一种抗菌纤维、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种抗菌纤维，包括织物纤维及包覆在所述织物纤维外表面的抗菌涂层，所述抗菌涂层包括过渡金属碳化物及卤化氧铋；所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述卤化氧铋为纳米片阵列分布在过渡金属碳化物表面；所述卤化氧铋中的铋离子与所述过渡金属碳化物之间通过静电力吸附结合，所述卤化氧铋与过渡金属碳化物之间形成异质界面。还公开了一种抗菌纤维的制备方法，包括：织物纤维预处理；过渡金属碳化物制备；制备过渡金属碳化物涂层；制备卤化氧铋

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌纤维、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于材料工程
，具体涉及一种抗菌纤维、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着生活质量的改善，人们更加注重自我健康的管理，织物的性能成为了关注的焦点。尤其是医护人员的织物，在数小时之内就会发生细菌污染，使得细菌快速的在病人之间传播，造成病人之间的交叉感染。目前，抗菌织物主要是采用传统的银或银离子、季铵类等有机抗菌剂及天然的抗菌剂。银及银离子抗菌会对环境及人体造成毒性，有机抗菌剂的稳定性较差，可能会对人体造成潜在的生理影响，天然抗菌剂的抗菌效果差。另外，这些抗菌剂起到杀菌效果耗时长、效果差，因此，开发具有快速杀菌且疏水的安全杀菌剂具有潜在的研究价值。
[0003]最近，利用外源性激发，可以使得材料产生光热及光动，其中，光热可以有效地破坏细菌膜，加速细菌的死亡。光动产生的自由基会造成细菌的氧化损伤，影响细菌的代谢，使得细菌的活性降低。光热及光动的协同作用能够在短时间内高效快速的杀死及细菌，同时，这种杀菌方式具有光谱抗菌性。织物不可避免会接触到太阳光，因此，利用太阳光杀菌必然成为抗菌织物的最优选择。
[0004]溴化氧铋(BiOBr)是一种间接带隙半导体，具有合适的可见光响应带隙，表现出良好的光催化性能。然而，单一的BiOBr的光生载流子的转移速度低，复合率高。另外，其导带电势低，不利于光生电子还原生成超氧自由基，因而也限制了其光催化活性的提高。溴化氧铋在光吸收差，在可见光下不具备光热效应，这些局限性限制了其进一步的应用。碳化钛作为一种新型的二维层状材料，具有优异的导电性及光吸收能力，其优异的光热转换效率扩大了材料的进一步应用，但仅靠单独的碳化钛利用光热杀菌需要在很高的温度维持较长时间，这可能会影响织物的耐用性。并且，碳化钛在空气中极不稳定，很容易被空气中的水氧化成二氧化钛，降低材料的光热性能。
[0005]上述现有技术存在以下缺点；
[0006]1、抗菌织物多以传统的离子释放杀菌，生物安全性差，会对人体造成潜在的毒性；
[0007]2、抗菌织物成本高，抗菌效果差，耗时长；
[0008]3、抗菌涂层多采用高温等条件，影响织物原有的性能；
[0009]4、单一采用溴化氧铋或碳化钛作为抗菌剂效果差，不稳定。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗菌纤维，该抗菌纤维为常温条件下在纤维表面形成卤化氧铋-过渡金属碳化物-疏水的抗菌涂层，不破坏织物舒适性、安全性的基础上赋予织物快速抗菌能力，抗菌包括杀菌及抑菌性能。
[0011]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0012]一种抗菌纤维，包括织物纤维及包覆在所述织物纤维外表面的抗菌涂层，所述抗
菌涂层包括过渡金属碳化物及卤化氧铋；所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述卤化氧铋为纳米片阵列形式分布在过渡金属碳化物表面；所述卤化氧铋中的铋离子与所述过渡金属碳化物之间通过静电力吸附结合，所述卤化氧铋与过渡金属碳化物之间形成异质界面；所述过渡金属碳化物纳米片在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2，所述卤化氧铋在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2。
[0013]所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；
[0014]所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化铌、碳化钒、碳化钽或碳化钼中的一种或多种；
[0015]所述卤化氧铋为氯化氧铋、溴化氧铋或碘化氧铋中的一种或多种。
[0016]上述技术方案中，所述过渡金属碳化物为层状纳米结构时，层数为1～5层。
[0017]上述技术方案中，所述过渡金属碳化物的尺寸为1～5μm。
[0018]上述技术方案中，所述卤化氧铋的尺寸为300～800nm。
[0019]一种抗菌纤维，包括织物纤维、包覆在所述织物纤维外表面的抗菌涂层以及包覆在抗菌涂层外部的疏水层，所述抗菌涂层包括过渡金属碳化物及卤化氧铋；所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述卤化氧铋为纳米片阵列形式分布在过渡金属碳化物表面；所述卤化氧铋中的铋离子与所述过渡金属碳化物之间通过静电力吸附结合，所述卤化氧铋与过渡金属碳化物之间形成异质界面；所述过渡金属碳化物纳米片在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2，所述卤化氧铋在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2；
[0020]所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；
[0021]所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化铌、碳化钒、碳化钽或碳化钼中的一种或多种；
[0022]所述卤化氧铋为氟化氧铋、氯化氧铋、溴化氧铋或碘化氧铋中的一种或多种；
[0023]所述疏水层为聚二甲基硅氧烷、十六烷基三甲氧基硅烷或正硅酸乙酯中的一种或多种组成，厚度为10～80nm。
[0024]本专利技术的另一个目的是，提供一种抗菌纤维的制备方法。
[0025]一种抗菌纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0026]步骤一，织物纤维预处理：
[0027]将织物纤维置于pH为11～13的碱性溶液中，浸泡2小时以上，将浸泡后的织物纤维洗涤去除残留的碱，干燥后得到预处理后的织物纤维；
[0028]所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；
[0029]步骤二，过渡金属碳化物制备：
[0030]将过渡金属碳化铝置于氢氟酸溶液中，在30～40℃下搅拌，将浸泡后的过渡金属碳化铝洗涤干燥，制得过渡金属碳化物；
[0031]所述氢氟酸溶液的浓度为20～40wt％，并且含有锂离子为30～50mg/mL；
[0032]所述过渡金属为钛、铌、钒、钽或钼中的一种或多种；
[0033]所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述过渡金属碳化物为层状纳米结构时，层数为1～5层；
[0034]步骤三，制备过渡金属碳化物涂层：
[0035]将所述步骤二制备得到的过渡金属碳化物和步骤一得到的所述预处理后的织物
纤维置于水中，搅拌得到第一浆体；将织物纤维从第一浆体中取出，洗涤干燥后得到具有过渡金属碳化物涂层的织物纤维；
[0036]所述过渡金属碳化物与所述预处理后的织物纤维的质量比为1:20～50；所述第一浆体中过渡金属碳化物含量为1～3mg/L；
[0037]步骤四，制备卤化氧铋-过渡金属碳化物涂层：
[0038]将步骤三制备得到的所述具有过渡金属碳化物涂层的织物纤维及Bi前驱体加入至乙二醇中，搅拌得到第二浆体；所述Bi前驱体为可溶于乙二醇的含有Bi
3+
的盐；所述具有过渡金属碳化物涂层的织物纤维及Bi前驱体的质量比为1:4～8；所述第二浆体中Bi前驱体的含量为20～50mg/L；
[0039]向所述第二浆体中加入卤化物，并继续搅拌0.5～1.5h，加入所述卤化物与Bi前驱体的质量比为1:4～6；将织物纤维从第二浆体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌纤维，其特征在于，包括织物纤维及包覆在所述织物纤维外表面的抗菌涂层，所述抗菌涂层包括过渡金属碳化物及卤化氧铋；所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述卤化氧铋为纳米片阵列形式分布在过渡金属碳化物表面；所述卤化氧铋中的铋离子与所述过渡金属碳化物之间通过静电力吸附结合，所述卤化氧铋与过渡金属碳化物之间形成异质界面；所述过渡金属碳化物纳米片在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2，所述卤化氧铋在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2。所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化铌、碳化钒、碳化钽或碳化钼中的一种或多种；所述卤化氧铋为氯化氧铋、溴化氧铋或碘化氧铋中的一种或多种。2.一种抗菌纤维，其特征在于，包括织物纤维、包覆在所述织物纤维外表面的抗菌涂层以及包覆在抗菌涂层外部的疏水层，所述抗菌涂层包括过渡金属碳化物及卤化氧铋；所述过渡金属碳化物为层状纳米结构或片状纳米结构，所述卤化氧铋为纳米片阵列形式分布在过渡金属碳化物表面；所述卤化氧铋中的铋离子与所述过渡金属碳化物之间通过静电力吸附结合，所述卤化氧铋与过渡金属碳化物之间形成异质界面；所述过渡金属碳化物纳米片在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2，所述卤化氧铋在纤维上的负载量为0.5～1.5mg/cm2；所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化铌、碳化钒、碳化钽或碳化钼中的一种或多种；所述卤化氧铋为氟化氧铋、氯化氧铋、溴化氧铋或碘化氧铋中的一种或多种；所述疏水层为聚二甲基硅氧烷、十六烷基三甲氧基硅烷或正硅酸乙酯中的一种或多种组成，厚度为10～80nm。3.根据权利要求1或2所述的抗菌纤维，其特征在于，所述过渡金属碳化物为层状纳米结构时，层数为1～5层。4.根据权利要求1或2所述的抗菌纤维，其特征在于，所述过渡金属碳化物的尺寸为1～5μm；所述卤化氧铋的尺寸为300～800nm。5.一种抗菌纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，织物纤维预处理：将织物纤维置于pH为11～13的碱性溶液中，浸泡2小时以上，将浸泡后的织物纤维洗涤去除残留的碱，干燥后得到预处理后的织物纤维；所述织物纤维的材质为棉质、涤纶、锦纶、氨纶、腈纶或蚕丝中的一种或多种；步骤二，过渡金属碳化物制备：将过渡金属碳化铝置于氢氟酸溶液中，在30～40℃下搅拌，将浸泡后的过渡金属碳化铝洗涤干燥，制得过渡金属碳化物；所述氢氟酸溶液的浓度为20～40wt％，并且含有锂离子为30～50mg/mL；所述过渡金属为钛、铌、钒、钽或钼中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴水林，李建房，刘想梅，崔振铎，杨贤金，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：