[发明专利]多功能抗菌抗病毒复合材料及其应用

说明书

本发明提供了一种多功能抗菌抗病毒复合材料及其应用。该多功能抗菌抗病毒复合材料由内至外依次包括棒状纤维素纳米晶、生长于棒状纤维素纳米晶表面的二氧化钛，以及负载于二氧化钛表面的石墨烯纳米片。本发明以棒状纤维素纳米晶为基体，得到的棒状半导体抗菌抗病毒复合材料具有良好的分散性，特别是用于织物改性时，能够均匀牢固地负载于织物表面。二氧化钛和石墨烯纳米片组成的层结构起到良好的抗菌抗病毒和光催化除甲醛作用；此外，能够赋予材料摩擦生电功能，当用于空气过滤时，在气流和粉尘吹扫下，不断摩擦储存电荷，提高电荷抗病毒和过滤性能。优选地，在棒状纤维素纳米晶与二氧化钛之间还生长有二氧化硅，进一步提高过滤性能。

技术领域

本发明涉及抗菌抗病毒防护材料技术领域，尤其涉及一种多功能抗菌抗病毒复合材料及其应用。

背景技术

近年来，世界范围内不断爆发大规模呼吸道传染疫情，面对传染性极强的病毒和细菌，医护人员和普通居民承担着巨大的感染风险。目前市面上大多数卫生防护用品，如口罩、护目镜、防护服等，都是靠隔离病原体的方式进行防护，没有杀灭病毒细菌的功能。这样的防护用品防护时间和防护能力较为有限，应急使用时期消耗量巨大，废弃后还会造成二次污染。因此，具备广谱抗菌抗病毒功能的防护材料极为重要。

石墨烯是碳原子以sp²杂化轨道组成的六角形蜂窝状二维纳米材料，可以看成是单层的石墨片。近年来石墨烯及其衍生物的抗菌功能已经得到行业的研究和验证，研究者认为其抗菌原理在于当微米级的细菌在石墨烯锋利的纳米级二维材料上游走时，瞬间就被割破细胞壁而死亡。此外，石墨烯还可以通过对细胞膜上磷脂分子的大规模直接抽取来破坏细胞膜从而杀死细菌。目前石墨烯抑菌特性已经被广泛地应用到内衣裤、袜子、床上用品等，其强大的物理抗菌性能也不断被市场所接受，对比市场上其他的抑菌纤维纺织应用，石墨烯纤维已经有极大的优势。

然而，单独的石墨烯抗菌抗病毒能力有限，而且由于石墨烯结构限制，使得石墨烯在纤维基过滤材料表面的负载牢度有待提高。再者，抗菌抗病毒防护类过滤材料通常还需要具备粉尘过滤功能，目前多通过将多层具备不同功能的无纺布材料进行复合，例如将抗菌抗病毒层和驻极无纺布层进行复合，但复合层数的增加，会增大过滤材料的风阻，对于口罩类过滤材料是大大不利的。因此，如果能将抗菌抗病毒和驻极过滤集为一体，对于制备高效低阻的空气过滤材料具有重大意义。

有鉴于此，有必要设计一种改进的多功能抗菌抗病毒复合材料及其应用，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能抗菌抗病毒复合材料及其应用。以棒状纤维素纳米晶为基体，在其表面依次生长沉积二氧化钛和石墨烯，得到棒状半导体抗菌抗病毒复合材料，该材料还具有良好的过滤性能，当用于空气过滤材料时，能够同时赋予材料抗菌抗病毒、光催化除甲醛和过滤性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种多功能抗菌抗病毒复合材料，包括棒状纤维素纳米晶、生长于所述棒状纤维素纳米晶表面的二氧化钛，以及负载于所述二氧化钛表面的石墨烯纳米片。

作为本发明的进一步改进，所述石墨烯纳米片的横向尺寸为5-20nm。

作为本发明的进一步改进，所述石墨烯纳米片的边缘具有尖状或锯齿结构，每个所述石墨烯纳米片包括3-6个尖状或锯齿结构的。

作为本发明的进一步改进，所述石墨烯纳米片通过超声波沉积负载于所述二氧化钛表面。

作为本发明的进一步改进，所述二氧化钛为片状二氧化钛。所述片状二氧化钛表面进行化学抛光或电解抛光处理。

作为本发明的进一步改进，所述棒状纤维素纳米晶的直径为20-100nm，长径比为(2-5):1。

作为本发明的进一步改进，所述多功能抗菌抗病毒复合材料的制备方法包括如下步骤：