CN106634005A - 一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗菌材料领域，公开了一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，制备方法为：（1）将三氧化二镧溶于盐酸溶液中，降温，抽滤，真空干燥，得到晶体A；（2）将稀土、镁粉和铜粉加入盐酸溶液中，干燥至糊状；将钡铁氧体加到无水乙醇或氢氧化钠溶液中，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液互混融合，蒸发得到偏白色物体B；（3）向丙酮和乙醚混合溶液中依次添加晶体A、白色物体B，蒸发得到呈混合物C；继续添加丙酮和乙醚混合溶液，再次蒸发至糊状，重复多次；最后真空干燥、研磨得到磁离子抗菌粉体。本发明磁离子抗菌粉体的抗菌活性强。且能够有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用寿命。

Description

一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体
技术领域
本发明涉及抗菌材料领域，尤其涉及一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体。
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，本发明提供了一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体。本发明制得的磁离子抗菌粉体能够克服上述缺点，本发明的磁离子抗菌粉体内部能够形成原电池效应；由于具有磁性，在电位差的影响下，磁离子之间会互相交换流动，进而保证了磁性的活跃度和形成了源源不断的微磁效应，从而提高了抗菌的活性。同时，本发明的磁离子抗菌粉体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：一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，由以下方法制得：(1)晶体A的制备：配制45-55份盐酸溶液，向盐酸溶液中添加盐酸摩尔量1/5-1/7的三氧化二镧并不断搅拌，进行反应，生成氯化镧；反应结束后，降温，将溶液倒入蒸发皿中，用水浴蒸发直至析出白色结晶物，溶液变为淡黄色，停止水浴加热，降温，进行抽滤，将抽滤过后的固体真空干燥，得到半透明的晶体A。
(2)偏白色物体B的制备：
配制盐酸溶液；向盐酸溶液中添加总质量为盐酸溶液1/5-1/7的稀土、镁粉和铜粉；搅拌均匀，干燥至呈糊状物。
在盐酸溶液中，稀土可微溶于酸，因为稀土具有磁性，能够极大程度地保证磁离子的活跃性和磁性的保持性；镁粉可与酸溶液反应；铜虽然不会发生反应，但是稀土的粘性较高，会将铜粉均匀地包裹在其中，混合均匀干燥后呈糊状物。
将钡铁氧体粉末按固液比0.8-1.5g/mL加入到无水乙醇或氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液按质量比1.8-2.2:1互混融合，最后在水浴中蒸发至成为偏白色物体B。
(3)配制100-120份体积比为1:1.75-2.25的丙酮和乙醚混合溶液，先向混合溶液中添加30-50份晶体A，待晶体A完全溶解后，加入10-20份白色物体B，在22-28℃下搅拌均匀，然后加热蒸发溶剂直至形成呈糊状的混合物C；向混合物C中添加100-120份体积比为1:1.75-2.25的丙酮和乙醚混合溶液，再次加热蒸发溶剂直至呈糊状，重复多次；最后通过连续真空干燥直至形成白色物体，取出研磨得到磁离子抗菌粉体。
上述各物质份数均为重量份。
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。
本发明的磁离子抗菌粉体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。其优点具体为：
(1)磁离子抗菌粉体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，本发明制得的磁离子抗菌粉体通过离子的作用来达到抗菌的效果，在常温下抗菌性能比一般的抗菌剂要好。这种材料内部能够形成原电池效应，之所以会形成这种效应的原因是该材料内部含有的几种金属离子，这几种金属之间的价格差导致它们之间形成了电位差。而由于稀土具有磁性，在电位差的影响下，磁离子之间会互相交换流动，进而保证了磁性的活跃度和形成了源源不断的微磁效应，对于抗菌方面，也是借助微磁效应提高了抗菌的活性。
(2)磁离子抗菌粉体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。
磁离子抗菌粉体可损伤细胞膜。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。
磁离子抗菌粉体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。
磁离子抗菌粉体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)添加有磁离子抗菌粉体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。而磁离子抗菌粉体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，添加有磁离子抗菌粉体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，所述盐酸溶液的浓度为36-38wt％。
作为优选，步骤(1)中，抽滤过后的固体在50-60℃下真空干燥。
作为优选，步骤(2)中，所述盐酸溶液的浓度为34-38wt％。
作为优选，步骤(2)中，所述稀土为镧。
作为优选，步骤(2)中，所述稀土、镁粉和铜粉的摩尔比为1:1.8-2.2:1.8-2.2。
作为优选，步骤(2)中，所述钡铁氧体粉末添加到氢氧化钠溶液后，控制溶液pH值为8-11。
钡铁氧体粉末添加至氢氧化钠溶液后，是利用OH-将溶液中的金属离子共同沉淀，形成成纳米级超微粒。
作为优选，步骤(2)中，水浴蒸发温度为95-100℃。
作为优选，步骤(3)中，连续真空干燥温度为50-60℃。
作为优选，所述用于高分子材料的磁离子抗菌粉体的粒度为600-800目。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
本发明的磁离子抗菌粉体是通过离子的作用来达到抗菌的效果，在常温下抗菌性能比一般的抗菌剂要好。本发明的磁离子抗菌粉体内部能够形成原电池效应；由于具有磁性，在电位差的影响下，磁离子之间会互相交换流动，进而保证了磁性的活跃度和形成了源源不断的微磁效应，从而提高了抗菌的活性。同时，本发明的磁离子抗菌粉体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
一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，由以下方法制得：
(1)晶体A的制备：配制50g浓度为37wt％的盐酸溶液，向盐酸溶液中添加盐酸摩尔量1/6的三氧化二镧并不断搅拌，进行反应，生成氯化镧；反应结束后，降温，将溶液倒入蒸发皿中，用水浴蒸发直至析出白色结晶物，溶液变为淡黄色，停止水浴加热，降温，进行抽滤，将抽滤过后的固体在55℃下真空干燥，得到半透明的晶体A。
(2)偏白色物体B的制备：
配制浓度为36wt％的盐酸溶液；向盐酸溶液中添加总质量为盐酸溶液1/6的镧、镁粉和铜粉；搅拌均匀，干燥至呈糊状物。其中镧、镁粉和铜粉的摩尔比为1:2:2。
将钡铁氧体粉末按固液比1.2g/mL加入到无水乙醇中，搅拌均匀，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液按质量比2:1互混融合，最后在98℃的水浴中蒸发至成为偏白色物体B。
(3)配制110g体积比为1:2的丙酮和乙醚混合溶液，先向混合溶液中添加40g晶体A，待晶体A完全溶解后，加入15g白色物体B，在25℃下搅拌均匀，然后加热蒸发溶剂直至形成呈糊状的混合物C；向混合物C中添加110g体积比为1:2的丙酮和乙醚混合溶液，再次加热蒸发溶剂直至呈糊状，重复多次；最后在55℃下通过连续真空干燥直至形成白色物体，取出研磨得到粒度为600-800目的磁离子抗菌粉体。
实施例2
一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，由以下方法制得：
(1)晶体A的制备：配制45g浓度为36wt％的盐酸溶液，向盐酸溶液中添加盐酸摩尔量1/5的三氧化二镧并不断搅拌，进行反应，生成氯化镧；反应结束后，降温，将溶液倒入蒸发皿中，用水浴蒸发直至析出白色结晶物，溶液变为淡黄色，停止水浴加热，降温，进行抽滤，将抽滤过后的固体在50℃下真空干燥，得到半透明的晶体A。
(2)偏白色物体B的制备：
配制浓度为34wt％的盐酸溶液；向盐酸溶液中添加总质量为盐酸溶液1/5的镧、镁粉和铜粉；搅拌均匀，干燥至呈糊状物。其中镧、镁粉和铜粉的摩尔比为1:1.8:1.8。将钡铁氧体粉末按固液比0.8g/mL加入到氢氧化钠溶液中，控制溶液pH值为8-11。搅拌均匀，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液按质量比1.8:1互混融合，最后在95℃的水浴中蒸发至成为偏白色物体B。
(3)配制100g体积比为1:1.75的丙酮和乙醚混合溶液，先向混合溶液中添加30g晶体A，待晶体A完全溶解后，加入10g白色物体B，在22℃下搅拌均匀，然后加热蒸发溶剂直至形成呈糊状的混合物C；向混合物C中添加100g体积比为1:1.75的丙酮和乙醚混合溶液，再次加热蒸发溶剂直至呈糊状，重复多次；最后在50℃下通过连续真空干燥直至形成白色物体，取出研磨得到粒度为600-800目的磁离子抗菌粉体。
实施例3
一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，由以下方法制得：
(1)晶体A的制备：配制55g浓度为38wt％的盐酸溶液，向盐酸溶液中添加盐酸摩尔量1/7的三氧化二镧并不断搅拌，进行反应，生成氯化镧；反应结束后，降温，将溶液倒入蒸发皿中，用水浴蒸发直至析出白色结晶物，溶液变为淡黄色，停止水浴加热，降温，进行抽滤，将抽滤过后的固体在60℃下真空干燥，得到半透明的晶体A。
(2)偏白色物体B的制备：
配制浓度为38wt％的盐酸溶液；向盐酸溶液中添加总质量为盐酸溶液1/7的镧、镁粉和铜粉；搅拌均匀，干燥至呈糊状物。其中镧、镁粉和铜粉的摩尔比为1:2.2:2.2。
将钡铁氧体粉末按固液比1.5g/mL加入到无水乙醇或氢氧化钠溶液中，控制溶液pH值为8-11。搅拌均匀，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液按质量比2.2:1互混融合，最后在100℃的水浴中蒸发至成为偏白色物体B。
(3)配制120g体积比为1:2.25的丙酮和乙醚混合溶液，先向混合溶液中添加50g晶体A，待晶体A完全溶解后，加入20g白色物体B，在28℃下搅拌均匀，然后加热蒸发溶剂直至形成呈糊状的混合物C；向混合物C中添加120g体积比为1:2.25的丙酮和乙醚混合溶液，再次加热蒸发溶剂直至呈糊状，重复多次；最后在60℃下通过连续真空干燥直至形成白色物体，取出研磨得到粒度为600-800目的磁离子抗菌粉体。
对本发明的磁离子抗菌粉体测试了针对两种细菌的抗菌性能，测试结果如下表所示：表1磁离子抗菌粉体的抗菌效果(烧瓶振荡法)
其中，A:代表抗菌粉体在高分子材料中的运用。B：代表抗菌粉体在河水中的运用。C：代表抗菌粉体在陶瓷原料中的运用。
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 (10)

1.一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于：由以下方法制得：
（1）晶体A的制备：配制45-55份盐酸溶液，向盐酸溶液中添加盐酸摩尔量1/5-1/7的三氧化二镧并不断搅拌，进行反应，生成氯化镧；反应结束后，降温，将溶液倒入蒸发皿中，用水浴蒸发直至析出白色结晶物，溶液变为淡黄色，停止水浴加热，降温，进行抽滤，将抽滤过后的固体真空干燥，得到半透明的晶体A；
（2）偏白色物体B的制备：
配制盐酸溶液；向盐酸溶液中添加总质量为盐酸溶液1/5-1/7的稀土、镁粉和铜粉；搅拌均匀，干燥至呈糊状物；将钡铁氧体粉末按固液比0.8-1.5g/mL加入到无水乙醇或氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，形成纳米级超微粒溶液；将糊状物与纳米级超微粒溶液按质量比1.8-2.2:1互混融合，最后在水浴中蒸发至成为偏白色物体B；
（3）配制100-120份体积比为1:1.75-2.25的丙酮和乙醚混合溶液，先向混合溶液中添加30-50份晶体A，待晶体A完全溶解后，加入10-20份白色物体B，在 22-28℃下搅拌均匀，然后加热蒸发溶剂直至形成呈糊状的混合物C；向混合物C中添加100-120份体积比为1:1.75-2.25的丙酮和乙醚混合溶液，再次加热蒸发溶剂直至呈糊状，重复多次；最后通过连续真空干燥直至形成白色物体，取出研磨得到磁离子抗菌粉体；
上述各物质份数均为重量份。
2.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（1）中，所述盐酸溶液的浓度为36-38wt%。
3.如权利要求1或2所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（1）中，抽滤过后的固体在50-60℃下真空干燥。
4.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（2）中，所述盐酸溶液的浓度为34-38wt%。
5.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（2）中，所述稀土为镧。
6.如权利要求1或4或5所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（2）中，所述稀土、镁粉和铜粉的摩尔比为1:1.8-2.2:1.8-2.2。
7.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（2）中，所述钡铁氧体粉末添加到氢氧化钠溶液后，控制溶液pH值为8-11。
8.如权利要求1或7所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（2）中，水浴蒸发温度为95-100℃。
9.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，步骤（3）中，连续真空干燥温度为50-60℃。
10.如权利要求1所述的一种用于高分子材料的磁离子抗菌粉体，其特征在于，所述用于高分子材料的磁离子抗菌粉体的粒度为600-800目。
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