靜電紡納米氧化銅抗菌復合非織造布的制備及其性能

李永貴 方麗莉 鐘晨雅 麻文效 陳明情

摘要： 針對聚丙烯（PP）熔噴非織造布抗菌性能不足的問題，本文以PP熔噴非織造布為靜電紡絲裝置的接受基布、CuO-NPs為抗菌材料，制備具有高效抗菌性能的聚丙烯/聚丙烯腈/納米氧化銅（PP/PAN/CuO-NPs）復合非織造布。研究了CuO-NPs質量分數與靜電紡絲時間對復合非織造布抗菌等性能的影響。結果表明：當紡絲時間為1 h、CuO-NPs質量分數在0.3%～0.9%時，復合非織造布對E.coli和S.aureus的抑菌率均＞99.99%。紡絲時間為1 h，隨著CuO-NPs質量分數增大，復合非織造布纖維直徑增大、直徑分布均勻性降低、疏水性能下降。CuO-NPs質量分數不變，隨著紡絲時間增加，復合非織造布的過濾效率提升，透氣性卻下降。紡絲時間相同，復合非織造布的過濾效率隨著CuO-NPs質量分數增大而增大;CuO-NPs質量分數增大時，復合非織造布的透氣性在較短紡絲時間（0.5～1 h）內先下降后提升，在較長紡絲時間（1.5～2.5 h）內顯著下降。此外，CuO-NPs的加入不會改變PAN納米纖維膜的化學結構。靜電紡納米纖維膜與PP基布的復合可以制備高效過濾和抑菌的醫用防疫紡織品。

關鍵詞： 納米氧化銅;靜電紡絲;聚丙烯熔噴非織造布;過濾性能;抗菌性能;疏水性能

中圖分類號： TS174.8

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2023）03-0031-08

引用頁碼：

031105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2023.03.005（篇序）

2019年年末以來，COVID-19在全球范圍內大肆傳播與變異，人類的健康受到嚴重威脅［1–2］。因此，具有高效低阻、抑菌的防疫防護紡織品的開發成為當前研究重點［3］。聚丙烯（PP）熔噴非織造布是醫用防疫紡織品的常用原料，具有纖維直徑小、比表面積大、孔隙率高的特點，主要依靠機械攔截作用阻隔細菌、粉塵等微細顆粒［4–6］。然而，傳統的PP熔噴非織造布抗菌性能較低，醫護人員在使用過程中容易受到病毒感染和微生物侵害，不僅功能單一，防護能力也有一定的局限性。因此，賦予PP熔噴非織造布高效的抗菌活性具有重要意義。

納米氧化銅（CuO-NPs）是一種廣譜殺生物劑，價格較低，具有很高的反應活性，能夠有效抑制病毒、細菌、藻類物質的生長［7–9］。與納米銀顆粒［10–11］（Ag-NPs）不同，Cu是生物體的必需元素之一，可被人體吸收，且吸收量在一定范圍內是安全的［12–14］。相關研究指出，CuO-NPs的抗菌活性［15–16］是通過產生活性氧（ROS）來發揮的，這些ROS具有很強的氧化還原性，能夠穿透細胞外膜進入細胞內部，隨后對細胞結構產生氧化性破壞，如破壞微生物蛋白質、脂質和核酸等，使微生物無法繼續進行正常的生命活動而死亡，達到抑菌效果［17–18］。銅系抗菌材料良好的生物相容性、耐熱性、抗菌性、安全性及低耐藥性，使它逐步取代銀系抗菌材料，展現出廣闊的應用前景。

靜電紡納米纖維膜［19］是帶有大量靜電荷的超細纖維集合體，表面吸附能力強、孔徑小，孔隙率在80%以上，對PM2.5顆粒具有很高的過濾效果［20］。但其面密度高，強力較低，結構松散，且產量較低缺乏一定的實用價值。查閱文獻可知，通過靜電紡絲法直接添加CuO-NPs制備聚合物復合納米纖維膜作為抗菌材料的研究還未被報道。因此，本文選取具有良好可紡性的聚丙烯腈（PAN）為原料，以CuO-NPs為抗菌材料，制備出帶有抗菌性能的CuO-NPs粉末制成靜電紡絲溶液，并將其與PP熔噴非織造布相結合，以此提升非織造布的抗菌性能，促進其在抗菌織物、傷口止血、醫用敷料等方面的應用。

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

CuO-NPs（VK-CuO1，黑色粉末，粒徑30 nm，比表面積約20～30 m2/g，純度≥99%，水份≤0.5%）（宣城晶銳新材料有限公司），PAN（Mw=50 000）（廣東滃江化學試劑有限公司），AR級N-N二甲基甲酰胺（DMF）（廣州市錦源化學有限公司），PP熔噴非織造布（自制），HJ-3恒溫磁力攪拌器（常州榮華儀器制造有限公司），TL-20M靜電紡絲機（深圳市通力微納科技有限公司），HC311電子天平秤（上海花潮實業有限公司）。

1.2 靜電紡絲溶液的制備

以DMF為溶劑，將一定量的PAN粉末添加至DMF溶液中，密封瓶口保存，防止溶液揮發。在室溫下經磁力攪拌器攪拌24 h，待PAN完全溶解，制備成質量分數為15%的PAN紡絲溶液。消泡待用，溶液濃稠呈棕黃色。

稱取準確量的CuO-NPs粉末，將其緩緩地加入PAN溶液中混合，在室溫條件下經磁力攪拌器攪拌24 h，直至CuO-NPs均勻地分散在PAN溶液中，溶液呈濃稠狀黑棕色。

1.3 靜電紡納米氧化銅抗菌復合非織造布的制備

將上述紡絲溶液注入帶有金屬針頭的注射器中，注射器容量為20 mL。在針頭處連接18 kV高壓電源，調試噴射速率為0.5 mL/h。將基布平整地卷繞在滾筒上作為接收裝置，針頭和接收裝置之間的距離為18 cm，接收屏轉速為120 r/min，使噴射細流均勻地附在接收屏。最終獲得不同工藝參數的PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布，靜電紡絲工藝參數設計如表1所示。

靜電紡絲法制備復合非織造布的流程示意如圖1所示。

1.4 樣品的性能及表征

復合非織造布的形貌分析用TM4000Plus型掃描電鏡（SEM）（日本日立公司），并用SEM測量樣品中纖維的直徑，每個樣品選取100根纖維，并用圖像繪制軟件（Origin）分析樣品的直徑分布;化合物結構及官能團分析采用ATR-i410型紅外光譜儀（賽默飛世爾科技公司），測試范圍為400～4 000 cm-1，掃描次數為32次;透氣性能分析用FRT-20型口罩濾材通氣阻力及壓力差測試儀（清河縣普泰儀器科技有限公司），參考YY 0469—2011《醫用外科口罩技術要求》，將氣源壓力調節至0.1～0.2 MPa，氣體質量流量計數值為1 L/min;顆粒物過濾效率采用FE/R-2626型口罩濾材通氣阻力及壓力差測試儀（北京市勞動保護科學研究所）進行測試，過濾顆粒數值在25 000～35 000，將樣品平整附在兩個過濾效率測量端口之間，測試含鹽顆粒的過濾效率;疏水性能分析采用DSA25型接觸角測試儀（KRUSS公司），將試樣裁剪大小為1 cm×1 cm，粘貼在載玻片上，控制滴定系統產生適當體積的液滴，通過樣品臺的升降，將液滴放置在樣品表面，最終讀取數據，反映液滴與樣品之間接觸角的大小，分析CuO-NPs含量是否對PAN納米纖維膜的親疏水性能造成影響;抗菌性能分析參考GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價（第3部分）：振蕩法》，委托福建省纖維檢驗中心進行抗菌性能檢測。

2 結果與分析

2.1 復合非織造布的表面形貌分析

圖2顯示了靜電紡絲時間為1 h，CuO-NPs質量分數不同時復合PP熔噴非織造布的SEM圖。從圖2（a）可知，未添加CuO-NPs時，復合非織造布的纖維表面光滑平整，纖體均一完整，無“串珠”形成;而圖2（b）～（f）中，CuO-NPs質量分數分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%，纖維表面出現了白亮的聚合物團聚體，且CuO-NPs質量分數越大，團聚現象越嚴重，團聚體體積也越大，纖維分布均勻性變差，出現了部分纖維彎曲。這是因為CuO-NPs的加入，使紡絲液的電導率發生了一定的變化。再觀察圖2（c）～（f），當CuO-NPs質量分數為0.3%，雖有團聚，但纖維較為均勻分地分布，纖維彎曲現象也不嚴重;當CuO-NPs質量分數為0.5%，纖維彎曲明顯;當CuO-NPs質量分數高于0.5%，纖維粗細不勻，且纖維間出現黏結，纖維直徑明顯增大，團聚現象嚴重，且納米纖維膜表面有明顯的“串珠”形成。通過對比SEM圖可知，CuO-NPs質量分數較大時“串珠”的出現對纖維形貌影響較顯著。

2.2 復合非織造布的直徑分布分析

圖3為靜電紡絲時間為1 h，不同CuO-NPs質量分數下復合非織造布的直徑分布圖。由圖3（a）可以看出，未添加CuO-NPs的PAN納米纖維膜的纖維直徑較細，直徑在區間250～400 nm分布均勻，其中直徑在區間250～300 nm、300～350 nm、350～400 nm所占比例分別為26%、37%、23%。由圖3（b）（c）可見，當CuO-NPs質量分數從0.1%增加至0.3%，直徑在400 nm以上的纖維比例從9%增加至23%，纖維直徑增大，但總體來說，直徑分布較為均一。當CuO-NPs的質量分數持續從0.5%增大到0.9%，如圖3（d）～（f）所示，直徑大于400 nm的纖維占比分別為54%、78%、88%，纖維直徑隨著CuO-NPs質量分數的增大而逐漸增大。分析認為，這是因為紡絲溶液中CuO-NPs質量分數增大，導致在靜電紡絲過程中，紡絲液的分裂劈化速率增大;或是因為CuO-NPs的加入，增加了PAN紡絲溶液的濃度，在靜電紡絲過程中，紡絲液的黏應力起主導作用［21］。因此，纖維直徑隨著CuO-NPs質量分數增大而增大，該結論與上述SEM圖展示的結果相一致。

2.3 復合非織造布的過濾性能分析

不同CuO-NPs質量分數下復合非織造布的過濾效率與紡絲時間的關系如圖4所示。由測試可知，基布對含鹽顆粒的過濾效率為98.76%。由圖4可見，在CuO-NPs質量分數不變的情況下，靜電紡絲時間對復合非織造布過濾效率的影

響顯著。隨著紡絲時間的延長，基布上沉積的納米纖維量越多，纖維膜厚度越大，復合非織造布孔徑越小，透氣性變差，從而過濾效率提高。紡絲時間從0.5 h增加至1.5 h，復合非織造布的過濾效率達到99.997%。隨后，紡絲時間持續增加至3.0 h，過濾效率數值不再發生變化，這是因為紡絲時間過長，

基布已經完全被靜電紡纖維覆蓋，此時，過濾效率取決于納米纖維層，而納米纖維膜的過濾體系此刻已經處于穩定的過濾過程［21–23］。當紡絲時間為1 h時，未添加CuO-NPs的復合非織造布過濾效率為99.646%;而CuO-NPs質量分數在0.1%時，其過濾效率為99.835%;隨著CuO-NPs質量分數增大到0.9%，過濾效率達99.954%，增幅為0.31%，說明CuO-NPs的加入會使復合非織造布的過濾效率增大。

圖5為不同紡絲時間下復合非織造布的壓降與CuO-NPs質量分數的關系。復合非織造布的壓降與纖維直徑、面密度等因素密切相關，面密度越大，壓降越大，透氣性越差［22］。從圖5可知，CuO-NPs質量分數相同時，隨著靜電紡絲時間的延長，復合非織造布的壓降增加，尤其是紡絲時間大1 h，壓降增大顯著。這是由于靜電紡纖維的厚度主要由紡絲時間控制，紡絲時間越長，纖維膜越厚，當紡絲時間延長，基布逐漸被納米纖維膜覆蓋，面密度增大，故壓降增大，通氣阻力增加，其透氣性也越差。如圖5中（a）曲線或（b）曲線，當紡絲時間為0.5 h或1 h，CuO-NPs質量分數增大，復合非織造布的壓降均

小于250 Pa，呈現先減小后增大的趨勢，但波動范圍較小。這是因為在紡絲時間較短的情況下，少量CuO-NPs的加入使纖維直徑變大，壓降增大，若CuO-NPs的添加量超過一定量，纖維之間出現黏結和“串珠”，且團聚現象加劇，對復合非織造布的壓降產生一定影響，透氣性下降，壓降增大。如圖5中（c）～（e）曲線，當紡絲時間大于1 h，CuO-NPs質量分數對復合非織造布壓降的影響很小，此時影響非織造布壓降大小的主要為紡絲時間。

由此可見，靜電紡納米纖維層對復合非織造布過濾效率的改善起了很大作用。綜合考慮有效防護性和舒適性，當紡絲時間為1 h、CuO-NPs質量分數為0.3%時，過濾效率與阻力的比值（QF）最大約為0.53，此時，復合非織造布的過濾性能品質最佳。

2.4 復合非織造布的化學結構分析

靜電紡絲時間為1 h，不同CuO-NPs質量分數下復合非織造布的ATR-FTIR圖如圖6所示。從圖6可以觀察到，純PAN納米纖維膜與不同CuO-NPs質量分數的PAN/CuO-NPs納米纖維膜都有相似的紅外光譜，從整段波型來看幾乎沒有區別。由圖6中（b）～（f）曲線可以得知，加入CuO-NPs后，纖維膜在2 933.2 cm-1和1 450 cm-1處出現的特征峰是屬于亞甲基（—CH2—）的伸縮振動峰;在2 244.5 cm-1處出現的尖銳強峰屬于氰基（—C≡N）的伸縮振動峰;在1 730.5 cm-1處出現的強峰是第二單體丙烯酸甲酯中的羰基（CO）的伸縮振動峰;在1 665.5 cm-1處的中強峰是DMF紡絲溶劑中的酰胺鍵所含的紅外特征峰，即CO雙鍵的伸縮振動峰;1 070 cm-1處的紅外吸收峰是SO雙鍵的對稱伸縮振動和C—C單鍵的骨架振動共同作用的結果［24］。添加了CuO-NPs的納米纖維膜并未顯示出其他不同的紅外吸收譜帶，由此可見，CuO-NPs的加入并未改變PAN本身的化學結構［21］。

2.5 復合非織造布的疏水性能分析

圖7反映了靜電紡絲時間為1 h，CuO-NPs質量分數對復合非織造布接觸角（CA）數值的影響。CA的大小是反映固體材料防水拒濕的重要依據，它是指液體和固體材料表面二者之間的的夾角，可以直觀地反映物體表面的親疏水性能。通常情況下，當CA＞90°，固體表面為疏水性，即液體不容易潤濕固體，可以在固體表面滑動;CA＜90°，則固體表面為親水性，CA越小，固體的潤濕性越好。由圖7可以看出，基布的CA最大，為134.3°，該數值充分說明PP熔噴非織造布的表面疏水性極好，可以有效防止水分滲透，大幅度降低細菌與病毒的傳播。在基布上復合一層PAN納米纖維膜，CA降至113.5°。這是由于PAN的表面水解，使疏水性氰基基團（—C≡N）轉變成親水性羧基（—COOH）及其鹽類，但水解只發生在纖維表面，纖維內部的結構并未發生改變，水解強度小，故復合PAN納米纖維膜后織物的疏水性與基布相比較，CA降低，疏水性略有變差，但仍具有很好的疏水性能。由圖7中數值還可得知，CuO-NPs的加入會略微降低纖維膜的CA，質量分數增大，CA減小。但PAN紡絲液中所含的CuO-NPs質量分數較小，PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布的CA在105°上下波動。因此，質量分數對CA影響的影響程度較小。

2.6 復合非織造布的抗菌性能分析

圖8為靜電紡絲時間1 h，不同CuO-NPs質量分數下復合非織造布的革蘭氏陰性大腸桿菌（E.coli）抗菌性能測試。表2為6種樣品對E.coli的抑菌率。結合圖8和表2可知，在與帶有E.coli的培養皿接觸24 h后，未添加CuO-NPs的復合非織造布對E.coli抗菌效果差，抑菌率僅為45.57%。加入0.1%的CuO-NPs，抑菌率顯著提高至87.95%。當CuO-NPs質量分數繼續增大至0.3%，培養皿中幾乎看不到E.coli菌落群，復合非織造布對E.coli的抑菌率大于99.99%。當CuO-NPs質量分數超過0.3%，PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布對E.coli的抑菌率均大于99.99%。

圖9為靜電紡絲時間1 h，不同CuO-NPs質量分數下復合非織造布的革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌（S.aureus）抗菌性能測試，表2為6種樣品對S.aureus的抑菌率。觀察圖9和表2數據可以發現，CuO-NPs的加入使復合非織造布對S.aureus的抑菌率從39.4%迅速增加到83.29%。當CuO-NPs的質量分數≥0.3%時，培養皿中的S.aureus菌落數量顯著減少，抑菌率均大于99.99%，說明加入的CuO-NPs使PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布具有優異的抗菌活性。

綜上所述，不同CuO-NPs質量分數下PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布對E.coli和S.aureus都表現出優異的抗菌活性，其中E.coli對加入的CuO-NPs的敏感性要高于S.aureus對CuO-NPs的敏感性。在抑菌率相同的情況下，CuO-NPs的質量分數越小越好。因此，在紡絲時間1 h的條件下，CuO-NPs的質量分數為0.3%，PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布具有優異的抑菌活性，對E.coli和S.aureus的抑菌率均大于99.99%。

3 結 論

利用靜電紡絲技術，在PP熔噴非織造布上復合納米纖維膜，成功制備PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布，并研究了CuO-NPs質量分數對復合非織造布抗菌性能的影響。同時，測試并分析復合非織造布的表面形貌、纖維直徑分布、化學結構、過濾性能和表面疏水性能。

1） CuO-NPs的加入使PAN納米纖維膜的表面出現團聚，隨著CuO-NPs質量分數增大，復合非織造布的纖維直徑變大，直徑分布均勻性變差，團聚現象加劇，形成“串珠”。紡絲時間為1 h，CuO-NPs質量分數為0.3%，纖維膜表面形貌較好。但CuO-NPs的加入不會改變PAN納米纖維膜的化學結構。

2） 在CuO-NPs質量分數不變的情況下，紡絲時間越長，復合非織造布的過濾效率越高，壓降越大。在紡絲時間相同的情況下，CuO-NPs質量分數越大，復合非織造布的過濾效率越高。在0.5～1 h紡絲時間內，隨著CuO-NPs質量分數的增大，壓降先增大后降低;在1.5～2.5 h紡絲時間內，隨著CuO-NPs質量分數的增大，壓降略微增大。當紡絲時間為1 h，CuO-NPs質量分數為0.3%時，復合非織造布的過濾性能品質最佳。

3） 復合PAN納米纖維膜會使織物的疏水性變差。紡絲時間相同，CuO-NPs質量分數對復合非織造布疏水性的影響程度較小。

4） 紡絲時間為1 h、CuO-NPs質量分數在0.3%～0.9%時，PP/PAN/CuO-NPs復合非織造布對E.coli和S.aureus表現出優異的抗菌性能，抑菌率均大于99.99%。

參考文獻：

［1］張星， 劉金鑫， 張海峰， 等. 防護口罩用非織造濾料的制備技術與研究現狀［J］. 紡織學報， 2020， 41（3）： 168-174.

ZHANG Xing， LIU Jinxin， ZHANG Haifeng， et al. Preparation technology and research status of nonwoven filtration materials for individual protective masks［J］. Journal of Textile Research， 2020， 41（3）： 168-174.

［2］KIM H J， SHTANKO N I， LIM Y J， et al. Electron beam-induced graft polymerization of acrylic acid on polypropylene nonwoven fabries（Ⅱ）［J］. Textile Coloration and Finishing， 2003， 15（3）： 28-34.

［3］MA Y L， WANG X M， LIU W， et al. Effects of annealing process on crystallization and low temperature resistance properties of PP-R composites［J］. Journal of Wuhan University of Technology （Materials Science Edition）， 2018， 33（4）： 855-862.

［4］方麗莉， 李永貴， 麻文效. 聚丙烯熔噴無紡布的發展現狀與應用［J］. 紡織科技進展， 2021（3）： 1-5.

FANG Lili， LI Yonggui， MA Wenxiao. Development and application of melt-blown polypropylene non-woven fabrics［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2021（3）： 1-5.

［5］劉超. 駐極處理對熔噴空氣過濾材料過濾性能的影響［J］. 產業用紡織品， 2013， 31（5）： 34-37.

LIU Chao. The influence on filtration efficiency of melt-blown air filter material after electrets treatment［J］. Technical Textiles， 2013， 31（5）： 34-37.

［6］來宇超， 孫輝， 朱斐超， 等. 銀/還原氧化石墨烯負載聚丙烯熔噴非織造材料的制備及抗菌抗靜電性能［J］. 高分子材料科學與工程， 2020， 36（5）： 56-63.

LAI Yuchao， SUN Hui， ZHU Feichao， et al. Antibacterial and antistatic properties and preparation of silver/reduced grapheme oxide-coated polypropylene melt-blown nonwovens［J］. Polymer Materials Science & Engineering， 2020， 36（5）： 56-63.

［7］吳浩萍. 靜電紡絲制備納米銅/聚合物復合纖維及抗菌活性研究［D］. 廣州： 暨南大學， 2020.

WU Haoping. Electrospinning Nano-copper/polymer Composite Fibers and Antibacterial Activity［D］. Guangzhou： Jinan University， 2020.

［8］盛平厚， 丁筠， 韓朝陽， 等. PBT/納米銅粉抗菌復合材料制備及其紡絲應用［J］. 工程塑料應用， 2020， 48（10）： 35-38.

SHENG Pinghou， DING Yun， HAN Zhaoyang， et al. Preparation of PBT/nano-copper powder antibacterial composites and its application in melt spinnning［J］. Engineering Plastics Application， 2020， 48（10）： 35-38.

［9］BORKOW G， GABBAY J. Copper， an ancient remedy returning to fight microbial， fungal and viral infections［J］. Current Chemical Biology， 2009， 3（3）： 272-278.

［10］WESLEY A J. History of the medical use of silver［J］. Surgical Infections， 2009， 10（3）： 289-292.

［11］周樂， 王斌琦， 聶毅. 人工抗菌纖維的研究現狀和發展趨勢［J］. 化工學報， 2020， 71（10）： 4395-4408.

ZHOU Le， WANG Binqi， NIE Yi. Research status and development trend of artificial antibacterial fibers［J］. CIESC Journal， 2020， 71（10）： 4395-4408.

［12］MIKOLAY A， HUGGETT S， TIKANA L， et al. Survival of bacteria on metallic copper surfaces in a hospital trial［J］. Applied Microbiology and Biotechnology， 2010， 87（5）： 1875-1879.

［13］AZAM A， AHMED A S， OVES M， et al. Size-dependent antimicrobial properties of CuO nanoparticles against gram-positive and-negative bacterial strains［J］. International Journal of Nanomedicine， 2012（7）： 3527-3535.

［14］秦益民. Cupron銅基抗菌纖維的性能和應用［J］. 紡織學報， 2009， 30（12）： 134-136.

QIN Yimin. Properties and applications of Cupron copper containing antimicrobial fibers［J］. Journal of Textile Research， 2009， 30（12）： 134-136.

［15］APPLEROT G， LELLOUCHE J， LIPOVSKY A， et al. Understanding the antibacterial mechanism of CuO nanoparticles： Revealing the route of induced oxidative stress［J］. Small， 2012， 8（21）： 3326-3337.

［16］SHENDE S， INGLE A P， GADE A， et al. Green synthesis of copper nanoparticles by citrus medica Linn （Idilimbu） juice and its antimicrobial activity［J］. World Journal of Microbiology & Biotechnology， 2015， 31（6）： 865-873.

［17］TRAN N， MIR A， MALLIK D， et al. Bactericidal effect of iron oxide nanoparticles on staphylococcus aureus［J］. International Journal of Nanomedicine， 2010（5）： 277-283.

［18］WANG S G， LAWSON R， RAY P P， et al. Toxic effects of gold nanoparticles on Salmonella typhimurium bacteria［J］. Toxicology and Industrial Health， 2011， 27（6）： 547-554.

［19］LOVERA D， BILBAO C， SCHREIER P， et al. Charge storage of electrospun fiber mats of poly （phenylene ether）/polystyrene blends［J］. Polymer Engineering and Science， 2009， 49（12）： 2430-2439.

［20］LEUNG W W F， HUNG C H， YUEN P T. Effect of face velocity， nanofiber packing density and thickness on filtration performance of filters with nanofibers coated on a substrate［J］. Separation and Purification Technology， 2009， 71（1）： 30-37.

［21］許瞳. 新型負載納米銅復合纖維的制備及其催化二苯醚合成反應的研究［D］. 呼和浩特： 內蒙古工業大學， 2014.

XU Tong. Preparation of Novel Nanocopper-load Composite Nanofibers and their Application in Catalyzing the Reaction of Diphenyl ether Synthesis［D］. Huhhot： Inner Mongolia University of Technology， 2014.

［22］劉雷艮， 沈忠安， 洪劍寒. 靜電紡高效防塵復合濾料的制備及其性能［J］. 紡織學報， 2015， 36（7）： 12-16.

LIU Leigen， SHEN Zhongan， HONG Jianhan. Preparation and properties of electrospun composite material for high-efficiency ash filtration［J］. Journal of Textile Research， 2015， 36（7）： 12-16.

［23］張麗， 蒙冉菊， 高慧英， 等. 靜電紡納米纖維空氣過濾材料研究進展［J］. 紡織科技進展， 2016（6）： 18-22.

ZHANG Li， MENG Ranju， GAO Huiying， et al. Research development of electrospun nanofiber air filter material［J］. Progress in Textile Science & Technology， 2016 （6）： 18-22.

［24］張克勤. 紅外光譜法對聚丙烯腈共聚物的結構表征［J］. 光譜實驗室， 2012， 29（6）： 3297-3299.

ZHANG Keqin. Structure characteristic of polyacrylonitrile copolymer by IR spectrometry［J］. Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory， 2012， 29（6）： 3297-3299.

Preparation and property of electrospining nanocopper oxide antibacterial composite nonwovens

LI Yonggui1，2， FANG Lili2， ZHONG Chenya1b， MA Wenxiao2， CHEN Mingqing3

（1a.Fujian Key Laboratory of Novel Functional Textile Fibers and Materials; b.Clothing and Design Faculty， Minjiang University，Fuzhou 350108， China; 2.College of Textile and Light Industry， Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010080， China; 3.Fujian Guanhong Industrial Co.， Ltd.， Quanzhou 362235， China）

Abstract：

The spread and variation of COVID-19 in the world have seriously threatened human health. Therefore， the current focus of research is to develop medical and antiepidemic textiles with high filtering efficiency and bacteriostasis， and low filtering resistance. Polypropylene （PP） melt-blown nonwovens are commonly used as raw materials for medical anti-epidemic textiles. PP melt-blown nonwovens， as the core filter layer of medical textiles， were difficult to buy during the outbreak of the epidemic. However， the traditional PP melt-blown nonwovens have low antibacterial performance， and medical staff are vulnerable to virus infection and microbial damage in the process of use for their single function and certain limitations in protective ability. Therefore， in the post-pandemic era， PP melt-blown nonwovens should not only be able to meet the rigid demand of the market， but also evolve to be high-end and functional in the face of mutating COVID-19 and the possibility of a return at any time. The research combines the PP melt-blown nonwoven with the electrospinning nanofiber membrane to prepare compound nonwoven fabrics with high antibacterial activity.

In order to improve the antibacterial property of PP melt-blown nonwovens， composite nanofiber membranes were synthesized on PP melt-blown nonwovens by electrospinning technology. Firstly， the PP melt-blown nonwoven was used as receiving substrate of electrospinning equipment and nano copper oxide （CuO-NPS） was used as anti-bacterial material to prepare the PP/PAN/CuO-NPS composite nonwovens with high antibacte-rial performance. On the basis of that， effects of the CuO-NPS mass fraction and electrospinning time on the surface morphology， fiber diameter distribution， chemical constitution， filtration performance， hydrophobicity and antibacterial property of composite nonwovens were studied. The results show that the bacteriostasis rates of composite nonwovens to gram-negative E.coli and gram-positive S.aureus are both greater than 99.99% in the range of CuO-NPS mass fraction of 0.3%-0.9%， and the spinning time is 1 h. When the spinning time is 1 h， as the mass fraction of CuO-NPS increases， the fiber diameter of the composite nonwoven increases， and its distribution uniformity of diameter and hydrophobic property both decrease. Under the condition of constant mass fraction of CuO-NPS， the filtration efficiency of composite nonwovens improves with the extension of the spinning time， but the permeability decreases. With the same spinning time， the filtration efficiency of composite nonwovens increases with the increase in CuO-NPS mass fraction. In addition， in-corporating CuO-NPs into PAN nanofiber membrane does not change the chemical structure of the membrane.

We select polyacrylonitrile （PAN） with good spinning performance as the raw material and CuO-NPs as the antibacterial material to prepare CuO-NPs powder with antibacterial properties to prepare electrostatic spinning solution. The composites of PP melt-blown nonwovens and electrospun PAN/CuO-NPs nanofibrous membrane have been obtained， which not only improves the filtration performance of PP melt-blown nonwovens， but also endows them with efficient antibacterial property. This paper provides a reference for further studies on the production and application of PP melt-blown nonwovens.

Key words：

nanocopper oxide; electrospining; polypropylene melt-blown nonwoven; filtration performance; antibacterial performance; hydrophobicity

收稿日期：

2022-06-11;

修回日期：

2023-02-01

基金項目：

福建省科技計劃工業引導性（重點）項目（2021H0037）

作者簡介：

李永貴（1972），男，教授，主要從事功能紡織材料的研究。