CN119463595B - 一种锅具抑菌材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锅具材料领域，提供了一种锅具抑菌材料及其制备方法，材料包括表面改性氮化硼纳米管包覆银填料、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒、聚四氟乙烯、有机硅树脂、热稳定剂、聚乙二醇400、乙醇及固化剂。制备方法通过将改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒与聚乙二醇400、乙醇混合，搅拌后加入聚四氟乙烯、有机硅树脂和热稳定剂，制备涂层浆料，并加入固化剂搅拌均匀，涂覆于锅具基材表面，经高温固化形成涂层。材料采用银掺杂及二氧化硅负载等工艺，表现出优异的抗菌性、稳定性和耐磨性。本发明解决了锅具涂层抗菌性能不足的问题，适用于厨房锅具的涂层应用。

Description

一种锅具抑菌材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锅具材料领域，具体涉及一种锅具抑菌材料及其制备方法。
背景技术
随着现代家庭生活品质的不断提升，厨房锅具的功能性和安全性已成为消费者关注的重点。作为食品加工的重要工具，锅具在长期使用过程中容易受到细菌、霉菌等微生物侵袭，尤其是在高湿度、高温油烟等复杂使用环境下，细菌滋生可能导致交叉污染，威胁食品安全和人体健康。因此，开发具备高效抑菌性能的锅具材料成为锅具行业的关键需求。与此同时，锅具在使用过程中还需要承受频繁的摩擦、刮擦和高温条件，这就对其表面涂层的耐磨性提出了更高的要求。锅具材料不仅需要在极端环境下保持长效抑菌性能，还需具备优异的耐磨性，以确保其使用寿命和稳定性。因此，满足抑菌和耐磨性能双重需求的锅具涂层材料，不仅能够显著提升锅具的卫生安全性，还能延长其使用寿命，降低更换成本，对提升消费者体验和推动行业技术升级具有重要意义。材料性能的不断优化和突破，将为锅具行业提供更高附加值的产品，并进一步拓宽其应用场景，从而促进绿色、健康和高性能锅具的广泛应用。
目前，锅具涂层材料的研发已取得一定成果，但仍存在诸多不足。如专利号为CN107981702B的中国专利公开了一种抗菌不粘锅具及其制造方法，其通过在涂层中添加银离子实现抑菌效果，但由于银离子在高温环境下易失活，导致长效抑菌性能不足。同时，现有涂层材料在耐磨性方面也存在明显局限。如专利号为CN107080468B的中国专利介绍了一种高硬度耐磨涂层，但其耐磨性能在强烈摩擦环境下迅速降低，无法满足锅具长期使用需求。导致这些不足的原因主要在于材料体系设计的单一性及其性能平衡的局限性：一方面，传统抑菌材料通常依赖于单一抗菌剂的物理或化学作用，难以在复杂环境下保持长效抑菌；另一方面，耐磨涂层通常以高硬度为目标，但在实际使用中却因缺乏柔韧性和抗刮擦能力而表现出较低的综合性能。因此，如何在锅具材料中同时实现长效抑菌和高耐磨性能，成为当前技术领域的关键难题，也是锅具行业亟待突破的重要方向。
发明内容
(1)解决的技术问题
本发明的目的是提供一种锅具抑菌材料及其制备方法，解决目前锅具材料在抑菌和耐磨性能不足的问题。
(2)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种锅具抑菌材料，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料0.5~1.5份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒3~8份、聚四氟乙烯25~35份、有机硅树脂10~15份、热稳定剂1.0~3.0份、聚乙二醇400 0.5~1份、乙醇45~55份、固化剂1~3份。
进一步，所述的表面改性氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将10~18份氮化硼管包覆银填料加入100~150份无水乙醇中，以500~700 rpm的搅拌速率搅拌30~40min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：声功率为200~300 W，频率为40~50 kHz，超声时间为20~30min，接着继续加入1.0~2.5份KH-550，接着在60~80℃的温度下，继续以搅拌速率为300~500 rpm搅拌20~30min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用100~150 mL无水乙醇洗涤3~4次，每次搅拌时间为5~10min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在60~70°C下干燥10~12h，得到表面改性氮化硼管包覆银填料。
进一步，所述的氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取3.0~4.5份氮化硼纳米管置于250 mL烧杯中，加入100~150 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为500~700 rpm，搅拌20~30min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为200~300 W、频率为40~50 kHz的条件下超声处理20~30min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.0~1.5份硝酸银溶解于100~150 mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500~700 rpm搅拌30~40min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.08~-0.1MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为200~300 W，频率为40~50 kHz，处理时间为20~30 min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至50~60℃，随后缓慢滴加0.1 mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为1~2 mL/min，总体积控制在20~30 mL，继续保持恒温搅拌60~90 min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤2~3次，每次用量为100~150 mL，随后，用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在60~70℃条件下干燥10~12h，得到氮化硼管包覆银填料。
进一步，所述的氮化硼管的制备方法为：以重量份数计，称取5.0~8.0份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.08~-0.1 MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在200~300 mL/min，将炉温以5~10℃/min的升温速率加热至800~1100℃，保温30~60 min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以10~20℃/min的升温速率加热至1200~1400℃，同时通入200~400 mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为2~4h，反应完成后，停止氨气通入，通入200~300 mL/min的氩气护，以5~10℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入100~150 mL0.1~0.5 mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300~500 rpm搅拌30~60 min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗3~5次，每次用量为100~150 mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在60~80℃下干燥12~24h，得到干燥的氮化硼纳米管。
进一步，所述的表面改性氮化硼管包覆银填料的平均直径为15~65nm，平均长度为550~1350nm。
本发明采用表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的设计主要用于增强锅具涂层的长效抑菌性能和耐磨性能。通过制备过程中对氮化硼纳米管的表面改性和银离子的包覆设计，利用氮化硼纳米管的高机械强度和优异的热稳定性为基体，结合银离子的广谱抗菌特性，有效提升涂层材料在高温和复杂环境下的抗菌能力。此外，通过在包覆过程中引入KH-550硅烷偶联剂，增强了银离子与氮化硼纳米管之间的结合力，不仅提高了填料颗粒的分散性，还增强了涂层的整体结构稳定性，从而在长期使用中提供了优异的抗菌持久性。氮化硼纳米管的制备采用高温氮化反应工艺，确保了其一维结构的完整性和尺寸均一性，而后续的酸洗和超声处理进一步去除了杂质，提高了材料的纯度和表面活性，这为后续的银离子包覆奠定了良好的基础。在银离子包覆过程中，通过真空超声处理和葡萄糖还原工艺，银颗粒能够均匀分布于氮化硼纳米管内部，形成高效抗菌活性中心。此外，改性氮化硼纳米管的高强度和银颗粒的均匀分布共同作用，提升了材料在锅具涂层中对摩擦和刮擦的耐受能力，满足了厨房锅具在高频使用场景下对耐用性和卫生性的双重需求，各组分之间的协同性充分体现了设计目的，通过材料性能的优化实现了锅具涂层的高性能化。
进一步，所述的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取5.0~7.0份掺杂二氧化钛颗粒置于250 mL烧杯中，加入100~150 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300~500 rpm搅拌30~40min，直至形成均匀的分散液，称取3.0~5.0份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为1.0~2.0mL/min，同时保持搅拌速率为400~600 rpm，继续搅拌30~60min，直至正硅酸乙酯完全混合,向所得混合液中缓慢加入0.1 mol/L的盐酸溶液，滴加速率为0.5~1.0 mL/min，同时保持搅拌速率为300~500rpm，调节溶液pH至2.0~4.0，并继续搅拌30~60min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至80~90℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌60~90min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤3~5次，每次用量为100~150 mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60~80℃条件下干燥8~12h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以3~5℃/min的升温速率加热至400~500℃，并在空气气氛中保温2~4小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
进一步，所述的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取10.0~15.0份钛酸四丁酯置于250 mL烧杯中，加入50~100 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率400~600 rpm搅拌30~40min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取0.5~2.0份硝酸银溶解于20~50 mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为1.0~2.0 mL/min，同时保持搅拌速率为500~700 rpm，继续搅拌30~60min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中,向上述混合液中缓慢滴加0.1 mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.0~2.0 mL/min，并保持搅拌速率为400~600 rpm，调节溶液pH至1.0~3.0，促使钛酸四丁酯发生水解反应,滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于80~100℃条件下加热保温6~12h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤3~5次，每次用量为100~150 mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子,随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60~80℃条件下干燥8~12h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末, 将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以3~5℃/min的升温速率加热至450~550℃，并在空气气氛中保温2~4h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
本发明采用负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的设计主要用于增强锅具涂层的抗菌性能和稳定性，通过将二氧化硅负载于掺杂二氧化钛颗粒表面，实现了材料性能的协同优化。在制备过程中，掺杂二氧化钛颗粒以钛酸四丁酯为前驱体，通过银离子掺杂和调控水解条件，确保银离子均匀分布于二氧化钛颗粒结构中，从而赋予颗粒优异的抗菌性能和化学稳定性。随后，在正硅酸乙酯水解过程中，二氧化硅逐步沉积于掺杂二氧化钛颗粒表面，形成均匀覆盖的负载层，这一设计不仅进一步提高了颗粒的分散性和机械稳定性，还有效增强了涂层在复杂环境中的耐久性与耐蚀性。通过盐酸调节溶液pH值和水浴加热促进二氧化硅沉积过程的均一性，确保了材料结构的完整性和功能性的充分发挥。最终，通过高温烧结工艺实现材料的晶体结构优化和粒子表面活性增强，从而提升了抗菌活性和环境适应性。二氧化硅的负载不仅提供了物理屏障，防止银离子流失，还通过纳米效应提高了整体材料的稳定性和使用寿命。各组分之间的协同性在此设计中得到了充分体现，掺杂二氧化钛颗粒提供了抗菌活性中心，二氧化硅负载层增强了材料的机械性能与化学稳定性，这些特性共同作用，显著提高了锅具涂层的综合性能，满足了在高频使用及高温湿热等复杂场景下对抗菌性和稳定性的双重需求。
进一步，所述的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为120~250nm。
进一步，所述的热稳定剂为Irganox 1010或苯并三唑。
进一步，所述的固化剂为三乙烯四胺或过氧化二叔丁基。
本发明还提供一种锅具抑菌材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500~700rpm搅拌30~60min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为400~600rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为60~90min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液。
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至50~60℃，以升温速率为2~5℃/min升温，并保持恒温搅拌60~90min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率400~600rpm继续搅拌30~60min，确保固化剂与浆料充分混合均匀。
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用喷涂或刮涂方式，涂层厚度控制在20~50μm，涂覆完成后，将锅具置于60~80℃的烘箱中，保温30~60min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以5~10℃/min的升温速率加热至250~300℃，并保温2~4h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抑菌材料。
(3)有益的技术效果
1. 本发明通过表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的创新设计，在提升锅具涂层长效抑菌性和耐磨性方面显著优于现有技术。氮化硼纳米管的高强度和热稳定性与银离子的抗菌特性协同作用，结合KH-550硅烷偶联剂增强结合力，实现了抗菌性能的持久性和涂层结构的稳定性。优化的制备工艺确保了材料的纯度与分散性，使银颗粒均匀分布，形成高效抗菌活性中心。各组分协同提升了涂层在高温和频繁摩擦环境中的综合性能，显著延长锅具使用寿命，满足了高频使用场景需求，推动了抑菌耐磨涂层技术的行业进步。
2.本发明通过负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒设计，显著提升锅具涂层的抗菌性能和稳定性，优于现有技术。掺杂二氧化钛颗粒提供高效抗菌活性中心，银离子的均匀分布增强抗菌效果，二氧化硅负载层通过物理屏障和纳米效应提高机械性能与化学稳定性，各组分协同作用确保涂层在高温湿热及频繁使用场景下的耐久性与安全性，推动了耐用抗菌涂层技术的行业发展。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的透射电镜形貌图；
图2为本发明实施例1制备的掺杂二氧化钛颗粒的扫描电镜形貌图；
图3为本发明实施例1制备的负载二氧化硅掺杂二氧化钛颗粒的扫描电镜形貌图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种锅具抑菌材料及其制备方法，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料0.5份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒3份、聚四氟乙烯25份、有机硅树脂10份、热稳定剂1.0份、聚乙二醇400 0.5份、乙醇45份、固化剂1份。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将10份氮化硼管包覆银填料加入100份无水乙醇中，以500rpm的搅拌速率搅拌30min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：声功率为200W，频率为40kHz，超声时间为20min，接着继续加入1.0份KH-550，接着在60℃的温度下，继续以搅拌速率为300rpm搅拌20min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用100mL无水乙醇洗涤3次，每次搅拌时间为5min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在60°C下干燥10h，得到表面改性氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取3.0份氮化硼纳米管置于250mL烧杯中，加入100mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为500rpm，搅拌20min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为200W、频率为40kHz的条件下超声处理20min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.0份硝酸银溶解于100mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500rpm搅拌30min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.08MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为200W，频率为40kHz，处理时间为20min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至50℃，随后缓慢滴加0.1mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为1mL/min，总体积控制在20mL，继续保持恒温搅拌60min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤2次，每次用量为100mL，随后，用无水乙醇洗涤1次，每次用量为50mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在60℃条件下干燥10h，得到氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管的制备方法为：以重量份数计，称取5.0份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.08MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在200mL/min，将炉温以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温30min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以10℃/min的升温速率加热至1200℃，同时通入200mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为2h，反应完成后，停止氨气通入，通入200mL/min的氩气护，以5℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入100mL0.1mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300rpm搅拌30min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗3次，每次用量为100mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为50mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在60℃下干燥12h，得到干燥的氮化硼纳米管。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的平均直径为15nm，平均长度为550nm。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取5.0份掺杂二氧化钛颗粒置于250mL烧杯中，加入100mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300rpm搅拌30min，直至形成均匀的分散液，称取3.0份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为1.0mL/min，同时保持搅拌速率为400rpm，继续搅拌30min，直至正硅酸乙酯完全混合，向所得混合液中缓慢加入0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为0.5mL/min，同时保持搅拌速率为300rpm，调节溶液pH至2.0，并继续搅拌30min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至80℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌60min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤3次，每次用量为100mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为50mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60℃条件下干燥8h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以3℃/min的升温速率加热至400℃，并在空气气氛中保温2小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取10.0份钛酸四丁酯置于250mL烧杯中，加入50mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率400rpm搅拌30min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取0.5份硝酸银溶解于20mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为1.0mL/min，同时保持搅拌速率为500rpm，继续搅拌30min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中，向上述混合液中缓慢滴加0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.0mL/min，并保持搅拌速率为400rpm，调节溶液pH至1.0，促使钛酸四丁酯发生水解反应，滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于80℃条件下加热保温6h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤3次，每次用量为100mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为50mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60℃条件下干燥8h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末，将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以3℃/min的升温速率加热至450℃，并在空气气氛中保温2h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为120nm。
本实施例的热稳定剂为Irganox 1010。
本实施例的固化剂为过氧化二叔丁基。
本实施例的一种锅具抑菌材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500rpm搅拌30min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为400rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为60min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液。
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至50℃，以升温速率为2℃/min升温，并保持恒温搅拌60min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率400rpm继续搅拌30min，确保固化剂与浆料充分混合均匀。
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用刮涂方式，涂层厚度控制在20μm，涂覆完成后，将锅具置于60℃的烘箱中，保温30min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以5℃/min的升温速率加热至250℃，并保温2h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抑菌材料。
本研究通过显微分析验证了本发明实施例1中制备材料的结构与特性。图1为表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的透射电镜形貌图，可以清晰观察到银均匀包覆于氮化硼纳米管的内部，证明了材料制备的有效性。图2为掺杂二氧化钛颗粒的扫描电镜形貌图，显示出颗粒表面光滑，进一步佐证了所制备颗粒的形貌特征。图3为负载二氧化硅掺杂二氧化钛颗粒的扫描电镜形貌图，可以明显看到粗糙的颗粒表面形貌，这表明二氧化硅的成功负载和材料结构的显著变化。上述结果充分证明了本发明制备方法的有效性以及材料结构的预期构建
实施例2
一种锅具抑菌材料及其制备方法，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料0.8份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒4.5份、聚四氟乙烯28份、有机硅树脂11.5份、热稳定剂1.6份、聚乙二醇400 0.6份、乙醇48份、固化剂1.6份。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将12.4份氮化硼管包覆银填料加入115份无水乙醇中，以560rpm的搅拌速率搅拌33min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：声功率为230W，频率为43kHz，超声时间为23min，接着继续加入1.5份KH-550，接着在66℃的温度下，继续以搅拌速率为360rpm搅拌23min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用115mL无水乙醇洗涤3次，每次搅拌时间为6.5min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在63℃下干燥10.6h，得到表面改性氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取3.5份氮化硼纳米管置于250mL烧杯中，加入115mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为560rpm，搅拌23min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为230W、频率为43kHz的条件下超声处理23min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.2份硝酸银溶解于115mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率560rpm搅拌33min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.086MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为230W，频率为43kHz，处理时间为23min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至53℃，随后缓慢滴加0.1mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为1.3mL/min，总体积控制在23mL，继续保持恒温搅拌69min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤2次，每次用量为115mL，随后，用无水乙醇洗涤1次，每次用量为65mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在63℃条件下干燥10.6h，得到氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管的制备方法为：以重量份数计，称取5.9份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.086MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在230mL/min，将炉温以6.5℃/min的升温速率加热至890℃，保温39min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以13℃/min的升温速率加热至1260℃，同时通入260mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为2.6h，反应完成后，停止氨气通入，通入230mL/min的氩气护，以6.5℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入115mL0.22mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率360rpm搅拌39min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗3次，每次用量为115mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为65mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在66℃下干燥15.6h，得到干燥的氮化硼纳米管。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的平均直径为37nm，平均长度为790nm。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取5.6份掺杂二氧化钛颗粒置于250mL烧杯中，加入115mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率360rpm搅拌33min，直至形成均匀的分散液，称取3.6份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为1.3mL/min，同时保持搅拌速率为460rpm，继续搅拌39min，直至正硅酸乙酯完全混合，向所得混合液中缓慢加入0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为0.65mL/min，同时保持搅拌速率为360rpm，调节溶液pH至2.6，并继续搅拌39min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至83℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌69min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤3次，每次用量为115mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为65mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在66℃条件下干燥9.2h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以3.6℃/min的升温速率加热至430℃，并在空气气氛中保温2.6小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取11.5份钛酸四丁酯置于250mL烧杯中，加入65mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率460rpm搅拌33min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取0.95份硝酸银溶解于29mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为1.3mL/min，同时保持搅拌速率为560rpm，继续搅拌39min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中，向上述混合液中缓慢滴加0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.3mL/min，并保持搅拌速率为460rpm，调节溶液pH至1.6，促使钛酸四丁酯发生水解反应，滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于86℃条件下加热保温7.8h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤3次，每次用量为115mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为65mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在66℃条件下干燥9.2h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末，将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以3.6℃/min的升温速率加热至480℃，并在空气气氛中保温2.6h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为159nm。
本实施例的热稳定剂为苯并三唑。
本实施例的固化剂为过氧化二叔丁基。
本实施例的一种锅具抑菌材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率560rpm搅拌39min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为460rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为69min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液。
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至53℃，以升温速率为2.9℃/min升温，并保持恒温搅拌69min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率460rpm继续搅拌39min，确保固化剂与浆料充分混合均匀。
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用喷涂方式，涂层厚度控制在29μm，涂覆完成后，将锅具置于66℃的烘箱中，保温39min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以6.5℃/min的升温速率加热至265℃，并保温2.6h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抗菌材料。
实施例3
一种锅具抑菌材料及其制备方法，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料1.1份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒6份、聚四氟乙烯31份、有机硅树脂13份、热稳定剂2.2份、聚乙二醇400 0.8份、乙醇51份、固化剂2.2份。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将15份氮化硼管包覆银填料加入130份无水乙醇中，以620rpm的搅拌速率搅拌36min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：声功率为260W，频率为46kHz，超声时间为26min，接着继续加入1.9份KH-550，接着在72℃的温度下，继续以搅拌速率为420rpm搅拌26min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用130mL无水乙醇洗涤3次，每次搅拌时间为8min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在66℃下干燥11h，得到表面改性氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取3.9份氮化硼纳米管置于250mL烧杯中，加入130mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为620rpm，搅拌26min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为260W、频率为46kHz的条件下超声处理26min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.3份硝酸银溶解于130mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率620rpm搅拌36min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.092MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为260W，频率为46kHz，处理时间为26min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至56℃，随后缓慢滴加0.1mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为1.6mL/min，总体积控制在26mL，继续保持恒温搅拌78min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤2次，每次用量为130mL，随后，用无水乙醇洗涤1次，每次用量为80mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在66℃条件下干燥11h，得到氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管的制备方法为：以重量份数计，称取6.8份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.092MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在260mL/min，将炉温以8℃/min的升温速率加热至980℃，保温48min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以16℃/min的升温速率加热至1320℃，同时通入320mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为3.2h，反应完成后，停止氨气通入，通入260mL/min的氩气护，以8℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入130mL 0.34mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率420rpm搅拌48min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗4次，每次用量为130mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为80mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在72℃下干燥19.2h，得到干燥的氮化硼纳米管。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的平均直径为49nm，平均长度为1030nm。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取6.2份掺杂二氧化钛颗粒置于250mL烧杯中，加入130mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率420rpm搅拌36min，直至形成均匀的分散液，称取4.2份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为1.6mL/min，同时保持搅拌速率为520rpm，继续搅拌48min，直至正硅酸乙酯完全混合，向所得混合液中缓慢加入0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为0.8mL/min，同时保持搅拌速率为420rpm，调节溶液pH至3.2，并继续搅拌48min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至86℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌78min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤4次，每次用量为130mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为80mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在72℃条件下干燥10.4h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以4.2℃/min的升温速率加热至460℃，并在空气气氛中保温3.2小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取13份钛酸四丁酯置于250mL烧杯中，加入80mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率520rpm搅拌36min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取1.4份硝酸银溶解于38mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为1.6mL/min，同时保持搅拌速率为620rpm，继续搅拌48min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中，向上述混合液中缓慢滴加0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.6mL/min，并保持搅拌速率为520rpm，调节溶液pH至2.2，促使钛酸四丁酯发生水解反应，滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于92℃条件下加热保温9.6h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤4次，每次用量为130mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子，随后用无水乙醇洗涤1次，每次用量为80mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，于72℃条件下干燥10.4h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末，将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以4.2℃/min的升温速率加热至510℃，并在空气气氛中保温3.2h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为198nm。
本实施例的热稳定剂为Irganox 1010。
本实施例的固化剂为三乙烯四胺。
本实施例的一种锅具抑菌材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率620rpm搅拌48min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为520rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为78min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液。
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至56℃，以升温速率为3.8℃/min升温，并保持恒温搅拌78min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率520rpm继续搅拌48min，确保固化剂与浆料充分混合均匀。
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用刮涂方式，涂层厚度控制在38μm，涂覆完成后，将锅具置于72℃的烘箱中，保温48min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以8℃/min的升温速率加热至280℃，并保温3.2h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抑菌材料。
实施例4
一种锅具抑菌材料及其制备方法，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料1.5份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒8份、聚四氟乙烯35份、有机硅树脂15份、热稳定剂3.0份、聚乙二醇400 1份、乙醇55份、固化剂3份。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将18份氮化硼管包覆银填料加入150份无水乙醇中，以700rpm的搅拌速率搅拌40min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：声功率为300W，频率为50kHz，超声时间为30min，接着继续加入2.5份KH-550，接着在80℃的温度下，继续以搅拌速率为500rpm搅拌30min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用150mL无水乙醇洗涤4次，每次搅拌时间为10min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在70℃下干燥12h，得到表面改性氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取4.5份氮化硼纳米管置于250mL烧杯中，加入150mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为700rpm，搅拌30min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为300W、频率为50kHz的条件下超声处理30min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.5份硝酸银溶解于150mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率700rpm搅拌40min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.1MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为300W，频率为50kHz，处理时间为30min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至60℃，随后缓慢滴加0.1mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为2mL/min，总体积控制在30mL，继续保持恒温搅拌90min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤3次，每次用量为150mL，随后，用无水乙醇洗涤2次，每次用量为100mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在70℃条件下干燥12h，得到氮化硼管包覆银填料。
本实施例的氮化硼管的制备方法为：以重量份数计，称取8.0份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.1MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在300mL/min，将炉温以10℃/min的升温速率加热至1100℃，保温60min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以20℃/min的升温速率加热至1400℃，同时通入400mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为4h，反应完成后，停止氨气通入，通入300mL/min的氩气护，以10℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入150mL 0.5mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500rpm搅拌60min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗5次，每次用量为150mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤2次，每次用量为100mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到干燥的氮化硼纳米管。
本实施例的表面改性氮化硼管包覆银填料的平均直径为65nm，平均长度为1350nm。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取7.0份掺杂二氧化钛颗粒置于250mL烧杯中，加入150mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500rpm搅拌40min，直至形成均匀的分散液，称取5.0份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为2.0mL/min，同时保持搅拌速率为600rpm，继续搅拌60min，直至正硅酸乙酯完全混合，向所得混合液中缓慢加入0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.0mL/min，同时保持搅拌速率为500rpm，调节溶液pH至4.0，并继续搅拌60min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至90℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌90min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤5次，每次用量为150mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤2次，每次用量为100mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在80℃条件下干燥12h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以5℃/min的升温速率加热至500℃，并在空气气氛中保温4小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取15份钛酸四丁酯置于250mL烧杯中，加入100mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率600rpm搅拌40min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取1.8份硝酸银溶解于45mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为2.0mL/min，同时保持搅拌速率为700rpm，继续搅拌60min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中，向上述混合液中缓慢滴加0.1mol/L的盐酸溶液，滴加速率为2.0mL/min，并保持搅拌速率为600rpm，调节溶液pH至3.0，促使钛酸四丁酯发生水解反应，滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于95℃条件下加热保温12h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤5次，每次用量为150mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子，随后用无水乙醇洗涤2次，每次用量为100mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，于80℃条件下干燥12h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末，将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以5℃/min的升温速率加热至550℃，并在空气气氛中保温4h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
本实施例的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为260nm。
本实施例的热稳定剂为Irganox 1010或苯并三唑。
本实施例的固化剂为三乙烯四胺或过氧化二叔丁基。
本实施例的一种锅具抑菌材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率700rpm搅拌60min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为600rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为90min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液。
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至60℃，以升温速率为5℃/min升温，并保持恒温搅拌90min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率600rpm继续搅拌60min，确保固化剂与浆料充分混合均匀。
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用喷涂或刮涂方式，涂层厚度控制在50μm，涂覆完成后，将锅具置于80℃的烘箱中，保温60min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以10℃/min的升温速率加热至300℃，并保温4h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抑菌材料。
对比例1
与实施例1基本相同，区别在于氮化硼纳米管包覆银填料未进行表面改性处理。
对比例2
与实施例1基本相同，区别在于氮化硼纳米管未包覆银，而是直接采取氮化硼纳米管进行表面改性处理。
对比例3
与实施例1基本相同，区别在锅具材料未添加表面改性氮化硼纳米管包覆银填料。
对比例4
与实施例1基本相同，区别在于掺杂二氧化钛颗粒未负载二氧化硅。
对比例5
与实施例1基本相同，区别在制备掺杂二氧化钛颗粒未添加硝酸银，因此二氧化钛颗粒未掺杂银，但二氧化钛颗粒表面依然负载二氧化硅。
对比例6
与实施例1基本相同，区别在于制备锅具材料未添加负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
性能测试：
耐磨性：使用万能摩擦磨损试验机（MFT-5000）对锅具材料的耐磨性能进行评估，主要以摩擦系数和磨损率作为核心评价标准。测试过程中，采用往复直线运动模式，设定试验参数为加载力10 N、频率1 Hz，测试持续时间为10分钟。对磨材料选用直径为9.525 mm的氮化硅陶瓷球。试验结束后，将涂层表面产生的磨痕使用MFP-D三维形貌仪进行观察，分析磨痕的形貌特征并计算磨损量，最终得出磨损率W，用以全面衡量锅具材料在耐磨性方面的表现。
为了全面评估锅具耐磨材料的抗菌性能，测试分为定量分析和定性分析两部分进行。实验对象为锅具材料制备的样品膜，样品膜等比例切割自锅具材料表面，或通过锅具材料加工制备而成，以确保测试结果能够准确反映材料的抗菌性能。在定量分析中，选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为测试菌株。实验前，配制液体和固体培养基，并对实验器具及测试样品膜进行高温高压灭菌处理，以确保无菌环境。随后，将菌株活化，制备浓度为2.5×105CFU/mL的菌悬液，并通过十倍稀释法调整菌液浓度后接种于液体培养基，同时加入测试样品膜，在适宜条件下震荡培养8-10小时。接着，取100 μL菌液进行梯度稀释，稀释至10- 4CFU/mL浓度范围，并将稀释后的菌液涂布于琼脂培养基表面，在37°C下培养24小时，观察菌落生长情况并统计菌落数量，通过计算接种菌液中的菌落总数，量化材料的抗菌性能。在定性分析中，经过与定量分析相同的前期实验准备后，将稀释菌液均匀涂布于固体培养基表面，并在涂布好的培养基表面放置直径为2 cm的锅具材料样品膜。在37°C下培养24小时后，观察样品膜周围的抑菌圈大小，通过抑菌圈的直径评估材料的抗菌能力。最后，通过统计接种菌液中的菌落总数计算抑菌率，用公式抑菌率 (%) = [(对照组菌落总数 - 样品组菌落总数) / 对照组菌落总数] × 100%表征锅具材料的抗菌性能。本测试方法结合定量与定性分析，能够全面、系统地表征锅具材料的抗菌性能，为材料的实际应用提供科学依据。
将实施例1~4和对比例1~6锅具材料的性能汇聚在表1中。
表1实施例1~4和对比例1~6锅具材料的性能汇聚
对比例1与实施例1的主要差异在于，氮化硼纳米管包覆银填料未进行表面改性处理。从表中可以看出，实施例1中摩擦系数较低（0.12），磨损率较小（8.0 × 10-5mm3/N·m），而对比例1的摩擦系数（0.15）和磨损率（12.0 × 10-5mm3/N·m）显著增加。这表明对氮化硼纳米管包覆银填料进行表面改性能够显著提高材料的耐磨性能。这是因为未改性处理的填料分散性较差，容易在摩擦中产生聚集现象，导致摩擦系数和磨损率上升。在抗菌性能方面，实施例1的抑菌率为98.5%，抑菌圈直径为18.0 mm，而对比例1的抑菌率仅为95.0%，抑菌圈直径为15.0 mm。这表明表面改性处理不仅提升了填料的分散性，还有效增强了银离子的释放效率，从而提升了材料的抗菌能力。
对比例2与实施例1的主要差异在于，氮化硼纳米管未包覆银，而是直接采用表面改性处理。从表中可以看出，对比例2的摩擦系数（0.13）和磨损率（8.5× 10-5mm3/N·m）高于实施例1。这表明氮化硼纳米管包覆银在提高耐磨性能方面效果更优。在抗菌性能方面，对比例2的抑菌率为96.5%，抑菌圈直径为16.5 mm，均低于实施例1。这是因为未包覆银的氮化硼纳米管抗菌性主要依赖表面改性处理，而缺乏银的广谱抗菌作用，导致抗菌性能下降。
对比例3与实施例1的主要差异在于，锅具材料未添加表面改性氮化硼纳米管包覆银填料。从表中可以看出，对比例3的摩擦系数（0.20）和磨损率（15.0 × 10-5mm3/N·m）显著高于实施例1的摩擦系数（0.12）和磨损率（8.0 × 10-5mm3/N·m）。这表明表面改性氮化硼纳米管包覆银填料对提高耐磨性能具有关键作用。这是因为缺少该填料后，材料的耐磨性显著下降，摩擦过程中容易产生较大的变形和磨损。在抗菌性能方面，对比例3的抑菌率仅为90.0%，抑菌圈直径仅为12.0 mm，远低于实施例1。这表明氮化硼纳米管包覆银填料对于抗菌性能的提升至关重要，因为银的广谱抗菌作用和填料的分散性共同作用才能实现较高的抗菌效果。
对比例4与实施例1的主要差异在于，掺杂二氧化钛颗粒未负载二氧化硅。从表中可以看出，对比例4的摩擦系数（0.12）和磨损率（8.5 × 10-5mm3/N·m）略高于实施例1。这表明负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒对耐磨性能有一定提升作用。这是因为二氧化硅负载能够进一步提高填料的分散性和增强作用，从而降低摩擦系数和磨损率。在抗菌性能方面，对比例4的抑菌率为98.0%，抑菌圈直径为17.0 mm，略低于实施例1。这是因为负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒能够提供额外的抗菌活性位点，从而增强银离子的释放效率，未负载二氧化硅时抗菌性能略有下降。
对比例5与实施例1的主要差异在于，掺杂二氧化钛颗粒未添加硝酸银，因此二氧化钛颗粒未掺杂银，但其表面依然负载二氧化硅。从表中可以看出，对比例5的摩擦系数（0.13）和磨损率（9.0 × 10-5mm3/N·m）比实施例1略高。这表明掺杂银的二氧化钛颗粒对耐磨性能有一定贡献，这是因为银掺杂能够提升填料的机械强度和稳定性，而仅负载二氧化硅的颗粒效果稍弱。在抗菌性能方面，对比例5的抑菌率为97.5%，抑菌圈直径为16.0 mm，低于实施例1。这表明银掺杂对抗菌性能的提升具有重要作用，因为银离子能够显著增强材料的抗菌能力，而未掺杂银的二氧化钛颗粒仅依赖二氧化硅的作用，导致抗菌效果下降。
对比例6与实施例1的主要差异在于，锅具材料未添加负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。从表中可以看出，对比例6的摩擦系数（0.25）和磨损率（18.0 × 10-5mm3/N·m）显著高于实施例1。这表明负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒对耐磨性能的提升至关重要。这是因为缺少该填料后，材料在摩擦过程中缺乏增强作用，磨损显著增加。在抗菌性能方面，对比例6的抑菌率仅为85.0%，抑菌圈直径仅为10.0 mm，远低于实施例1。这是因为未添加负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒后，材料失去了主要的抗菌活性成分，导致抗菌性能大幅下降。
综上所述的， 综上所述，组分间的协同作用是实现锅具材料优异性能的关键。改性氮化硼纳米管包覆银填料通过表面改性提升了填料的分散性和界面结合力，同时银的润滑作用和抗菌特性显著增强了材料的耐磨性和抗菌性能；掺杂银的二氧化钛颗粒进一步通过二氧化硅的负载提高了其分散稳定性和抗菌活性位点，从而增强材料的整体抗菌效果；二氧化硅负载不仅提升了颗粒的机械性能，还在提升抗菌效率和耐磨性能方面起到了重要辅助作用。这些组分通过“强度增强”“润滑减磨”和“广谱抗菌”的协同作用，不仅显著降低了摩擦系数和磨损率，还实现了抑菌率和抑菌圈直径的显著提升，最终赋予材料优异的综合性能。这表明，合理设计和优化多组分的协同作用是实现高性能锅具材料的核心策略。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：凡是在本发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锅具抑菌材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性氮化硼纳米管包覆银填料0.5~1.5份、负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒3~8份、聚四氟乙烯25~35份、有机硅树脂10~15份、热稳定剂1.0~3.0份、聚乙二醇400 0.5~1份、乙醇45~55份、固化剂1~3份；
所述的表面改性氮化硼纳米管包覆银填料为氮化硼纳米管包覆银填料经KH-550表面改性获得；
所述的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒中所述的掺杂具体为银掺杂；
所述的氮化硼纳米管的制备方法为：以重量份数计，称取5.0~8.0份无定型硼粉置于高温惰性气氛管式炉的石墨坩埚中，将管式炉内部抽至真空，真空度控制在-0.08~-0.1 MPa，然后通入氩气进行保护，流量控制在200~300 mL/min，将炉温以5~10℃/min的升温速率加热至800~1100℃，保温30~60 min，对硼粉进行活化处理，活化处理完成后，将炉温继续以10~20℃/min的升温速率加热至1200~1400℃，同时通入200~400 mL/min的氨气进行氮化反应，保温时间为2~4h，反应完成后，停止氨气通入，通入200~300 mL/min的氩气，以5~10℃/min的降温速率将炉温降至室温，得到初步生成的氮化硼产物，将初步生成的产物取出后置于烧杯中，加入100~150 mL0.1~0.5 mol/L稀盐酸溶液，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300~500 rpm搅拌30~60 min，对产物进行酸洗处理，酸洗后的产物用去离子水清洗3~5次，每次用量为100~150 mL，直至洗液的pH接近中性，随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，以完成进一步清洗，将清洗后的产物转移至真空干燥箱中，在60~80℃下干燥12~24h，得到干燥的氮化硼纳米管。
2.如权利要求1所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，将10~18份氮化硼纳米管包覆银填料加入100~150份无水乙醇中，以500~700 rpm的搅拌速率搅拌30~40min，搅拌完成后进行超声处理获得悬浮液，其中超声处理的参数为：超声功率为200~300 W，频率为40~50 kHz，超声时间为20~30min，接着继续加入1.0~2.5份KH-550，接着在60~80℃的温度下，继续以搅拌速率为300~500 rpm搅拌20~30min，搅拌完成后，将反应液通过真空过滤分离，收集滤渣，将滤渣转移至烧杯中，用100~150 mL无水乙醇洗涤3~4次，每次搅拌时间为5~10min，以去除未反应的KH-550和杂质，洗涤完成后，过滤得到滤渣置于真空干燥箱中，在60~70°C下干燥10~12h，得到表面改性氮化硼纳米管包覆银填料。
3.如权利要求2所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的氮化硼纳米管包覆银填料的制备方法如下：以重量份数计，称取3.0~4.5份氮化硼纳米管置于250 mL烧杯中，加入100~150 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率为500~700 rpm，搅拌20~30min，随后，将烧杯置于超声波清洗器中，在超声功率为200~300 W、频率为40~50 kHz的条件下超声处理20~30min形成氮化硼纳米管悬浮液，另外称取1.0~1.5份硝酸银溶解于100~150 mL去离子水中获得硝酸银溶液，将氮化硼纳米管悬浮液加入硝酸银溶液中，置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500~700 rpm搅拌30~40min，将混合溶液转移至真空超声装置中，在-0.08~-0.1MPa的真空压力条件下进行超声处理，超声功率为200~300 W，频率为40~50 kHz，处理时间为20~30 min，真空超声处理结束后恢复至常压，将混合液加热至50~60℃，随后缓慢滴加0.1 mol/L的葡萄糖溶液，滴加速率为1~2 mL/min，总体积控制在20~30 mL，继续保持恒温搅拌60~90 min，直至溶液颜色由无色逐渐变为浅灰色，将反应液冷却后通过真空过滤分离，收集滤渣，并用去离子水洗涤2~3次，每次用量为100~150 mL，随后，用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，洗涤后的滤渣转移至真空干燥箱中，在60~70℃条件下干燥10~12h，得到氮化硼纳米管包覆银填料。
4.如权利要求1或2所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的表面改性氮化硼纳米管包覆银填料的平均直径为15~65nm，平均长度为550~1350nm。
5.如权利要求1所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取5.0~7.0份掺杂二氧化钛颗粒置于250 mL烧杯中，加入100~150 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率300~500 rpm搅拌30~40min，直至形成均匀的分散液，称取3.0~5.0份正硅酸乙酯缓慢加入上述分散液中，滴加速率控制为1.0~2.0mL/min，同时保持搅拌速率为400~600 rpm，继续搅拌30~60min，直至正硅酸乙酯完全混合,向所得混合液中缓慢加入0.1 mol/L的盐酸溶液，滴加速率为0.5~1.0 mL/min，同时保持搅拌速率为300~500 rpm，调节溶液pH至2.0~4.0，并继续搅拌30~60min，完成正硅酸乙酯的水解过程，将所得溶液转移至80~90℃的水浴中，加热并保持恒温搅拌60~90min，以促进二氧化硅在掺杂二氧化钛颗粒表面的沉积，反应完成后，将反应液自然冷却至室温，所得沉淀通过真空过滤分离，滤液弃去，将沉淀物用去离子水洗涤3~5次，每次用量为100~150 mL，以除去未反应的杂质和副产物，随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60~80℃条件下干燥8~12h，得到干燥的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒，将干燥后的样品置于管式炉中，以3~5℃/min的升温速率加热至400~500℃，并在空气气氛中保温2~4小时，完成材料的烧结处理后获得负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒。
6.如权利要求5所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的掺杂二氧化钛颗粒的制备方法为：以重量份数计，称取10.0~15.0份钛酸四丁酯置于250 mL烧杯中，加入50~100 mL无水乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率400~600 rpm搅拌30~40min，直至形成均匀的钛酸四丁酯溶液；称取0.5~2.0份硝酸银溶解于20~50 mL去离子水中，得到硝酸银溶液；将硝酸银溶液缓慢滴加至钛酸四丁酯溶液中，滴加速率控制为1.0~2.0 mL/min，同时保持搅拌速率为500~700 rpm，继续搅拌30~60min，确保银离子均匀分散在钛酸四丁酯溶液中,向上述混合液中缓慢滴加0.1 mol/L的盐酸溶液，滴加速率为1.0~2.0 mL/min，并保持搅拌速率为400~600 rpm，调节溶液pH至1.0~3.0，促使钛酸四丁酯发生水解反应,滴加完成后，将所得溶液转移至反应釜中，于80~100℃条件下加热保温6~12h，完成钛酸盐凝胶的形成及银离子掺杂过程，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，所得产物通过真空过滤分离，滤液弃去，将滤出的沉淀用去离子水洗涤3~5次，每次用量为100~150 mL，以除去残留的杂质和未反应的银离子,随后用无水乙醇洗涤1~2次，每次用量为50~100 mL，以促进干燥，洗涤后的沉淀转移至真空干燥箱中，在60~80℃条件下干燥8~12h，得到干燥的银掺杂二氧化钛前驱物粉末, 将干燥后的前驱物粉末置于高温管式炉中，以3~5℃/min的升温速率加热至450~550℃，并在空气气氛中保温2~4h，烧结完成后，自然冷却至室温，研磨分散后获得掺杂二氧化钛颗粒。
7.如权利要求1或5所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒的平均直径为120~250nm。
8.如权利要求1所述的一种锅具抑菌材料，其特征在于，所述的热稳定剂为Irganox1010或苯并三唑；
所述的固化剂为三乙烯四胺或过氧化二叔丁基。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种锅具抑菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将表面改性氮化硼纳米管包覆银填料和负载二氧化硅的掺杂二氧化钛颗粒和聚乙二醇置于500mL烧杯中，加入一半乙醇，将烧杯置于磁力搅拌器上，以搅拌速率500~700rpm搅拌30~60min，直至形成均匀的纳米材料分散液，将聚四氟乙烯粉末、有机硅树脂和热稳定剂加入上述纳米材料分散液中，继续搅拌速率为400~600rpm，逐渐加入剩余的另一半乙醇，搅拌时间为60~90min，确保聚四氟乙烯和有机硅树脂充分混合并均匀分散，获得均匀混合溶液；
S2.将步骤S1得到的均匀混合液加热至50~60℃，以升温速率为2~5℃/min升温，并保持恒温搅拌60~90min，以促进溶剂挥发并形成高粘度涂层浆料，将浆料形成后，缓慢加入固化剂，以搅拌速率400~600rpm继续搅拌30~60min，确保固化剂与浆料充分混合均匀；
S3.将所得浆料涂覆于清洁干燥的锅具基材表面，采用喷涂或刮涂方式，涂层厚度控制在20~50μm，涂覆完成后，将锅具置于60~80℃的烘箱中，保温30~60min，以初步干燥涂层，随后将锅具转移至高温烘箱中，以5~10℃/min的升温速率加热至250~300℃，并保温2~4h，完成涂层的固化和附着过程，将固化完成后的锅具自然冷却至室温，最终获得一种锅具抑菌材料。
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