CN106977770A - 一种微磁电离子抗菌剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微磁电离子抗菌剂，包括下列重量份组成：SiO₂：10～25份镁粉：1～5份稀土材料：0.1～2份铜粉：1～8份钡铁氧体：0.1～2份。通过本发明制备的抗菌剂，在高分子材料的应用中，具有较好的抗菌效果的同时，还能够保证在长期使用环境中，仍然能够保持其抗菌效果。

Description

一种微磁电离子抗菌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体的说是涉及一种微磁电离子抗菌剂及其制备方法、抗菌高分子材料。

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添加进高分子材料中的抗菌剂，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。第一种是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，而小分子抗菌剂会渗透进人的皮肤，给人来生命安全带来更大隐患。第二种是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。第三种是有机锡类的抗菌剂。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

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供高效抗菌的微磁电离子抗菌剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种微磁电离子抗菌剂，包括下列重量份组成：

SiO₂：10～25份

镁粉：1～5份

稀土材料：0.1～2份

铜粉：1～8份

钡铁氧体：0.1～2份。

作为本发明的进一步改进，

所述稀土材料为稀土氧化物。

作为本发明的进一步改进，

所述稀土材料为氧化铈、氧化钇中至少一种。

作为本发明的进一步改进，

还包括有：

二氧化钡：0.1～2份。

微磁电离子抗菌剂的制备方法：

步骤一：称取二氧化硅粉体，溶于水中配成悬浮液，并进行搅拌；

步骤二：当pH达到6时，称取镁粉用去离子水配成溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌；

步骤三：称取铜粉，用去离子水配成溶液，缓慢滴入上述SiO2悬浮液中，搅拌；

步骤四：最后称取稀土材料和钡铁氧体，滴加硝酸铁溶液后，再继续搅拌30min，之后再加入少量铜粉，搅拌得A；

步骤五：将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸配成溶液，放入搅拌器上搅拌得B；

步骤六：将A转移到温度60～85℃的水浴容器中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B滴加入A中，待滴加完毕后，再升温，搅拌陈化；

步骤七：将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，烘干；

步骤八：取出步骤七中的固体，进行研磨后，再放入马弗炉中进行粉体的焙烧；

步骤九：取焙烧物经研磨得抗菌粉体。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤五中：钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸的质量比为1∶1∶2。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤六中B滴加入A的速度为10滴/秒，再升温过程中升温至80℃左右。作为本发明的进一步改进，

所述步骤四中，硝酸铁溶液浓度为5％，用量为15mL。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤五中，搅拌的在恒温条件下进行，恒温温度为60～80摄氏度。

作为本发明的进一步改进，

所述步骤八中，焙烧温度为300～700℃。

微磁电无机抗菌高分子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。有效的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，使一般的高分子材料符合了更为广泛的应用需求。

离子抗菌技术与普通的抗菌技术不同就在于离子材料的抗菌作用对微生物的生命活力所产生的不良影响和后果。这些不良影响和后果，最集中的表现就是影响微生物的生长、繁殖以致死亡。也就是抑制微生物的生长、繁殖或杀死微生物的作用。抗菌材料和微生物之间的关系可看作微生物与环境的关系，特别是对微生物有毒性的环境，离子抗菌剂作用机理有以下几个方面：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

本发明通过磁场加强了复合金属离子的电离活性和强度，有效的提高了抗菌灭菌性能，有效的防止细菌的滋生。在添加入高分子材料中之后，能够有效提高高分子材料的抗菌性能。

优点：1.微磁电离子抗菌高分子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，微磁电离子抗菌高分子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.微磁电离子抗菌高分子材料可以有效抑制细菌生长。离子交换可以抑制细菌细胞壁中重要的组分部为肽聚糖中的多糖链与四肽交联连接，从而使细胞壁失去完整性，也就失去了对渗透压的保护作用，直至损害菌体而死亡。

对于细菌来说，细胞膜是其生命活动重要的组成部分。离子交换法使细菌细胞膜受损伤、破坏，这将导致细菌直接死亡。

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。

3.微磁电离子抗菌高分子材料的使用寿命长。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。而微磁电离子抗菌高分子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，微磁电离子抗菌高分子材料的使用寿命会比较长。

具体实施方式

实施例一：

包括下列重量份组成：

SiO₂：10份

镁粉：3份

氧化铈：2份

铜粉：5份

钡铁氧体：0.5份。

称取二氧化硅粉体，溶于200mL水中配成悬浮液，以200r/min的速度搅拌30min，此时pH＝6。再精确称取镁粉(精确至0.0002g)，用去离子水配成50mL溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌30min。再精确称取铜粉2g，用去离子水配成50mL溶液，缓慢滴入上述SiO2悬浮液中，中速搅拌，最后称氧化铈和钡铁氧体，加入溶液浓度为5％硝酸铁溶液15mL，待硝酸铁溶液滴加完毕后，再继续搅拌30min，之后再加入3g铜粉，搅拌10min得A；

同时将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒温80℃电磁搅拌器上搅拌约1h得B；将A转移到温度80摄氏度的水浴三口瓶中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B以极缓慢速度(约10滴/min)滴加入A中，待滴加完毕后，再升温至80度，搅拌陈化半个小时。将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，在120℃下干燥8小时。取出研磨后，再放入马弗炉中升温保温程序500℃进行粉体的焙烧，取出经研磨得抗菌粉体。

实施例二：

包括下列重量份组成：

SiO₂：15份

镁粉：5份

氧化铈：1份

铜粉：2份

钡铁氧体：1份。

称取二氧化硅粉体，溶于200mL水中配成悬浮液，以200r/min的速度搅拌30min，此时pH＝6。再精确称取镁粉(精确至0.0002g)，用去离子水配成50mL溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌30min。再精确称取铜粉1g，用去离子水配成50mL溶液，缓慢滴入上述Si02悬浮液中，中速搅拌，最后称氧化铈和钡铁氧体，加入溶液浓度为5％硝酸铁溶液15mL，待硝酸铁溶液滴加完毕后，再继续搅拌30min，之后再加入1g铜粉，搅拌10min得A；

同时将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒温80℃电磁搅拌器上搅拌约1h得B；将A转移到温度80摄氏度的水浴三口瓶中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B以极缓慢速度(约10滴/min)滴加入A中，待滴加完毕后，再升温至80度，搅拌陈化半个小时。将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，在120℃下干燥8小时。取出研磨后，再放入马弗炉中升温保温程序300℃进行粉体的焙烧，取出经研磨得抗菌粉体。

实施例三：

包括下列重量份组成：

SiO₂：25份

镁粉：1份

氧化钇：0.5份

铜粉：8份

钡铁氧体：2份；

二氧化钡：1份。

称取二氧化硅粉体，溶于200mL水中配成悬浮液，以200r/min的速度搅拌30min，此时pH＝6。再精确称取镁粉(精确至0.0002g)，用去离子水配成50mL溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌30min。再精确称取铜粉5g，用去离子水配成50mL溶液，缓慢滴入上述SiO2悬浮液中，中速搅拌，最后称氧化钇、二氧化钡和钡铁氧体，加入溶液浓度为5％硝酸铁溶液15mL，待硝酸铁溶液滴加完毕后，再继续搅拌30min，之后再加入3g铜粉，搅拌10min得A；

同时将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒温80℃电磁搅拌器上搅拌约1h得B；将A转移到温度80摄氏度的水浴三口瓶中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B以极缓慢速度(约10滴/min)滴加入A中，待滴加完毕后，再升温至80度，搅拌陈化半个小时。将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，在120℃下干燥8小时。取出研磨后，再放入马弗炉中升温保温程序700℃进行粉体的焙烧，取出经研磨得抗菌粉体。

实施例四：

包括下列重量份组成：

SiO₂：20份

镁粉：4份

氧化钇：2份

铜粉：3份

钡铁氧体：2份。

称取二氧化硅粉体，溶于200mL水中配成悬浮液，以200r/min的速度搅拌30min，此时pH＝6。再精确称取镁粉(精确至0.0002g)，用去离子水配成50mL溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌30min。再精确称取铜粉1g，用去离子水配成50mL溶液，缓慢滴入上述SiO2悬浮液中，中速搅拌，最后称氧化钇和钡铁氧体，加入溶液浓度为5％硝酸铁溶液15mL，待硝酸铁溶液滴加完毕后，再继续搅拌30min，之后再加入2g铜粉，搅拌10min得A；

同时将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒温80℃电磁搅拌器上搅拌约1h得B；将A转移到温度80摄氏度的水浴三口瓶中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B以极缓慢速度(约10滴/min)滴加入A中，待滴加完毕后，再升温至80度，搅拌陈化半个小时。将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，在120℃下干燥8小时。取出研磨后，再放入马弗炉中升温保温程序700℃进行粉体的焙烧，取出经研磨得抗菌粉体。

将实施例中制备的抗菌剂，以1％的含量加入到PVC塑料粒子中混合，通过双螺杆挤出机混合挤出抗菌PVC颗粒。用于以下实验：

抗菌性能测试：

准确称取0.1g样品，加入到装有99mL无菌水的三角瓶中，用超声波分20min。加入1mL浓度为107CFU/mL菌悬液。另取一个装有99mL无菌水的三角瓶作为空白对照，只加入1mL菌悬液。将上述三角瓶置于振荡培养箱，于37℃、200r/min条件下振荡培养30min。三角瓶中各取0.2mL混合液，适当稀释后，涂布在培养皿上，于35℃下恒温培养48～72h，进行菌落计数。上述两组样品各做3个平行实验，抗菌率按以下公式计算：R＝[(A-B)/A]*100％

R——抗菌率，

A——空白对照组的平均菌落数；

B——加入待测抗菌样品的平均菌落数。

菌种的选择上选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。

同时将实施例中的PVC抗菌颗粒在紫外灯下照射30分钟、2小时、24小时模拟日常使用状态后，再次进行抗菌性能测试。

表一：无紫外灯照射抗菌率

表二：紫外灯照射30分钟抗菌率

表三：紫外灯照射2小时抗菌率

表四：紫外灯照射24小时抗菌率

微磁电无机抗菌高分子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。有效的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，使一般的高分子材料符合了更为广泛的应用需求。

离子抗菌技术与普通的抗菌技术不同就在于离子材料的抗菌作用对微生物的生命活力所产生的不良影响和后果。这些不良影响和后果，最集中的表现就是影响微生物的生长、繁殖以致死亡。也就是抑制微生物的生长、繁殖或杀死微生物的作用。抗菌材料和微生物之间的关系可看作微生物与环境的关系，特别是对微生物有毒性的环境，离子抗菌剂作用机理有以下几个方面：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

本发明通过磁场加强了复合金属离子的电离活性和强度，有效的提高了抗菌灭菌性能，有效的防止细菌的滋生。在添加入高分子材料中之后，能够有效提高高分子材料的抗菌性能。

优点：1.微磁电离子抗菌高分子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，微磁电离子抗菌高分子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.微磁电离子抗菌高分子材料可以有效抑制细菌生长。离子交换可以抑制细菌细胞壁中重要的组分部为肽聚糖中的多糖链与四肽交联连接，从而使细胞壁失去完整性，也就失去了对渗透压的保护作用，直至损害菌体而死亡。

对于细菌来说，细胞膜是其生命活动重要的组成部分。离子交换法使细菌细胞膜受损伤、破坏，这将导致细菌直接死亡。

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。

3.微磁电离子抗菌高分子材料的使用寿命长。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。而微磁电离子抗菌高分子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，微磁电离子抗菌高分子材料的使用寿命会比较长。

通过本发明制备的抗菌剂，在高分子材料的应用中，具有较好的抗菌效果的同时，还能够保证在长期使用环境中，仍然能够保持其抗菌效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微磁电离子抗菌剂，其特征在于：包括下列重量份组成：

SiO₂：10～25份

镁粉：1～5份

稀土材料：0.1～2份

铜粉：1～8份

钡铁氧体：0.1～2份。

2.根据权利要求1所述的一种微磁电离子抗菌剂，其特征在于：

所述稀土材料为稀土氧化物。

3.根据权利要求1或2所述的一种微磁电离子抗菌剂，其特征在于：

所述稀土材料为氧化铈、氧化钇中至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种微磁电离子抗菌剂，其特征在于：

还包括有：

二氧化钡：0.1～2份。

5.如权利要求1至4所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法：其特征在于：

步骤一：称取二氧化硅粉体，溶于水中配成悬浮液，并进行搅拌；

步骤二：当pH达到6时，称取镁粉用去离子水配成溶液，加入上述二氧化硅悬浮液中，高速搅拌；

步骤三：称取铜粉，用去离子水配成溶液，缓慢滴入上述SiO2悬浮液中，搅拌；

步骤四：最后称取稀土材料和钡铁氧体，滴加硝酸铁溶液后，再继续搅拌30min，之后再加入少量铜粉，搅拌得A；

步骤五：将钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸配成溶液，放入搅拌器上搅拌得B；

步骤六：将A转移到温度60～85℃的水浴容器中，保温约10分钟左右；在搅拌条件下，将B滴加入A中，待滴加完毕后，再升温，搅拌陈化；

步骤七：将取出的二氧化钛包覆的溶胶体系放入烘箱中，烘干；

步骤八：取出步骤七中的固体，进行研磨后，再放入马弗炉中进行粉体的焙烧；

步骤九：取焙烧物经研磨得抗菌粉体。

6.根据权利要求5所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤五中：钛酸四丁酯、乙醇和冰醋酸的质量比为1∶1∶2。

7.根据权利要求6所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤六中B滴加入A的速度为10滴/秒，再升温过程中升温至80℃左右。

8.根据权利要求7所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤四中，硝酸铁溶液浓度为5％，用量为15mL。

9.根据权利要求8所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤五中，搅拌的在恒温条件下进行，恒温温度为60～80摄氏度。

10.根据权利要求9所述的微磁电离子抗菌剂的制备方法，其特征在于：

所述步骤八中，焙烧温度为300～700℃。