CN101760000B - 抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法，常温下，于不同浓度的聚氨酯原液中缓缓加入不同浓度的银盐溶液，搅拌0.5～1小时后，逐渐升温至预定温度，持续搅拌2～16小时直至反应完全，得到金黄色纳米银聚氨酯溶胶。将反应液冷却后静置，获得抗菌性纳米银复合聚氨酯材料，装瓶密封，可用于纺丝或制膜。本发明提供的抗菌性纳米银复合聚氨酯材料中，纳米银呈规则的球状，粒径分布窄且分散均匀，重量百分含量为0.01％～5.0％本发明在非水溶液条件下不需外加其它还原剂，就可将银离子还原成银纳米颗粒，操作简单，适宜推广使用。

Description

抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法，是一种可进一步纺丝为纳米银复合聚氨酯纤维及制备纳米银复合聚氨酯膜的抗菌性复合材料，属于医用材料领域、纺织材料领域、食品抗菌包装等技术领域。

(二)背景技术：

聚氨酯以其软硬度可调节范围广、耐低温、耐溶剂、高弹性等优点日渐受到市场的推崇，目前已被广泛应用于轻工、家电、纺织和医疗卫生等领域。但由于聚氨酯材料在实际的应用和保存过程中，在适宜的温度和湿度条件下极易生长和繁殖细菌，严重威胁人类的健康，同时也会带来医疗事故和巨大的经济损失。因此，多年来科学家一直致力于抗菌聚氨酯的选择和抗菌加工方法的研究。

抗菌聚氨酯材料是指通过引入带有抗菌基团的抗菌剂对聚氨酯材料进行改性，从而使聚氨酯材料具有抑制或杀灭其表面细菌能力的一类新型功能材料。目前，常用的抗菌剂主要有天然类、无机类和有机类三大类。有机抗菌剂能有效抑制有害细菌、霉菌的产生与繁殖，见效快。但是这类抗菌剂热稳定性较差(只能在300℃以下使用)、易分解、持久性差，而且通常毒性较大，长时间使用对人体有害；无机系抗菌剂的优点是具有低毒性、耐热性、耐久性、持续性、抗菌谱广等，是纤维、塑料、建材等生活制品最适宜的抗菌剂品种。

银具有破坏细菌、病毒的呼吸功能和分裂细胞的功能，当颗粒的尺寸降低到纳米级后，表面积急剧增加，根据Young-Laplace方程，表面积的增加将增加银的离解程度，增加溶液中的银离子浓度，从而提高其生物化学活性，抗菌、杀菌能力大大加强。另外，根据Henglein的研究结果，纳米级的银颗粒具有较强的光催化能力，能够激活水和空气中的氧，产生羟基自由基(·OH)及负氧离子(O₂-)，从而使其具有光催化杀菌的能力。将纳米银粉装载于活性碳纤维、纺织品、涂料等产品中，可制备出具有抗菌功能的产品。

本发明以聚氨酯为分散剂和稳定剂、以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂和还原剂，制备了一种抗菌性纳米银复合聚氨酯材料。与其他制备方法相比，该法是在非水溶液且不需外加其它还原剂的条件下进行，节约原料；制备方法简单、有效、为医用材料领域、纺织材料领域、食品抗菌包装等领域抗菌材料的制备提供一种新思路。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种能够长效抗菌、毒副作用小，具有良好的生物兼容性的，可广泛适用于医用材料领域、纺织材料领域、食品抗菌包装等领域的抗菌性纳米银复合聚氨酯材料及制备方法。

本发明所述的抗菌性纳米银复合聚氨酯材料是由聚氨酯材料和纳米银直接结合而成的。在该材料中，所述纳米银呈规则的球状，粒径分布窄且分散均匀，重量百分含量为0.01％～5.0％。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

a、聚氨酯原液的配置，室温下，配制重量百分含量为2％～15％的聚氨酯溶液。

b、银盐溶液的配置，室温下，在容器内配制重量百分含量为0.01％～5.0％的硝酸银溶液或高氯酸银溶液。

c、常温下，向2％～15％浓度的聚氨酯原液中缓缓加入银盐溶液，聚氨酯原液中占85％～98％的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的体积比为1∶0～4∶1，纯聚氨酯原液与纯银盐溶液的质量之比为20∶1～10000∶1，同时搅拌0.5～1小时，形成均匀的混合液；

d、逐渐加热容器，使混合液温度升温至25℃～80℃，持续搅拌2～16小时直至银离子完全还原成纳米银，得到金黄色银纳米聚氨酯溶胶；

e、将金黄色银纳米聚氨酯溶胶冷却后静置，获得抗菌性纳米银复合聚氨酯材料，装入容器密封。

其中，所述的银盐为硝酸盐或高氯酸银，所述的还原剂为N，N-二甲基甲酰胺，所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基甲酰胺∶四氢呋喃(体积比为1∶0～4∶1)。

本发明的优点在于：

1、该方法简单、便于操作、在工业合成所得聚氨酯原液的基础上直接一步原位合成纳米银复合聚氨酯抗菌剂。

2、不需外加其他还原剂，在非水溶液体系下N，N-二甲基甲酰胺，同时为溶剂和还原剂，节约原料、简化操作。

3、所制备抗菌纤维为含有窄粒径分布且分散均匀的纳米银的聚氨酯纤维，其中纳米银呈规则的球状，粒径分布窄且分散均匀，重量百分含量为0.01％～5.0％。

(四)附图说明：

图1是本发明实施例1在不同温度下制备的11％聚氨酯-0.5％硝酸银抗菌性纳米银复合聚氨酯的紫外可见吸收图。

图2是本发明实施例3制备的5％聚氨酯-0.05％硝酸银抗菌性纳米银复合聚氨酯的透射电镜图。

(五)具体实施方式：

本发明的目的还可通过如下具体措施来实现：

实施例1：向三口烧瓶中加入22mL浓度为11％聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃(体积比为4∶1)溶液，磁搅拌下缓缓加入0.5％的硝酸银(相对于聚氨酯)N，N-二甲基甲酰胺溶液4mL。室温下搅拌0.5～1小时。逐渐升温至70℃，持续搅拌16小时，看到有金黄色银溶胶生成。反应液冷却后静置24小时，装瓶密封或纺丝成纤维。其中银纳米粒径平均为10～100nm。(图1为紫外可见吸收图)

实施例2：取20mL浓度为8％的聚氨酯N，N-二甲基甲酰胺溶液，搅拌下缓缓加入0.5％的硝酸银(相对于聚氨酯)N，N-二甲基甲酰胺溶液3mL。室温下搅拌0.5～1小时。逐渐升温至60℃，持续搅拌16小时，看到有金黄色银溶胶生成。反应液冷却后静置24小时，装瓶密封或纺丝成纤维。其中银纳米粒径平均为10～100nm。

实例3：取21.75mL浓度为5％的聚氨酯N，N-二甲基甲酰胺溶液，搅拌下缓缓加入0.05％的硝酸银(相对于聚氨酯)N，N-二甲基甲酰胺溶液1mL。室温下搅拌0.5～1小时。逐渐升温至60℃，持续搅拌16小时，看到有金黄色银溶胶生成。反应液冷却后静置24小时，装瓶密封或纺丝成纤维。其中银纳米粒径平均为10～100nm。(图2为透射电镜图)

实例4：取22.25mL浓度为2％的聚氨酯N，N-二甲基甲酰胺溶液，搅拌下缓缓加入0.02％的硝酸银(相对于聚氨酯)-N，N-二甲基甲酰胺溶液0.5mL。室温下搅拌0.5～1小时。逐渐升温至60℃，持续搅拌16小时，看到有金黄色银溶胶生成。反应液冷却后静置24小时，装瓶密封或纺丝成纤维。其中银纳米粒径平均为10～100nm。

Claims (2)

1.一种抗菌性纳米银复合聚氨酯材料，其特征在于，该材料由聚氨酯材料和纳米银直接结合而成，且以N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂和还原剂，在该材料中，所述纳米银呈规则的球状，粒径分布窄且分散均匀，银纳米粒径平均为10～100nm，重量百分含量为0.01％～5.0％。

2.一种制备权利要求1所述抗菌性纳米银复合聚氨酯材料的制备方法，其特征在于该方法由如下五个步骤组成：

a、聚氨酯原液的配置，室温下，配制重量百分含量为2％～15％的聚氨酯溶液；

b、银盐溶液的配置，室温下，在容器内配制重量百分含量为0.01％～5.0％的硝酸银溶液或高氯酸银溶液；

c、常温下，向2％～15％浓度的聚氨酯原液中缓缓加入银盐溶液，聚氨酯原液中占85％～98％的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃，N，N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃的体积比为1∶0～4∶1，纯聚氨酯原液与纯银盐溶液的质量之比为20∶1～10000∶1，同时搅拌0.5～1小时，形成均匀的混合液；

d、逐渐加热容器，使混合液温度升温至25℃～80℃，持续搅拌2～16小时直至银离子完全还原成纳米银，得到金黄色银纳米聚氨酯溶胶；

e、将金黄色银纳米聚氨酯溶胶冷却后静置，获得抗菌性纳米银复合聚氨酯材料，装入容器密封。

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