的重量占比可以为10％～60％，进一步的可以是20％～40％，更进一步的可以是20％～30％，例如20％、25％、30％等。

本发明所述表面活性剂主要用于降低纤维表面的张力，使纤维基材充分接触抗菌剂溶液。例如，在一可能的实现方式中，表面活性剂所述表面活性剂可以是阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或者非离子表面活性剂，例如可以是脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦(司盘)，聚山梨酯、月桂酰胺丙基氧化胺、月桂基两性醋酸钠中的任意一种，进一步的可以是月桂酰胺丙基氧化胺，其在抗菌剂中的质量分数可以为3％～4％。例如，其在抗菌剂中表面活性剂的质量分数可以为3.2％、3.4％、3.6％等。此外，所述无机溶剂可以是水，所述水可以为纯水或去离子水。

在步骤S2中，所述无纺布可以是各种生产工艺制作的无纺布。例如，其可以是纺粘无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布、熔喷无纺布等，进一步的可以是熔喷无纺布、静电骨架、静电棉中的任意一种。此外，该无纺布可以是以丙纶(Polypropylene，简称PP)、涤纶(Polyester，简称PET)、腈纶、锦纶、氯纶(PVC)和聚对苯甲酸丁二乙醇酯(PolybutyleneTerephthalate，简称PBT)等为原料生产的无纺布，进一步的可以是丙纶或者涤纶中的任意一种。所述无纺布的克重可以是15～30gsm，更进一步的可以是20～30gsm，例如15gsm、20gsm、25gsm、30gsm等，所述涤纶无纺布纤维的细度可以是2～3D，所述丙纶无纺布纤维的细度可以是0.1um～5um之间。

如图5所示，在一实施例中，所述无纺布可以通过图5所示装置100进行浸渍，具体的，浸渍指的是浸在液体中泡透。在一实施例中，可将成卷的无纺布基材通过放卷装置101展开，进而使展开后的无纺布进入浸渍池102(该浸渍池102中放置有抗菌剂的水溶液)，浸泡在抗菌剂的水溶液中，使其在浸渍池102中与抗菌剂的水溶液充分接触、泡透，得到浸渍后的基材。

所述浸渍可以使得所述抗菌剂包覆在无纺布的纤维上，实现纤维级的覆膜，为了使得所述抗菌剂更好的浸渍在所述无纺布上，可以采用超声浸渍，在一实施例中，所述浸渍池中可以设置有超声波发生器112，所述超声波发生器112的超声频率可以是25KHz～130KHz，在一实施例中，所述浸渍的温度可以是25～60℃，所述浸渍的时间可以是1min～5min，使用超声浸渍后可以使得所述抗菌剂更好的泡透所述无纺布基材，提高浸渍效率，在一实施例中，可以通过牵引辊120以一定的速度牵引无纺布，使得所述无纺布保持浸渍时间达到1min～5min以充分浸透，在一些实施例中，为了便于连续生产，浸渍的时候可以不断的给浸渍池中补充抗菌剂，以保持抗菌剂水溶液中的抗菌剂在一定的浓度内。

在步骤S3中，所述烘干可以包括有预烘干，所述预烘干可以通过压力辊103进行，所述压力辊103不仅可以去除所述浸渍后无纺布上多余的抗菌剂溶液还可以对所述浸渍后的无纺布进行初步干燥以缓解后续烘干的压力，所述压力辊103的压力可以是0.4～0.8MPa，所述压力辊103预热的温度可以是60～80℃，例如65℃、70℃、75℃。

请继续参照图7，经过压力辊103处理后的无纺布基材可以进入烘箱104以对无纺布进行烘干处理，使季铵盐包覆在无纺布基材上，得到抗菌无纺布。烘干后的无纺布可以利用收卷装置105将制得的抗菌无纺布收成卷状。具体的，可根据无纺布基材以及抗菌剂对温度的耐受性确定烘干处理时的烘干温度，例如如果烘干温度过高，季铵盐容易分解掉，烘干温度过低，季铵盐不能在无纺布纤维上形成包覆的效果。所述烘干温度可以是110～160℃，进一步的可以是150℃，进一步地，烘箱可以具有一定的长度，此时，可使浸渍后的基材以一定速度通过烘箱，以保证浸渍后的基材在烘箱中停留指定时长，在一实施例中，所述烘箱104可以采用“之”字形路线烘干的烘箱104，所述无纺布基材在所述烘箱104中烘干的速度可以是30～50m/min。

研究表明，随着烘干温度的提高，季铵盐在无纺布基材的包覆效果逐渐提高。此外，烘干处理的时长可以为1min～10min。例如，烘干处理的时长可以为1min、3min、5min或10min等。具体的，例如，在一可能的实现方式中，可以将浸渍后的基材在70℃下烘干10min，得到抗菌无纺布。再例如，在另一可能的实现方式中，可以将浸渍后的基材在110℃下烘干5min，得到抗菌无纺布。再例如，在再一可能的实现方式中，可以将浸渍后的基材在160℃下烘干3min，得到抗菌无纺布。

请接着参阅图7，经过烘箱104烘干的抗菌无纺布可以通过收卷装置105进行收卷得到成品。需要说明的是，采用上述方法制备抗菌无纺布时，包覆在纤维基材上的抗菌剂包括季铵盐和壳聚糖微球，这两种抗菌有效成分为非金属材料，对人体无害。此外，本申请制备的抗菌无纺布，抗菌剂可稳定的包覆在无纺布基材上，不容易脱落，且成本较低，易大量生产，推广应用，应用领域包括但不限于例如口罩、防护服、空气滤芯等。

注意，如没有特别说明，本文中所示的“％”和“份”分别是指“质量％”和“质量份”。以下，通过引用实施例将更具体地解释本发明，这些实施例不应被理解为是限制性的。

将涤纶无纺布基材浸渍在如表1所示的抗菌剂水溶液中，利用超声浸渍充分泡透后并烘干得到样品1。

表1抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例1类似的制备方法得到样品2，具体抗菌剂水溶液配方如表2所示。

表2抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例1类似的制备方法得到样品3，具体抗菌剂水溶液配方如表3所示。

表3抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例1类似的制备方法得到样品4，具体抗菌剂水溶液配方如表4所示。

表4抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例2类似的制备方法得到对比样1，具体抗菌剂水溶液配方如表5所示。

表5抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例2类似的制备方法得到对比样2，具体抗菌剂水溶液配方如表6所示。

表6抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例2类似的制备方法得到对比样3，具体抗菌剂水溶液配方如表7所示。

表7抗菌剂的水溶液配方表

采用和实施例2类似的制备方法得到对比样4，具体抗菌剂水溶液配方如表8所示。

表8抗菌剂的水溶液配方表

对以上样品进行抗菌性能和透气度性能的测试，测试结果见表9所示。抗菌性试验中选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为实验菌种，按照国家标准GB/T20944.2-2007纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法，来测定产品抑制细菌繁殖的性能，透气度试验按照ISO9237Air permeability tester中的标准进行检测。

表9性能评价表

由表9可知，本发明采用不同的单链双链季铵盐和壳聚糖微球进行复配，可以得到透气度和抗菌性能适宜的抗菌无纺布材料，在口罩等个人防护产品领域有着良好的应用前景。

请参阅图2至图6，本发明采用显微镜对无纺布空白样、样品2，对比样3的微观形貌进行了观察，由图2至图6可知，本发明成功将抗菌剂有效均匀的包覆在了无纺布纤维上，当抗菌剂原液比例达到60％后，由图5可知，无纺布纤维表面已经开始出现包覆不均匀的现象，当不使用壳聚糖微球进行有效分散的时候，对比样3的微观形貌显示出了明显包覆纤维不均匀并堵塞了纤维之间孔道的问题，影响了抗菌无纺布进一步制备成口罩等防护产品的使用。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。