本發(fā)明涉及全降解個(gè)體防護(hù)材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、保持良好的熱生理舒適度有利于人類的身心健康。然而，某些特定職業(yè)人群，如醫(yī)務(wù)人員和戶外作業(yè)人員，需要承受過度的熱應(yīng)激暴露，患熱相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)較高，迫切需要進(jìn)行個(gè)人熱管理。盡管通過通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)空間的溫度能有效保持人體的熱舒適度，但這一冷卻方式需要消耗大量功率且設(shè)備復(fù)雜，不適合戶外作業(yè)人員和個(gè)人應(yīng)用?；诒粍虞椛淅鋮s的紡織品能夠反射陽光并將熱量輻射到寒冷的外太空，為人體局部降溫提供了一種有前途的方法。

2、冠狀病毒病(covid-19)的全球大流行放大了對抗菌防護(hù)紡織品的需求，尤其對于從事疾病監(jiān)測和檢疫活動的醫(yī)務(wù)人員。此外，過度出汗造成的潮濕環(huán)境會加速細(xì)菌和病毒的繁殖，對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)具有殺菌和輻射冷卻功能的纖維紡織品至關(guān)重要。

3、盡管輻射冷卻纖維織物已被廣泛研究，但很少有研究將抗菌功能集成到輻射纖維中。使用納米顆粒對纖維改性是一種高效、簡單且廉價(jià)的日間輻射冷卻解決方案。作為一種代表性納米顆粒，氧化鋅(zno)對太陽光有高反射率，此外，zno在陽光的照射下可以產(chǎn)生破壞有害微生物的活性氧，與纖維織物復(fù)合后有望賦予織物抗菌性能。然而，zno的固有紅外發(fā)射率較低，且zno的寬帶隙限制了對紫外線輻射的吸收，從而導(dǎo)致光催化活性降低，設(shè)計(jì)基于zno的先進(jìn)輻射冷卻纖維織物仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為滿足戶外作業(yè)人群和醫(yī)護(hù)人員對具有抗菌功效的高性能個(gè)人冷卻織物的需求，本發(fā)明以微波輔助制備的zno@zif-8納米顆粒和聚乳酸(pla)為原料，通過靜電紡絲聯(lián)合靜電噴霧技術(shù)制備pla/zno@zif-8纖維膜，該纖維膜不僅具有高紅外發(fā)射率、高太陽光反射率、室外制冷效果好、抗菌性能優(yōu)異等系列優(yōu)勢，而且還具備良好的生物相容性和可降解性，制備工藝簡單，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的個(gè)體降溫材料。

2、本發(fā)明提供了一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜的制備方法，包括如下步驟：

3、步驟s1，制備zno納米顆粒：將鋅鹽、堿性調(diào)節(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌均勻后將得到的混合溶液置入微波反應(yīng)釜中，反應(yīng)結(jié)束后離心、洗滌、干燥，得到zno納米顆粒；

4、步驟s2，制備zno@zif-8納米顆粒：將zno納米顆粒、2-甲基咪唑溶于溶劑，攪拌均勻后將混合溶液置入微波反應(yīng)釜中，反應(yīng)結(jié)束后離心、洗滌、干燥，得到zno@zif-8納米顆粒；

5、步驟s3，制備靜電紡絲溶液：將聚乳酸溶于有機(jī)溶劑，攪拌均勻得到聚乳酸靜電紡絲溶液；

6、步驟s4，制備靜電噴霧溶液：將zno@zif-8納米顆粒和分散劑溶解于去離子水中，攪拌均勻得到zno@zif-8靜電噴霧溶液；

7、步驟s5，制備pla/zno@zif-8纖維膜：以聚乳酸靜電紡絲溶液和zno@zif-8靜電噴霧溶液為原料，通過靜電紡絲聯(lián)合靜電噴霧技術(shù)制備zno@zif-8修飾的聚乳酸纖維膜，最后將纖維膜置于烘箱中干燥24h，以去除殘余有機(jī)溶劑。

8、步驟s1中，所述鋅鹽為乙酸鋅、硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅的至少一種，鋅鹽的濃度為0.005～1摩爾/升。

9、步驟s1中，所述堿性調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙醇胺、氨基甲酸鈉中的至少一種，所述混合溶液的ph值為8～13。

10、步驟s1中，所述溶劑為水、甲醇、乙醇、異丁醇、正丁醇、異丙醇、二甲基甲酰胺中的至少一種。

11、步驟s1中，所述微波反應(yīng)釜輸出功率為500～6000w，反應(yīng)溫度為90～500℃，反應(yīng)時(shí)間為1～60分鐘，所得zno納米顆粒的直徑為10nm～400nm，長徑比為1～3。

12、步驟s2中，所述zno納米顆粒的濃度為0.001～0.5摩爾/升，zno納米顆粒和2-甲基咪唑的摩爾比為1:25～1:5；

13、所述溶劑為水、甲醇、乙醇、異丁醇、正丁醇、異丙醇、二甲基甲酰胺中的至少一種；

14、所述微波反應(yīng)釜輸出功率為300～2000w，反應(yīng)溫度為30～200℃，反應(yīng)時(shí)間為5～90分鐘，所得zno@zif-8納米顆粒的直徑為15nm～500nm，長徑比為1～3。

15、步驟s3中，所述有機(jī)溶劑為氯仿、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的至少一種，所述聚乳酸在溶液中濃度為1～40wt％。

16、步驟s4中，所述zno@zif-8納米顆粒在去離子水中濃度為0.01～20wt％；

17、所述分散劑為十六烷基三甲基溴化銨、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的至少一種，分散劑和zno@zif-8的質(zhì)量比為1：1000～1：10。

18、步驟s5中，靜電紡絲聯(lián)合靜電噴霧過程中的電壓為10～30kv，靜電紡絲溶液消耗速率為0.5～10ml/h，靜電噴霧溶液消耗速率為0.5～10ml/h，滾筒轉(zhuǎn)速為100rpm～5000rpm，接收距離為10～25cm，溫度0～40℃，相對濕度20～90％，所得聚乳酸纖維平均直徑為200～3000nm，纖維膜厚度為200～500μm。

19、本發(fā)明還提供了一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜，采用所述的方法制備，可以用于醫(yī)療防護(hù)用品，如抗菌口罩和防護(hù)服。膜的高紅外發(fā)射率和太陽光反射能力使其在炎熱環(huán)境下具有良好的降溫效果，提高佩戴者的熱舒適度。抗菌特性有助于抑制細(xì)菌的生長，降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。其良好的生物相容性和可降解性，為醫(yī)療防護(hù)提供了一種環(huán)保和高效的解決方案。

20、有益效果：本發(fā)明提供了一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜及其制備方法，采用微波輔助制備zno@zif-8納米顆粒，以zno@zif-8納米顆粒和pla為原料，通過靜電紡絲聯(lián)合靜電噴霧技術(shù)得到具有出色的輻射制冷效果和高效光催化抗菌性能的pla/zno@zif-8纖維膜，該纖維膜的平均紅外發(fā)射率為93.1％～97.5％，平均太陽光反射率為93.4％～98.1％，室外平均制冷溫度為9.5～13.6℃，對大腸桿菌的抑菌率為95.6％～99.9％，對金黃色葡萄球菌的抑菌率為95.6％～99.9％，不僅具有高紅外發(fā)射率、高太陽光反射率、室外制冷效果好、抗菌性能優(yōu)異等系列優(yōu)勢，而且還具備良好的生物相容性和可降解性，制備工藝簡單，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的個(gè)體降溫材料。

技術(shù)特征：

1.一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中，所述鋅鹽為乙酸鋅、硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅的至少一種，鋅鹽的濃度為0.005～1摩爾/升。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟s1中，所述堿性調(diào)節(jié)劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙醇胺、氨基甲酸鈉中的至少一種，所述混合溶液的ph值為8～13。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟s1中，所述溶劑為水、甲醇、乙醇、異丁醇、正丁醇、異丙醇、二甲基甲酰胺中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟s1中，所述微波反應(yīng)釜輸出功率為500～6000w，反應(yīng)溫度為90～500℃，反應(yīng)時(shí)間為1～60分鐘，所得zno納米顆粒的直徑為10nm～400nm，長徑比為1～3。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟s2中，所述zno納米顆粒的濃度為0.001～0.5摩爾/升，zno納米顆粒和2-甲基咪唑的摩爾比為1:25～1:5；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟s3中，所述有機(jī)溶劑為氯仿、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的至少一種，所述聚乳酸在溶液中濃度為1～40wt％。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟s4中，所述zno@zif-8納米顆粒在去離子水中濃度為0.01～20wt％；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟s5中，靜電紡絲聯(lián)合靜電噴霧過程中的電壓為10～30kv，靜電紡絲溶液消耗速率為0.5～10ml/h，靜電噴霧溶液消耗速率為0.5～10ml/h，滾筒轉(zhuǎn)速為100rpm～5000rpm，接收距離為10～25cm，溫度0～40℃，相對濕度20～90％，所得聚乳酸纖維平均直徑為200～3000nm，纖維膜厚度為200～500μm。

10.一種具有抗菌性能的pla輻射冷卻纖維膜，其特征在于，采用如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的方法制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種具有抗菌性能的PLA輻射冷卻纖維膜及其制備方法，所述方法包括：S1、將鋅鹽、堿性調(diào)節(jié)劑溶解于溶劑中，攪拌均勻后將混合溶液置入微波反應(yīng)釜中，得到ZnO納米顆粒；S2、將ZnO納米顆粒、2?甲基咪唑溶于溶劑，攪拌均勻后將混合溶液置入微波反應(yīng)釜中，得到ZnO@ZIF?8納米顆粒；S3、得到聚乳酸靜電紡絲溶液；S4、得到ZnO@ZIF?8靜電噴霧溶液；S5、制備ZnO@ZIF?8修飾的聚乳酸纖維膜。本發(fā)明制備的纖維膜不僅具有高紅外發(fā)射率、高太陽光反射率、室外制冷效果好、抗菌性能優(yōu)異等系列優(yōu)勢，而且還具備良好的生物相容性和可降解性，制備工藝簡單，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的個(gè)體降溫材料。

技術(shù)研發(fā)人員：王存飛,齊金龍,王志榮,張虎,關(guān)萬里,尹媛,馮巖,吳洋,李佳琪,張明明,徐歡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30