[發明專利]一種納米纖維素復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210915410.3
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115354491A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 劉興菲;楊惠玲;周潔瑩;張旭;居世杰;郭東東;唐潔;曾牡玲
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: D06M11/45
• 分類號: D06M11/45;C12P19/04;C12N1/20;A41D13/11;A41D31/30;A41D31/14;A41D31/04;C12R1/02;D06M101/06
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 費雯

本發明公開了一種納米纖維素復合材料及其制備方法與應用。本發明將水溶性鈰鹽、水溶性堿和細菌纖維素膜于水中進行微波反應，得到負載氧化鈰納米顆粒的細菌纖維素膜，即得納米纖維素復合材料。本發明制得的納米纖維素復合材料不僅保證了CeO₂NPs的分散性和穩定性，增強了其生物防護性能和機械強度，而且以纖維直徑只有4nm左右和富含親水基團的細菌纖維素作為載體，使其過濾性和透氣性更好，易于回收、處理和實現重復利用，另外，原料成本低廉，合成方法簡單，易于工業化生產，利用該納米纖維素復合材料生產的納米口罩具備表面過濾功能優異、阻隔效率高、抗菌效果好、使用材料薄、透氣性能好、成本低廉、環保等特點。

技術領域

本發明涉及一種納米纖維素復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

普通醫用口罩的結構一般分為三層：外層S(防水)、中間層M(過濾)和內層S(吸水)，中間層M是其起到防護作用的關鍵，該層為熔噴無紡布過濾層，一般是由許多叢橫交錯的聚丙烯纖維以隨機方向層疊而成的膜。纖維尺寸對防止細菌、血液滲透起至關重要的作用，因為纖維的直徑越小，比表面積就越大，孔隙結構越精細復雜，從而過濾性能就越好。目前熔噴層纖維直徑的范圍在0.5微米-10微米之間，極端條件下最好的也在0.2微米左右，這致使普通醫用口罩僅能阻擋直徑3微米的細菌氣溶膠顆粒。熔噴無紡布過濾層除通過纖維空隙起到“篩”的作用來實現對飛沫等的過濾外，還能利用靜電吸引來實現對顆粒產生靜電粘附。但是，靜電并不是始終處于飽和的狀態，口罩從生產再到消費者手中使用，每一個環節都會使熔噴無紡布過濾層中的靜電含量逐步減少，靜電的衰減導致了熔噴無紡布口罩防護效能的下降；而且隨著人體呼吸和佩戴時間的增長，口罩逐漸受潮，其靜電吸附能力減弱，隔離效果逐漸變差。目前絕大多數的口罩又不具有抗菌和抗病毒等特殊性能。這些導致口罩對小顆粒細菌、病毒等(如平均直徑約100nm的2019新型冠狀病毒)無法實現長久有效的隔離防護。

此外，口罩屬于一次性消耗品，對熔噴無紡布的需求量大，導致其原材料價格一漲再漲；另外，無紡布的生產需要一套設備來完成，流程復雜、擴產難度大且耗時長，外加價格昂貴，一臺進口的無紡布設備價格都是上億元。

因此，研究開發一種纖維直徑更小、抗菌效果好且成本低廉的纖維復合材料十分有意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足，提供一種納米纖維素復合材料及其制備方法與應用，旨在使納米纖維素復合材料的纖維直徑更小，抗菌效果好，成本低廉，應用于替代傳統的熔噴無紡布來制備口罩能獲得更好的隔離效果。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種納米纖維素復合材料的制備方法，包括以下步驟：將水溶性鈰鹽、水溶性堿和細菌纖維素膜于水中進行微波反應，得到負載氧化鈰納米顆粒(CeO₂ NPs)的細菌纖維素膜，即得所述納米纖維素復合材料(BC@CeO₂ NPs)。

與植物纖維素相比，BC(細菌纖維素)是不含任何雜質的天然纖維素，沒有半纖維素、木質素等雜質，以100％的纖維素形式存在。BC膜具有由直徑4nm左右的纖維相互交織形成網狀連通、孔鑲套、孔道彎曲的超精細三維結構，相比傳統的熔噴無紡布，孔隙率高、機械強度和過濾效果好。另外，BC分子內具有大量的親水基團，因此具有非常好的透氣和透水性能。