CN114747592A - 一种稳定高效的抗菌组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稳定高效的抗菌组合物及其制备方法，所述抗菌组合物包括溶剂油，二维材料和有机分散剂，还包括金属水合物。本发明通过在组合物中添加石墨烯和金属水合物，改善了石墨烯易团聚的问题，形成具有更强表面效应的抗菌成分，使得抗菌组合物对微生物的吸附能力提升，同时本发明优选白油作为主体基料，体系中无机相和有机相的相容性较好，抗菌组合物在高低温循环放置后仍能保持均一分散的储存状态。本发明提供了一种稳定高效的抗菌组合物，具有高效的抗菌性、稳定性和耐磨性，本发明的抗菌组合物可以广泛应用于抗菌材料中。本发明制备方法简单方便，可重复操作性强，有利于大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于抗菌技术领域，具体涉及一种稳定高效的抗菌组合物及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展和生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。微生物的污染影响着人们的健康生活，因此抗菌材料的抗菌性也越来越受到重视，市场需求也越来越大，日常生活中人们使用的很多材料具备抗菌性能也变得尤为重要，常常成为人们选择和购买的重要指标。现在经常通过在普通材料中添加具有抗菌性的成分实现材料的抗菌性，但目前市面上用于提高材料抗菌性的成分的实际应用效果并不理想，存在抗菌效果低，稳定性差等问题。
石墨烯是一种二维超薄纳米材料，具有很多优良的性质，但是石墨烯由于比表面积较大，容易造成团聚，不仅降低了自身的吸附能力，而且影响石墨烯自身优异性能的发挥。并且石墨烯团聚是不可逆的，除非施加外力使其均匀分散。同时，石墨烯在有机相中的浸润性会影响它的沉降体积，进一步影响它的分散性。因此石墨烯在实际应用过程中往往会遇到障碍，不能完全发挥性能效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括二维材料2-3％，有机分散剂0-0.5％，溶剂油补充余量。
优选的，所述二维材料为石墨烯。
进一步优选的，所述石墨烯为氧化石墨烯。
石墨烯具有独特的二维碳结构，其内部碳原子以sp2方式杂化，形成层状结构，呈现优异的光学、电学特性。随着生物纳米技术的发展，石墨烯在生命科学领域的应用受到越来越多的关注。本发明发现，在抗菌组合物中添加2-3％石墨烯能够提升抗菌组合物的抗菌效果，猜测是石墨烯与微生物细胞膜的骨架分子相互作用的活性较高，接触微生物时能够“抽离”细菌的细胞膜支撑结构，破坏细胞膜完整性，从而有效消除细菌。尽管石墨烯的优点诸多，但其本身的高比表面积、高吸附性使得其容易自团聚，难以在烷烃油体系中充分分散。本发明通过大量实验探究发现，当在抗菌组合物中加入金属水合物，尤其是碱式碳酸锌时，能够显著提升抗菌组合物的抗菌效果，原因可能是碱式碳酸锌能够高温分解为抗菌剂前驱体，生成的氧化锌原位负载于石墨烯层结构中，形成具有更强表面效应的抗菌成分，使得抗菌组合物对微生物的吸附能力提升，一方面破坏细菌外部骨架结构，另一方面金属氧化物的溶解可能破坏微生物体内调控物质的代谢平衡，不同机制同时作用，显著增强了抗菌组合物的抗菌效果。
优选的，所述抗菌组合物中还包括金属水合物。
进一步优选的，所述氧化石墨烯和金属水合物的重量比为(1-5)：1。
优选的，所述金属水合物为碱式碳酸锌、FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O或CuSO4·5H2O中的至少一种。
优选的，所述金属水合物占抗菌组合物的质量比为1-2％。
石墨烯、金属水合物均具有较高的表面活性，二者的有效结合过程难以控制。本发明探究发现，当石墨烯具体为氧化石墨烯时，其π-π结构中的活性官能团增多，氧原子的存在使得石墨烯更容易与自由电子形成共振感应，石墨烯负载金属水合物的能力大幅提升，金属水合物均匀填充于二维碳层结构中，解决了石墨烯容易团聚、难以充分有效地负载金属水合物的问题，得到的氧化石墨烯-金属水合物复合材料能够快速吸附空气中的病原体，破坏其细胞结构和生命活动平衡，抗菌效果进一步提升。
氧化石墨烯和金属水合物对于产品的抗菌作用具有明显的增效作用，但是其在烷烃油中的相容性较差，长时间放置后容易出现分层、团聚、变色缺陷；本发明通过大量实验探究发现，当氧化石墨烯和金属水合物的重量比为(1-5)：1时，抗菌组合物的稳定性显著提升，可能是该条件下纳米级碱式碳酸锌与有机分散剂共同插层于石墨烯片层结构中，形成稳定的空间位垒，抑制了石墨烯团聚形成沉降颗粒，提升了抗菌组合物中无机构相和有机构相的相容程度，使得抗菌组合物在长时间放置后仍能保持均匀、分散的储存状态，不容易产生沉淀影响抗菌组合物的抗菌效果，体系中抗菌剂、抗菌剂前驱体在有机分散剂的“锚固作用下”表面性质得到优化，能够充分作用于微生物内外结构，达到快速、广谱抗菌的效果。
优选的，所述有机分散剂选自烷基苯磺酸盐、季铵盐、胺盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐中的一种或多种。
优选的，所述溶剂油为烷烃油和/或芳香烃油。
优选的，所述烷烃油为白油。
优选的，所述白油的运动粘度为2-10mm2/s，测试温度为40℃。
进一步优选的，所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物。
进一步优选的，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比为1：(2-4)：(1.4-3)。
溶剂油作为抗菌组合物的主体基料，其性质的差异直接影响着抗菌组合物的性能体现。本发明发现，当选择白油作为溶剂油使用时，体系中无机相和有机相的相容性较好，抗菌组合物在高低温循环放置后仍能保持均一分散的储存状态；本发明意外地发现，当选择白油作为溶剂油时，抗菌组合物表现出优异的润滑、抗磨效果，尤其是白油为3号白油，5号白油，7号白油复配时，抗菌组合物与钢球接触摩擦后钢球在磨损实验后的磨损面积较小，原因在于抗菌组合物中的无机层状结构的剪切强度较低，碳层结构在钢球和摩擦面间形成应力保护膜，减少摩擦面间接触，将钢球所承受的磨损压力有效稀释。进一步发现3号白油，5号白油，7号白油的重量比为1：(2-4)：(1.4-3)时，抗菌组合物的稳定性、抗菌性和耐磨性均达到最大程度的优化，可能是该条件下石墨烯、金属水合物和有机分散剂在基料中的流动性最佳，体系中有效组分能够保持良好的分散性，抑制了组分团聚形成油泥使钢珠磨损加剧，从而赋予抗菌组合物优异的润滑抗磨效果。
本发明第二方面提供了所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法，在200℃以上将二维材料和金属水合物混合，混合后再与溶剂油、有机分散剂混合，得到抗菌组合物。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
(1)本发明提供了一种稳定高效的抗菌组合物，具有高效的抗菌性、稳定性和耐磨性，本发明的抗菌组合物可以广泛应用于抗菌材料中，对于提高人们的生活健康和生活品质具有重要意义。本发明制备方法简单方便，可重复操作性强，有利于大规模生产。
(2)本发明通过在组合物中添加石墨烯和金属水合物，改善了石墨烯易团聚的问题，形成具有更强表面效应的抗菌成分，使得抗菌组合物对微生物的吸附能力提升，一方面破坏细菌外部骨架结构，另一方面金属氧化物的溶解可能破坏微生物体内调控物质的代谢平衡，不同机制同时作用，显著增强了抗菌组合物的抗菌效果。同时本发明优选白油作为主体基料，体系中无机相和有机相的相容性较好，抗菌组合物在不同温度循环放置后仍能保持均一分散的储存状态。
附图说明
图1为实施例1的抗菌组合物的TGA测试曲线的原始谱图；
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
本发明中的原料均购自以下厂家：
氧化石墨烯：上海茂果纳米科技有限公司
十二烷基苯磺酸钠：南京米兰化工有限公司
脂肪醇硫酸铵：南通市谦和化工有限公司
纳米碱式碳酸锌：Sigma-Aldrich
3号白油：浩瑞石化
5号白油：浩瑞石化
7号白油：浩瑞石化
实施例1
本实施例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在300℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。图1抗菌组合物的TGA测试曲线的原始谱图。
实施例2
本实施例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：2：3。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在300℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
实施例3
本实施例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在300℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
实施例4
本实施例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2％，脂肪醇硫酸铵0.3％，纳米碱式碳酸锌1％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为5号白油。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在260℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和脂肪醇硫酸铵混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
对比例1
本对比例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：将纳米碱式碳酸锌，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
对比例2
本对比例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：将氧化石墨烯，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
对比例3
本对比例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在300℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
对比例4
本对比例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为15mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在300℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
对比例5
本对比例提供了一种稳定高效的抗菌组合物，按重量百分比计，包括氧化石墨烯2.5％，十二烷基苯磺酸钠0.3％，纳米碱式碳酸锌1.5％，溶剂油补充余量。所述溶剂油为白油，所述白油的运动粘度为7mm2/s，测试温度为40℃。所述白油为3号白油，5号白油，7号白油的混合物，所述3号白油，5号白油，7号白油的重量比1：3：2。
所述稳定高效的抗菌组合物的制备方法为：在150℃将氧化石墨烯和纳米碱式碳酸锌混合，得到混合物，将混合物，溶剂油和十二烷基苯磺酸钠混合，得到稳定高效的抗菌组合物。
性能测试
将实施例1～4和对比例1～5得到的抗菌组合物进行性能测试。
1、抗菌性：将抗菌组合物分别与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在37℃下进行孵育(细菌数均为1×104cfc/mL)，分别测定8h和24h后的细菌数。结果见表1。
表1抗菌性测试结果
2、稳定性：将抗菌组合物倒入离心管中在透明水浴锅中在不同温度下连续放置，即15℃静置5天，继续在40℃静置40天，继续在15℃静置75天，记录离心管中开始出现明显沉淀的时间。本发明的实施例1～4一直未出现沉淀，对比例分别在不同的时间出现沉淀。结果见表2。
表2稳定性测试结果
3、抗磨性：据行业标准SH/T0189-92进行磨损试验。实验条件为：转速为1200r/min，载荷392N，试验时间60min。结果见表3。
表3抗磨性测试结果
| 项目 | 磨斑直径(mm) |
| 实施例1 | 0.569 |
| 实施例2 | 0.577 |
| 实施例3 | 0.588 |
| 实施例4 | 0.586 |
| 对比例1 | 0.648 |
| 对比例2 | 0.649 |
| 对比例3 | 0.695 |
| 对比例4 | 0.689 |
| 对比例5 | 0.671 |
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，按重量百分比计，包括二维材料2-3％，有机分散剂0-0.5％，溶剂油补充余量。
2.根据权利要求1所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述二维材料为石墨烯。
3.根据权利要求2所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯。
4.根据权利要求1～3任一项所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述有机分散剂选自烷基苯磺酸盐、季铵盐、胺盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述溶剂油为烷烃油和/或芳香烃油。
6.根据权利要求5所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述烷烃油为白油。
7.根据权利要求6所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述白油的运动粘度为2-10mm2/s，测试温度为40℃。
8.根据权利要求1所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述抗菌组合物中还包括金属水合物。
9.根据权利要求8所述的稳定高效的抗菌组合物，其特征在于，所述金属水合物占抗菌组合物的质量比为1-2％。
10.一种根据权利要求8或9所述的稳定高效的抗菌组合物的制备方法，其特征在于：在200℃以上将二维材料和金属水合物混合，混合后再与溶剂油、有机分散剂混合，得到抗菌组合物。
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