CN115340354A - 一种具有杀菌功效的硅藻泥及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保装修材料的技术领域，提供了一种具有杀菌功效的硅藻泥及制备方法。所述硅藻泥的组分包括40‑45重量份硅藻土、7‑10重量份填料、2‑4重量份可再分散乳胶粉、10‑12重量份水玻璃、1‑3重量份聚丙烯短纤维、50‑60重量份水、5‑10重量份烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶。本发明通过在硅藻泥制备过程中添加烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶，与直接添加纳米银和/或纳米二氧化钛相比，本发明的方法明显提高了硅藻泥的杀菌能力。
Description
技术领域
本发明属于环保装修材料的技术领域，提供了一种具有杀菌功效的硅藻泥及制备方法。
背景技术
硅藻泥是一种天然环保墙体装饰材料，易于施工，可用于内墙和顶棚装饰。硅藻泥主要由生物成因的硅质沉积岩组成，天然环保，其本身无毒无味，可以做出各种颜色的肌理，造型丰富，样式齐全，色彩柔和，效果自然，可缓解视觉疲劳。而且，硅藻泥的多孔结构使其具有良好的物理吸附性能，可吸音降噪及吸附有害气体，改善室内环境。
硅藻泥的缺点在于，其多孔结构容易吸附空气中的水分和细菌，潮湿孔隙进一步为细菌生存提供良好环境，使得细菌快速繁殖，不仅影响硅藻泥质量，还影响室内空气质量。因此，制备具有杀菌功效的硅藻泥十分重要。
纳米银是一种常用的杀菌材料，可与细菌的氧代谢酶结合使其失去活性，导致细菌窒息而死。纳米二氧化钛可在光催化作用下使细菌分解而实现抗菌效果。将纳米银和/或纳米二氧化钛加入硅藻泥中，可在一定程度上提高硅藻泥的抗菌性能，但是，纳米银和纳米二氧化钛直接添加时与细菌的接触不好，杀菌效果有待提高。
发明内容
针对上述情况，本发明提出一种具有杀菌功效的硅藻泥及制备方法，通过在硅藻泥制备过程中添加烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶，可明显提高硅藻泥的杀菌能力。
本发明涉及的具体技术方案如下：
本发明提供了一种具有杀菌功效的硅藻泥，包括硅藻土、填料、可再分散乳胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水、烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶。
优选的，本发明的硅藻泥的组分中，烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、填料、可再分散乳胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为5-10：40-45：7-10：2-4：10-12：1-3：50-60。
优选的，所述填料包括但不限于碳酸钙、钛白粉、滑石粉、贝壳粉、云母粉、硅灰石粉中的一种或几种。
优选的，所述可再分散乳胶粉包括但不限于苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸酯胶粉中的一种或几种。
本发明还提供了烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶的制备过程，具体为：将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于70-80℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下12-15h形成凝胶，再在-20±5℃、0.2-0.3mbar真空度下冷冻干燥24-36h形成气凝胶；破碎研磨。
优选的，上述烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶的制备过程中，烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.5-0.8：0.8-1：100：0.05-0.1：0.6-0.8：0.8-1。
本发明采用果胶和羧甲基纤维素作为凝胶骨架，在凝胶形成过程中，将纳米银和纳米二氧化钛原位负载于凝胶的三维网络结构中。果胶具有良好的吸水性，可吸收空气中的水分而发生溶胀，并且具有良好的黏性，可将细菌吸附并粘附在凝胶网络中，增加细菌与纳米银、纳米二氧化钛的接触，从而提高纳米银、纳米二氧化钛的杀菌效果。
进一步的，本发明采用的是烷基化果胶。现有研究表明，将有机碳链引入到果胶分子中，可提高果胶的疏水性和黏性。在本发明的技术方案中，对果胶进行烷基化改性的作用有三个：第一，烷基化果胶具有比原果胶更高的黏性，对细菌的粘附作用更好，有利于细菌与纳米银、纳米二氧化钛的接触；第二，由于烷基化降低了果胶的亲水性，而细菌更喜欢潮湿环境，因而，烷基化果胶相比于原果胶形成的三维凝胶更不利于细菌繁殖；第三，由于果胶吸水后会膨胀而占据凝胶孔隙，造成孔隙率降低，比表面积降低，不利于对细菌的吸附，而通过烷基化在一定程度上降低果胶亲水性，降低体积膨胀，有利于维持一定的孔隙结构，保证对细菌的吸附能力。
烷基化果胶可采用现有技术方法进行制备，优选的制备方法为：将果胶溶于去离子水中，配成20mg/mL的果胶溶液，加入四丁基氢氧化铵直至pH值为7，冻干，得到TBA果胶盐；将TBA果胶盐溶于二甲基亚砜中，配成20mg/mL的TBA果胶盐溶液，加入溴代烷烃，在50℃下搅拌反应24h；在超纯水中透析7天除去二甲基亚砜，向透析液中加入1mol/L氯化钠溶液，在4℃下反应24h；抽滤，采用无水乙醇洗涤除去氯离子，再用无水丙酮洗涤，干燥。
优选的，上述烷基化果胶的制备过程中，TBA果胶盐、溴代烷烃、氯化钠的质量比为400：75-100：17-18。
优选的，所述溴代烷烃包括但不限于1-溴代正十二烷、1-溴代正十八烷中的一种。
本发明还提供了上述具有杀菌功效的硅藻泥的制备方法，其制备过程为，先将可再分散乳胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、填料、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。
本发明提供了一种具有杀菌功效的硅藻泥及制备方法，其有益效果在于，本发明在硅藻泥制备过程中添加烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶，与直接添加纳米银和/或纳米二氧化钛相比，本发明的方法明显提高了硅藻泥的杀菌能力。
具体实施方式
以下具体实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明范围的限制，根据本发明的技术思路做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
以下实施例中所使用的烷基化果胶是参照以下现有技术的方法制备而得：将果胶溶于去离子水中，配成20mg/mL的果胶溶液，加入四丁基氢氧化铵直至pH值为7，冻干，得到TBA果胶盐；将TBA果胶盐溶于二甲基亚砜中，配成20mg/mL的TBA果胶盐溶液，加入1-溴代正十二烷，在50℃下搅拌反应24h；在超纯水中透析7天除去二甲基亚砜，向透析液中加入1mol/L氯化钠溶液，在4℃下反应24h；抽滤，采用无水乙醇洗涤除去氯离子，再用无水丙酮洗涤，干燥。TBA果胶盐、1-溴代正十二烷、氯化钠的质量比为400：75：17.5。
实施例1
制备烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶：将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于70℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下12h形成凝胶，再在-20℃、0.3mbar真空度下冷冻干燥24h形成气凝胶；破碎研磨。其中，烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.5：1：100：0.1：0.6：0.8。
制备杀菌硅藻泥：先将乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、碳酸钙、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。其中，烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、碳酸钙、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为5：40：8：3：10：2：55。
参考HG/T3950-2007标准测试抑菌率，细菌培养条件为温度28℃、相对湿度90%、时间28天。测得实施例1的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为99.11%，对白色念珠菌的抑菌率为99.85%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.06%。
实施例2
制备烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶：将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于80℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下14h形成凝胶，再在-25℃、0.2mbar真空度下冷冻干燥36h形成气凝胶；破碎研磨。其中，烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.6：0.9：100：0.1：0.7：0.9。
制备杀菌硅藻泥：先将苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、碳酸钙、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。其中，烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、碳酸钙、苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为7：40：8：3：10：2：55。
按上述方法测得实施例2的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为99.46%，对白色念珠菌的抑菌率为99.94%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.35%。
实施例3
制备烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶：将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于75℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下13h形成凝胶，再在-15℃、0.3mbar真空度下冷冻干燥30h形成气凝胶；破碎研磨。其中，烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.7：0.9：100：0.1：0.7：0.9。
制备杀菌硅藻泥：先将乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、滑石粉、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。其中，烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、滑石粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为8：40：8：3：10：2：55。
按上述方法测得实施例3的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为99.61%，对白色念珠菌的抑菌率为99.97%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.47%。
实施例4
制备烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶：将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于75℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下15h形成凝胶，再在-20℃、0.2mbar真空度下冷冻干燥28h形成气凝胶；破碎研磨。其中，烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.8：0.8：100：0.1：0.8：1。
制备杀菌硅藻泥：先将丙烯酸酯胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、滑石粉、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。其中，烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、滑石粉、丙烯酸酯胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为10：40：8：3：10：2：55。
按上述方法测得实施例4的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为99.73%，对白色念珠菌的抑菌率为99.98%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.53%。
对比例1
未使用烷基化果胶，而是直接使用原果胶制备复合气凝胶，其他组分和制备过程与实施例4相同。
按上述方法测得对比例1的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为93.38%，对白色念珠菌的抑菌率为97.52%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为91.15%。
对比例2
未制备复合气凝胶，而是直接添加纳米银粉和纳米二氧化钛，其他组分和制备过程与实施例4相同。
按上述方法测得对比例2的硅藻泥对大肠杆菌的抑菌率为75.52%，对白色念珠菌的抑菌率为93.65%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率为71.77%。
Claims (10)
1.一种具有杀菌功效的硅藻泥，包括硅藻土、填料、可再分散乳胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水，其特征在于：还包括烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶、硅藻土、填料、可再分散乳胶粉、水玻璃、聚丙烯短纤维、水的质量比为5-10：40-45：7-10：2-4：10-12：1-3：50-60。
3.根据权利要求1所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：所述填料包括但不限于碳酸钙、钛白粉、滑石粉、贝壳粉、云母粉、硅灰石粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：所述可再分散乳胶粉包括但不限于苯乙烯-丁二烯共聚物胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、丙烯酸酯胶粉中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶的制备过程为，将烷基化果胶、羧甲基纤维素加入0.1mol/L柠檬酸缓冲液中，置于70-80℃水浴中搅拌溶解；然后加入二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛，搅拌分散均匀，并调节体系pH值为3；冷却至室温，脱泡；先置于4℃下12-15h形成凝胶，再在-20±5℃、0.2-0.3mbar真空度下冷冻干燥24-36h形成气凝胶；破碎研磨。
6.根据权利要求5所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：烷基化果胶、羧甲基纤维素、柠檬酸缓冲液、二水合氯化钙、纳米银粉、纳米二氧化钛的质量比为0.5-0.8：0.8-1：100：0.05-0.1：0.6-0.8：0.8-1。
7.根据权利要求1所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：烷基化果胶的制备过程为，将果胶溶于去离子水中，配成20mg/mL的果胶溶液，加入四丁基氢氧化铵直至pH值为7，冻干，得到TBA果胶盐；将TBA果胶盐溶于二甲基亚砜中，配成20mg/mL的TBA果胶盐溶液，加入溴代烷烃，在50℃下搅拌反应24h；在超纯水中透析7天除去二甲基亚砜，向透析液中加入1mol/L氯化钠溶液，在4℃下反应24h；抽滤，采用无水乙醇洗涤除去氯离子，再用无水丙酮洗涤，干燥。
8.根据权利要求7所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：所述溴代烷烃包括但不限于1-溴代正十二烷、1-溴代正十八烷中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种具有杀菌功效的硅藻泥，其特征在于：TBA果胶盐、溴代烷烃、氯化钠的质量比为400：75-100：17-18。
10.权利要求1-9任一项所述的具有杀菌功效的硅藻泥的制备方法，其特征在于：硅藻泥的制备过程为，先将可再分散乳胶粉加入水中分散均匀，然后加入硅藻土、填料、水玻璃、聚丙烯短纤维并分散均匀，再加入烷基化果胶/羧甲基纤维素/银/二氧化钛复合气凝胶并分散均匀。
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