CN106633194A - 一种多元离子抗菌材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗菌材料领域，公开了一种多元离子抗菌材料，制备方法为：（1）将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与二氧化硅悬浮液混合；将三种溶液混合，得到溶液A。（2）先将铜熔融，添加锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，混合均匀后冷却，研磨得到复合黄铜粉。（3）将复合黄铜粉与溶液A混合，加入到硝酸溶液中；升温至100‑140℃；添加冰醋酸和二乙醇胺的溶液，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复多次；向溶液中添加二氧化钛，烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。本发明的多元离子抗菌材料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，稳定性好，抗菌活性高，且具有吸附能力；能够有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用寿命。

Description

一种多元离子抗菌材料

技术领域

本发明涉及抗菌材料领域，尤其涉及一种多元离子抗菌材料。

背景技术

高分子材料在我们的生活中无处不在，同样细菌也严重威胁着人类的生命财产安全，每年有大约1700多万人死于细菌感染。针对细菌越演越烈的这种情况，人们在研究过程中发现了可以在高分子材料中添加抗菌剂，这些抗菌剂对细菌有显著的预防抵制作用，但这些抗菌剂中有的抗菌剂的抗菌活性却存在问题。

第一种：人们发现带有长链烷基的季铵盐基团具有很强的抗菌性能，但是有机小分子抗菌剂存在易挥发、不易加工、化学稳定性差等缺点，而且小分子抗菌剂会渗透进人体皮肤，给人的生命安全带来更大隐患。

如申请号为201210313532.1的中国专利公开了一种抗菌高分子材料，由以下重量份数的成份组成：50-60份聚对苯二甲酸乙二酯，5-10份抗菌剂，0.5-1.5份氧化聚乙烯，1-3份聚丁二醇，0.5-0.8份抗氧剂168。本发明的抗菌剂为异噻唑酮衍生物或季铵盐类。

第二种：季膦盐类中阳离子和分离子对聚季膦盐抗菌活性有很大影响，若形成离子相对紧密的化合物，其抗菌性能就会降低。

第三种：有机锡类的抗菌剂。研究显示，含有机锡抗菌团的抗菌剂对于革兰氏阴性细胞的杀灭率较低，在单体共聚后，会导致抗菌基因团浓度的下降，抗菌活性也跟着下降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多元离子抗菌材料。本发明制得的多元离子抗菌材料能够克服上述缺点，本发明的多元离子抗菌材料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，稳定性好，抗菌活性高，且具有吸附能力；能够有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用寿命，避免了传统高分子中抗菌材料的抗菌性低下、使用寿命低和温度依赖性太强等问题。

本发明的具体技术方案为：一种多元离子抗菌材料，由以下方法制得：

(1)先按质量比0.5-0.6:1将二氧化硅与水混合，再将其加入到0.4-0.6倍质量的水中，搅拌得到悬浮液；将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与悬浮液按质量比1.5-2:1混合，得到三种溶液；将三种溶液分别用水浴控制离子吸附温度，然后将三种溶液混合并持续搅拌至完全溶解，得到溶液A。

将二氧化硅先与一部分水混合，然后再加入到水中，如此能够形成稳定的悬浮液，如 果直接将二氧化硅与全部水混合，便无法形成悬浮液。二氧化硅与各金属离子结合后，作为载体，稳定性好。

(2)先将铜熔融，接着添加锌使锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，其中铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.4-1.6:2.8-3.2；混合均匀后降温冷却，研磨得到复合黄铜粉。

当复合黄铜中锌含量小于35％时，锌能溶于铜内形成单相，成为单相黄铜。这种黄铜可塑性好，适于冷热加压加工，在材料中有助于稳定材料的性能，也有助于抗菌剂的稳定。

在制备过程中注意需要先溶解铜，因为铜与锌的溶解温度不同，如果先溶解锌的话会导致在还没达到铜的溶解温度时锌就被蒸发消耗。在黄铜中加入木炭，会使抗菌材料在原有的抗菌效果下具有吸附力，而木炭作为抗菌材料中的载体和骨架，让抗菌材料中的各种金属离子被吸附，对于在材料中的应用，更是在表面形成了抗菌膜，提高了灭菌率。

(3)按质量比1.1-1.3:2将复合黄铜粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制硝酸溶液，将混合物B加入到其1.8-2.2倍质量的硝酸溶液中；升温至100-140℃；配制冰醋酸和二乙醇胺总浓度为30-40wt％的溶液，添加至硝酸溶液中，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复多次；向溶液中添加溶液质量0.3-0.4倍的二氧化钛，烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。

将复合黄铜粉与溶液A混合，然后制得多元离子抗菌材料，抗菌材料中加入二氧化钛，不仅能够起到抗菌作用，而且能够增加粉体白度和耐高温性能的稳定。

目前的高分子材料中所添加的抗菌剂一般为以下三类：季铵盐类抗菌剂、季膦盐类抗菌剂、含有机锡基团的抗菌剂。但是上述三种抗菌剂均存在各自的缺点：

(1)含季铵盐类抗菌剂的高分子材料的抗菌能力受长链烷基的影响较大。是因为其中的R₁链的长短对抗菌能力影响较大，特别是其中的碳原子数量没在10-16之间时，抗菌剂对细菌基本没有杀伤力，所以就必须要将碳原子控制在这之间，抗菌剂才会有效果，但这种技术和这种要求不仅成本高还很难达到。

(2)含有季膦盐类的抗菌剂在离子紧密的情况下抗菌活性差。这种抗菌剂只有在形成自由离子的情况下，抗菌活性才会较为活跃，也就说，只有提高季膦盐单体的含量，才能提高它的抗菌活性。虽然现在的技术可以合成含锍盐基团的聚合物，比小分子抗菌活性要好，但这种抗菌剂的热稳定性较差。而且这种环境下的抗菌剂不仅效果差更重要的是不安全。

(3)含有机锡基团的抗菌剂对于革兰氏阴性细胞的杀灭率较低。造成这种情况出现的原因是因为单体共聚后，由于抗菌基团浓度的下降，抗菌活性也随之下降。这种离子单体共聚是借助催化剂的作用使几种单体分子活化成离子而进行共聚的反应，这是现阶段这种抗 菌剂主要的合成方法。因为这种合成方法对金黄色葡萄色球菌有很好的杀灭率，所以克服其对革兰氏阴性细胞的杀灭率低的问题是现在要解决的重点。

本发明的多元离子抗菌材料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，形成了一种新型高效高分子抗菌添加材料。有效地提高了高分子材料的抗菌性能和使用寿命，避免了传统高分子抗菌材料的抗菌性低下、使用寿命低和温度依赖性太强等问题，使一般的磁电高分子材料符合了社会需求。其优点具体为：

(1)多元离子抗菌材料通过离子抗菌的方法来提高抗菌能力。针对上述三种抗菌剂出现的问题，用于高分子材料的多元离子抗菌材料在磁电的基础上，通过离子抗菌的手段，吸附交换各种离子，稳定了R₁链的长短，将其控制在可控范围内，使抗菌性达到最活跃的状态。而对于离子出现紧密的状态造成抗菌活性差的问题，在离子交换中可以将单个的季膦盐单体含量提高以提高抗菌活性。而离子单体共聚可以使用离子交换法来打破这种局面，并且可以添加各种对人体无害的离子来使抗菌性能提高。

(2)多元离子抗菌材料可以有效干扰细胞壁的合成。细菌细胞壁重要组分为肽聚糖，离子抗菌剂对细胞壁的干扰作用，主要抑制多糖链与四肽交联有连结，从而使细胞壁失去完整性，失去了对渗透压的保护作用，损害菌体而死亡。

多元离子抗菌材料可损伤细胞膜。细胞膜是细菌细胞生命活动重要的组成部分。因此，如细胞膜受损伤、破坏，将导致细菌死亡。

多元离子抗菌材料能够抑制蛋白质的合成。蛋白质的合成过程变更、停止、使细菌死亡。蛋白质对于细菌来说是物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命，而离子交换法破环了蛋白质的合成过程，使整个过程变更或者停止，这样细菌就停止生长或者死亡。

多元离子抗菌材料能够干扰核酸的合成。总的说是阻碍遗传信息的复制，包括DNA、RNA的合成，以及DNA模板转录mRNA等。

(3)添加有多元离子抗菌材料的高分子材料的使用寿命长。高分子材料的使用寿命一般和抗氧化直接相关，抗氧化能力越好，使用寿命就越长；反之则相反。而多元离子抗菌材料的抗氧化加强是通过离子抗菌的技术来实现的，加强了耐氧化性，会让其在一定时间内保持其固有的属性，不被氧化，延长其使用寿命。而且离子交换可以加入抗氧化的离子，使材料隔绝氧气，提升材料的抗氧化，增加使用寿命。所以对比于其他的材料，添加有多元离子抗菌材料的高分子材料使用寿命会比较长。

本发明通过磁场加强了复合金属离子的电离活性和强度，有效地提高了抗菌灭菌性 能，有效地防止细菌的滋生。

作为优选，步骤(1)中，水浴加热至28-35℃。

作为优选，步骤(2)中，铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.5:3。

作为优选，步骤(3)中，复合黄铜粉与溶液A的质量比为1.2:2。

作为优选，步骤(3)中，所述硝酸溶液的pH值为4.2-5。

作为优选，步骤(3)中，每次洗涤时冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量为硝酸溶液质量的0.4-0.6倍。

作为优选，步骤(3)中，冰醋酸和二乙醇胺的溶液的洗涤次数为三次。

作为优选，所述冰醋酸和二乙醇胺的溶液中，冰醋酸与二乙醇胺的质量比为1:1.5-2.5。

作为优选，步骤(3)中，烘干温度为80-100℃。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

本发明的多元离子抗菌材料利用离子抗菌原理和微磁电场技术原理，稳定性好，抗菌活性高，且具有吸附能力；能够有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用寿命，避免了传统高分子中抗菌材料的抗菌性低下、使用寿命低和温度依赖性太强等问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种多元离子抗菌材料，由以下方法制得：

(1)先按质量比0.55:1将二氧化硅与水混合，再将其加入到0.5倍质量的水中，搅拌得到悬浮液；将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与悬浮液按质量比1.8:1混合，得到三种溶液；将三种溶液分别用水浴加热至30℃，然后将三种溶液混合并持续搅拌至完全溶解，得到溶液A。

(2)先将铜熔融，接着添加锌使锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，其中铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.5:3；混合均匀后降温冷却，研磨得到复合黄铜粉。

(3)按质量比1.2:2将复合黄铜粉加入到溶液A中，形成混合物B；pH值为4.6的硝酸溶液，将混合物B加入到其2倍质量的硝酸溶液中；升温至120℃；配制冰醋酸和二乙醇胺总浓度为35wt％的溶液(冰醋酸与二乙醇胺的质量比为1:2)，添加至硝酸溶液中，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复三次；每次洗涤时冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量为硝酸溶液质量的0.5倍。向溶液中添加溶液质量1/3的二氧化钛，90℃烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。

实施例2

一种多元离子抗菌材料，由以下方法制得：

(1)先按质量比0.5:1将二氧化硅与水混合，再将其加入到0.4倍质量的水中，搅拌得到悬浮液；将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与悬浮液按质量比1.5:1混合，得到三种溶液；将三种溶液分别用水浴加热至28℃，然后将三种溶液混合并持续搅拌至完全溶解，得到溶液A。

(2)先将铜熔融，接着添加锌使锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，其中铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.4:2.8；混合均匀后降温冷却，研磨得到复合黄铜粉。

(3)按质量比1.2:2将复合黄铜粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制pH值为4.2的硝酸溶液，将混合物B加入到其1.8倍质量的硝酸溶液中；升温至100℃；配制冰醋酸和二乙醇胺总浓度为30wt％的溶液(冰醋酸与二乙醇胺的质量比为1:1.5)，添加至硝酸溶液中，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复三；每次洗涤时冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量为硝酸溶液质量的0.4倍。向溶液中添加溶液质量0.3倍的二氧化钛，80℃烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。

实施例3

一种多元离子抗菌材料，由以下方法制得：

(1)先按质量比0.6:1将二氧化硅与水混合，再将其加入到0.6倍质量的水中，搅拌得到悬浮液；将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与悬浮液按质量比2:1混合，得到三种溶液；将三种溶液分别用水浴加热至35℃，然后将三种溶液混合并持续搅拌至完全溶解，得到溶液A。

(2)先将铜熔融，接着添加锌使锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，其中铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.6:3.2；混合均匀后降温冷却，研磨得到复合黄铜粉。

(3)按质量比1.1-1.3:2将复合黄铜粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制pH值为5的硝酸溶液，将混合物B加入到其2.2倍质量的硝酸溶液中；升温至140℃；配制冰醋酸和二乙醇胺总浓度为40wt％的溶液(冰醋酸与二乙醇胺的质量比为1:2.5)，添加至硝酸溶液中，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复三次；每次洗涤时冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量为硝酸溶液质量的0.6倍。向溶液中添加溶液质量0.4倍的二氧化钛，100℃烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。

本发明多元离子抗菌材料处理前后的原水中各项指标如下：

原水：

原水过滤后：

本发明多元离子抗菌材料抗菌效果如下：(常用自来水)

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种多元离子抗菌材料，其特征在于：由以下方法制得：

（1）先按质量比0.5-0.6:1将二氧化硅与水混合，再将其加入到0.4-0.6倍质量的水中，搅拌得到悬浮液；将硝酸银、硝酸锌和氧化镁各自与悬浮液按质量比1.5-2:1混合，得到三种溶液；将三种溶液分别用水浴控制离子吸附温度，然后将三种溶液混合并持续搅拌至完全溶解，得到溶液A；

（2）先将铜熔融，接着添加锌使锌与铜熔融混合，然后添加木炭粉，其中铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.4-1.6:2.8-3.2；混合均匀后降温冷却，研磨得到复合黄铜粉；

（3）按质量比1.1-1.3:2将复合黄铜粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制硝酸溶液，将混合物B加入到其1.8-2.2倍质量的硝酸溶液中；升温至100-140℃；配制冰醋酸和二乙醇胺总浓度为30-40wt%的溶液，添加至硝酸溶液中，产生沉淀并洗涤沉淀，然后升温、洗涤重复多次；向溶液中添加溶液质量0.3-0.4倍的二氧化钛，烘干，冷却后，得到多元离子抗菌材料。

2.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（1）中，水浴加热至28-35℃。

3.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（2）中，铜、锌、木炭粉的质量比为1:1.5:3。

4.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（3）中，复合黄铜粉与溶液A的质量比为1.2:2。

5.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（3）中，所述硝酸溶液的pH值为4.2-5。

6.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（3）中，每次洗涤时冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量为硝酸溶液质量的0.4-0.6倍。

7.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（3）中，冰醋酸和二乙醇胺的溶液的洗涤次数为三次。

8.如权利要求1或6或7所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，所述冰醋酸和二乙醇胺的溶液中，冰醋酸与二乙醇胺的质量比为1:1.5-2.5。

9.如权利要求1所述的一种多元离子抗菌材料，其特征在于，步骤（3）中，烘干温度为80-100℃。