CN110055753A - 一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及麻类抗菌材料技术领域，公开了一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用。本发明所述纳米抗菌麻类纤维由麻类纤维经银离子溶液浸泡后，与工业大麻花叶植物提取液反应后获得。本发明以银离子溶液为银源先驱体，采用植物提取液为生物还原剂，在麻类纤维吸附银离子后，利用工业大麻花叶植物提取液原位还原银离子并在纤维表面或内部生长出纳米银颗粒，经过反应后的纳米抗菌麻类纤维实现了高效、快速、持久的抗菌性能及耐洗性。

Description

一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及麻类抗菌材料技术领域，具体涉及一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用。

背景技术

麻是从各种麻类植物取得的纤维，包括一年生或多年生草本双子叶植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维。韧皮纤维作物主要有苎麻、黄麻、红麻、大麻、亚麻、罗布麻等。麻纤维有其他纤维难以比拟的优势：具有良好的吸湿散湿与透气的功能，传热导热快、凉爽挺括、出汗不贴身、质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染、色调柔和大方、粗犷、适宜人体皮肤的排泄和分泌等特点。

我国是世界上最早种植工业大麻(Hemp，又称工业大麻)的国家，产量约占世界总产量的1/3，居世界第一。工业大麻纤维是人类最早用于纺织的纤维之一，具有优良吸湿、散湿、透气功能，具有传热导热速度快，面料质地轻、强力大，静电少，穿着凉爽挺括等优点。在众多麻纤维中，工业大麻纤维最细软且末端呈钝圆状态，使工业大麻纤维类纺织品没有尖锐刺痒感，已逐步受到人们的青睐。由于工业大麻纤维中本身含有一定的抗菌成分，其使工业大麻具有一定的抗菌防霉性能。然而，用于纺织的工业大麻纤维在脱胶过程中有大部分抗菌成分的流失，造成梳理后工业大麻纤维的抗菌性降低甚至丧失，难以满足人类的抗菌需求。

鉴于上述问题，人们开始研发抗菌麻类纤维。抗菌纤维的制备方法主要有共混纺丝、静电纺丝、后整理技术、化学改性等。后整理技术是传统的纺织品抗菌处理方法，该方法虽然简便易行，但整理后纺织品的抗菌耐久性不佳。市场上的抗菌纤维材料，通常是将抗菌剂以共混纺丝的方式加入到化学纤维中，制得持久性抗菌纤维。共混纺丝与后整理技术相比，制得的抗菌纤维抗菌效果好、耐久，但这种方法的纤维制造难度大，尤其对抗菌剂的要求高。溶液纺丝和熔融纺丝也可采用共混法生产抗菌纤维，但其关键技术有明显不同，如湿法必须解决抗菌剂与纺丝液的相容性问题，熔法除了考虑抗菌剂的相容性问题外，还要着重考虑抗菌剂的耐高温性问题，与湿法相比，其难度更大。

相比上述两种方案，化学改性法难度较小，其是利用基础纤维结构中反应性基团与改性剂间的化学反应，将抗菌功能基团引入基础纤维骨架材料上，使得纤维获得抗菌性能。在麻类领域中，现有专利CN108823963A公开了一种工业大麻抗菌纤维材料的制备方法，制备了带有季铵官能团的工业大麻纤维，虽然24h对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率达95％以上，但是其在短时间内(1h)的抗菌效果并不明显，并且抗菌效果随洗涤次数会出现下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用，使得所述纳米抗菌麻类纤维能够在短时间内具备较高的抗菌效果；

本发明的另外一个目的在于提供一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用，使得所述纳米抗菌麻类纤维的耐洗性较强；

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米抗菌麻类纤维，由麻类纤维经银离子溶液浸泡后，与工业大麻花叶植物提取液反应后获得。

针对麻类抗菌纤维短时抗菌效果较差以及抗菌效果耐洗性较差的缺陷，本发明在麻类原纤基础上，引入具有抗菌效果的银离子，并通过工业大麻花叶植物提取液原位进行纳米银粒子的生成，制备出具有高效快速持久的抗菌性能及耐洗性的新型麻类抗菌纤维。

所述工业大麻花叶植物提取液用醇类溶剂(如甲醇或乙醇)或水或正己烷和乙酸乙酯的混合溶剂提取获得。在本发明具体实施方式中，本发明以大麻花叶为原料，以甲醇(或乙醇或水或正己烷：乙酸乙酯体积比＝9:1)为提取溶剂，辅助超声波(或微波)提取，获取含工业大麻花叶植物提取液，以甲醇为例，具体步骤如下，其他提取溶剂参照该方法：

将粉碎后的大麻花叶采用甲醇进行常温超声提取，然后室温静置、离心，取上清液即为所述植物提取液；

更为具体地提取方法为，将粉碎后的大麻花叶采用料液比1g:(15～25)mL的甲醇进行常温(15-30℃)超声提取，超声提取功率为90～110W，超声时间8～12min，然后室温静置50～100min，3000～5000rpm离心4～6min、取上清液即为所述植物提取液；

在和工业大麻花叶植物提取液反应中，只要保证足够量或过量的还原剂就可以实现预期的制备目的，为了避免不必要的损失，作为优选，所述麻类纤维和所述植物提取液的质量体积比为1g：(1-25)mL。

在本发明具体实施方式中，所述银离子溶液使用硝酸银溶液，在保证银离子足够量或过量的情形下就可以实现预期的制备目的，为了避免不必要的损失，所述银离子溶液中银离子浓度为0.01-0.1mol/L，浸泡为淹没麻类纤维即可。

在短时抗菌性能和耐洗试验中，本发明以麻类纤维中常见的工业大麻为例进行测试，结果显示，本发明所制备的纳米抗菌麻类纤维相比仅通过银离子溶液处理的麻类原纤以及采用硼氢化钠还原剂制备的纳米抗菌麻类纤维，能够在1h后就获得高于98％的抗菌率，同时在洗涤100次后仍然保持98％以上的抗菌率，而其他两组的效果均相对较差。洗涤次数实验多次重复，100次的杀菌效果不变。

此外，与采用硼氢化钠还原剂制备的纳米抗菌麻类纤维相比，本发明所述纳米抗菌麻类纤维表面更加光滑，纳米银颗粒的分散性和均一性较好。

基于上述的技术效果，本发明提出了所述纳米抗菌麻类纤维在制备抗菌产品中的应用，以及所述工业大麻花叶植物提取液在制备抗菌麻类纤维中的应用。

本发明还提供了所述纳米抗菌麻类纤维的制备方法，包括：

步骤1、将麻类纤维用银离子溶液浸泡；

步骤2、浸泡后挤干麻类纤维，在水中与所述工业大麻花叶植物提取液反应，获得所述纳米抗菌麻类纤维。

其中，所述浸泡的时间为1-24h；反应中的温度起加速还原的作用，如果温度高，还原成纳米银颗粒所需的时间就短些。在本发明具体实施方式中，所述反应的温度为30-70℃。

由以上技术方案可知，本发明以银离子溶液为银源先驱体，采用工业大麻花叶植物提取液为生物还原剂，在麻类纤维吸附银离子后，利用工业大麻花叶植物提取液原位还原银离子并在纤维表面或内部生长出纳米银颗粒，经过反应后的纳米抗菌麻类纤维实现了短时间内的抗菌性能及耐水洗性。

附图说明

图1所示为工业大麻原纤的扫描电镜图；放大倍数为20000×；

图2所示为银离子吸附型对照抗菌工业大麻纤维的扫描电镜图；放大倍数为20000×；

图3所示为采用工业大麻花叶提取液制备的纳米抗菌工业大麻纤维的扫描电镜图；放大倍数为20000×；

图4所示为采用硼氢化钠还原剂制备的纳米抗菌工业大麻纤维的扫描电镜图；放大倍数为20000×。

具体实施方式

本发明公开了一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

在具体实施例中，对比试验中除应有的技术区别外，其余所用原料、试剂等试验环境保持一致；

以下就本发明所提供的一种纳米抗菌麻类纤维及其制备方法和应用做进一步说明。

实施例1：大麻花叶植物提取液的提取

(1)将粉碎后的大麻花叶采用料液比1g:15mL(或1:20或1:25)的甲醇进行常温(15-30℃)超声提取，超声提取功率为90-110W，超声时间8-12min，然后室温静置50-100min，3000-5000rpm离心4-6min、取上清液，获得所述植物提取液。

(2)将粉碎后的大麻花叶采用料液比1g:15mL(或1:20或1:25)的乙醇进行常温(15-30℃)超声提取，超声提取功率为90-110W，超声时间8-12min，然后室温静置50-100min，3000-5000rpm离心4-6min、取上清液，获得所述植物提取液。

(3)将粉碎后的大麻花叶采用料液比1g:15mL(或1:20或1:25)的正己烷：乙酸乙酯体积比＝9:1的混合溶剂进行常温(15-30℃)超声提取，超声提取功率为90-110W，超声时间8-12min，然后室温静置50-100min，3000-5000rpm离心4-6min、取上清液，获得所述植物提取液。

实施例2：制备纳米抗菌麻类纤维

取0.2g工业大麻纤维，浸泡在0.01-0.1mol/L的20mL硝酸银溶液中，室温放置1-24h，使纤维吸附银离子；

将纤维捞出挤干，放入20mL的蒸馏水中，并放置在30-70℃的水浴振荡箱内，当反应体系上升至30-70℃后，加入1-5mL的实施例1中植物提取液，继续反应0.5-24h。

取出纤维，蒸馏水洗净，40℃放置烘箱至恒重。

实施例3：所述纳米抗菌麻类纤维短时抗菌性能和耐洗脱性能的检测

按照实施例2的方法制备对照抗菌工业大麻纤维，只是选用常规的硼氢化钠还原剂，编组为工业大麻原纤+AgNO₃+NaBH₄；仅将工业大麻原纤用硝酸银溶液浸泡，制备银离子吸附型对照抗菌工业大麻纤维，编组为工业大麻原纤+AgNO₃；

本发明纳米麻类抗菌纤维用实施例2制备的抗菌工业大麻纤维，区别在于一个采用甲醇提取工业大麻花叶，一个采用乙醇提取工业大麻花叶，编组为工业大麻原纤+AgNO₃+植物提取液(甲醇)和工业大麻原纤+AgNO₃+植物提取液(乙醇)；

纤维抗菌性能的评定：

采用改良的振荡烧瓶法定量的测定纤维的抗菌率，选用大肠杆菌(Escherichiacoli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和白色念珠菌(Candida albicans)为代表性致病菌种。具体操作如下：取1mL活化后的细菌菌液，12000rpm离心2min，并用无菌生理盐水清洗菌体2-3次，然后重悬于20mL的无菌生理盐水中。称取一定质量各组抗菌工业大麻纤维放入上述菌悬液中，37℃，180rpm振荡培养1h和24h，取1mL菌悬液，用无菌生理盐水将其稀释成10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6，分别取后三个梯度的菌悬液100μL，加入适合菌种生长的琼脂培养基上，并用无菌的涂布棒将其涂匀，37℃倒平板培养24h。将初始菌悬液(不含纤维)作为空白对照；采用平皿计数法计算存活菌落数和抗菌率，根据国家标准GB/T20944.3-2008，认为当纤维对革兰氏菌的抗菌率高于70％，对白色念珠菌的抗菌率高于60％时，纤维具有抗菌性。

表1

表2

表3

由表1-3可以明显看出，工业大麻原纤+AgNO₃组无论在短时抗菌性能还是耐洗脱性能上都远不如本发明抗菌纤维；工业大麻原纤+AgNO₃+NaBH₄组虽然在短时抗菌性能上也具备较佳效果，但是其耐洗脱性能仍然不如本发明抗菌纤维，经过多次洗涤后，1h抗菌性能明显下降。

此外，本实施例还选择4株不同CBD含量的工业大麻花叶进行对比，结果显示，无论所选4株工业大麻CBD含量多少，按照本发明方法获得的抗菌纤维，在洗涤100次后，1h抗菌能力均在90％以上，24h抗菌能力均在99.999％以上，与表1-3的结果保持一致。

实施例4：所述纳米抗菌麻类纤维的扫描电镜检测

将工业大麻原纤+AgNO₃、工业大麻原纤+AgNO₃+植物提取液(甲醇)组和工业大麻原纤+AgNO₃+NaBH₄组通过扫描电镜进行纤维结构观察，以工业大麻原纤作为空白对照组，结果见图1-4。

根据图1-4可以看出，纤维表面光滑度：原纤维≥工业大麻原纤+AgNO₃＞原纤+AgNO₃+植物提取液＞原纤+AgNO₃+NaBH₄；

用植物提取液做还原剂比用NaBH₄做还原剂生成的纳米银颗粒形状和大小更均一，且在纤维表面分散性更好，植物提取液做还原剂生成的纳米银颗粒的平均粒径为100nm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，由麻类纤维经银离子溶液浸泡后，与工业大麻花叶植物提取液反应后获得。

2.根据权利要求1所述纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，所述麻类纤维和植物提取液的质量体积比为1g：(1-25)mL。

3.根据权利要求1或2所述纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，所述麻类纤维为工业大麻纤维。

4.根据权利要求1所述纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，所述银离子溶液为硝酸银溶液。

5.根据权利要求1或4所述纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，所述银离子溶液中银离子浓度为0.01-0.1mol/L。

6.根据权利要求1所述纳米抗菌麻类纤维，其特征在于，所述工业大麻花叶植物提取液用醇类溶剂或水或正己烷和乙酸乙酯的混合溶剂提取获得。

7.权利要求1-6任意一项所述纳米抗菌麻类纤维在制备抗菌产品中的应用。

8.权利要求1所述纳米抗菌麻类纤维的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1、将麻类纤维用银离子溶液浸泡；

步骤2、浸泡后挤干麻类纤维，与工业大麻花叶植物提取液反应，获得所述纳米抗菌麻类纤维。

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为1-24h。

10.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述反应的温度为30-70℃。

11.工业大麻花叶植物提取液在制备抗菌麻类纤维中的应用。