一种纳米抗菌剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米抗菌剂及其制备方法，其具体工艺流程包括：耐温载体的合成、载体的纳米化、抗菌成分的负载、抗菌剂的煅烧处理。使用本发明专利技术方法制备的抗菌剂具有无毒、高效广谱抗菌性，较好的颜色稳定性及优异的高温稳定性，尤其具有较好的分散性，制备工艺简便、条件温和、成本低廉，可广泛应用于塑料、纤维、陶瓷、涂料等领域。本发明专利技术所制得的纳米抗菌粉体平均尺寸小于100nm，分散性能好，分散到溶液或者树脂透明溶液或者基底中，不会对塑料制品的光学性能产生不利影响，所得的溶液或者薄膜雾度不大于5％,能满足光学性能严格领域的抗菌需求。大于5％,能满足光学性能严格领域的抗菌需求。大于5％,能满足光学性能严格领域的抗菌需求。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米抗菌剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米抗菌剂的制备方法，属于无机功能材料


技术介绍

[0002]随科技的进步和生活水平的提高，人们的健康意识也不断增强，对日用、家电卫浴、建筑装饰材料、衣帽服饰、医疗材料等都提出了迫切抗菌需求。在此情形下，利用杀菌抗菌材料杀灭有害细菌、抑制其生长和繁殖，以提高生产生活环境的安全性已经成为一种大众期望。
[0003]无机抗菌剂主要是利用金属自身的杀菌能力而制得的一类抗菌剂，具有优良的热稳定性、光谱抗菌性、长效抗菌性、不产生抗药性等多重优点。其中银的抗菌效果最为优异，对单细胞生物的毒性浓度或最小抑菌浓度多在0.1～20mg/L的范围内。
[0004]NaZr2(PO4)3为一种的NASICON构型的磷酸盐，是最常用的抗菌剂载体之，典型结构为斜方六面体，其晶体结构由PO4四面体和ZrO6八面体以沿c轴共顶点的方式相连接形成共价键网络结构[Zr2(PO4)3]‑
，并以此重复而形成稳定空隙结构状，Na
+
位于它们所形成的网络空洞之中并能通过空位间的通道自由移动，也易被其它外部离子所交换，故其具有极其优良的离子交换性能，添加于抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌合金、抗菌纤维中，因此磷酸锆钠载银抗菌剂在抗菌剂领域占有较大市场份额。
[0005]例如在专利CN110934153A、CN102239887A、CN111387177A、CN112042639A、CN102763678A公开的抗菌剂的制备方法，均以立方或片状磷酸锆为载体，所述抗菌剂颗粒尺寸1μm左右，更细的载体或需在制备过程中加入多种模板剂、引入剂等助剂、或采用复杂超滤系统，或多次进行离子交换，工艺复杂、且无法获得更细粉体。
[0006]目前使用的载银抗菌剂虽然已经表现出优异的抗菌性能，但仍然存在诸多不足。首先是银离子释放过快以及银系抗菌剂的颜色稳定性较差，不利于其在浅色制品中的应用。其次，当前市售抗菌剂的载体尺寸大，分散性差不仅会使材料的抗菌性能大为下降，同时较大尺寸抗菌剂的添加也会使基体材料的力学、光学性能大大减弱。如上所述，减小抗菌材料的粒径是提高其分散性能，减小对基体材料力学、光学性能的有效手段。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种纳米抗菌剂及其制备方法，能同时解决纳米粉体耐温性和纳米载体的尺寸的问题，现有技术存在的磷酸锆钠载体粒径较大，而无法有效分散在纤维、塑料薄膜、清漆等基材中又不影响其力学、光学性能的短板，能大幅拓展其应用范围并提升抗菌剂的抗菌性能。
[0008]为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种纳米抗菌剂的制备方法，具体步骤包括耐温载体的合成、载体的纳米化、抗菌组分的负载和抗菌剂的煅烧处理过程，得到的所述纳米抗菌剂的纳米载体尺寸不大于100nm，分散在溶液中或者成膜树脂中，可形成澄清透明溶液。
[0010]优选地，所述耐温载体的合成方法步骤如下：
[0011]步骤1：将矿化剂溶于去离子水中，搅拌至固体完全溶解，记为溶液A；将锆源和磷源分别溶于去离子水中，分别记为溶液B和溶液C；
[0012]步骤2：将溶液B逐滴加入溶液A中，搅拌至少30min混合均匀后，再将溶液C逐滴加入上述混合溶液中得混合浆料，用氢氧化钠溶液调节pH为酸性，充分陈化得到前驱体；
[0013]步骤3：将陈化后的前驱体转入高压反应釜中加热处理，反应结束后自然冷却至室温，所得产物经过滤、洗涤、干燥，得到磷酸锆钠纳米耐温载体，其一次粒径D90<200nm。
[0014]优选地，在所述步骤1中，所述磷源化合物：锆源化合物：矿化剂的摩尔比为(1～2)：(2～4)：(0.1～1)；
[0015]优选地，在所述步骤2中，固含量是指所加物料质量占总浆料质量的比，按照质量百分比计算的所述混合浆料中物料固含量为5～20wt％，混合浆料的pH为1～6，陈化温度为20～70℃，陈化时间为6～36h；较佳的，混合浆料中固含量为10～15wt％。较佳的，混合浆料的pH为2～4。较佳的，陈化温度为50～70℃，陈化时间为12～24h。
[0016]优选地，在所述步骤3中，水热反应温度为100～210℃，反应时间为1～24h。较佳的，反应温度为150～180℃，反应时间为3～12h。
[0017]优选地，所述矿化剂为草酸钠、草酸铵、草酸钾、草酸和/或氟化钠、氟化钾、氢氟酸中的至少一种；优选的为草酸钠和/或氟化钠。
[0018]优选地，所述锆源为氧氯化锆、硫酸锆、硝酸锆、硝酸氧锆、草酸锆中的至少一种；优选的为氧氯化锆。
[0019]优选地，所述磷源为磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、多聚磷酸钠中的至少一种。优选的为磷酸二氢钠。
[0020]优选地，纳米化采用湿法砂磨工艺，其方法过程如下：
[0021]将磷酸锆钠纳米耐温载体分散于水中，在具有研磨介质的砂磨机中进行砂磨，得含有纳米磷酸锆钠的浆料，经离心、干燥得磷酸锆钠载体，其平均粒径为20～100nm。
[0022]进一步优选地，所述含有纳米磷酸锆钠的浆料中磷酸锆钠的质量百分比为5～10％；
[0023]优选地，所述砂磨介质为平均粒径为0.1～0.5mm的氧化锆球，按照体积比计算的水和球磨介质的混合比例为(1～2)：1。
[0024]优选地，所述砂磨时间为6～24h。
[0025]优选地，将所得到的纳米化的磷酸锆钠为载体，负载银作为抗菌组分，抗菌组分的负载方法步骤如下：
[0026]步骤a.将纳米载体分散在溶剂中，加入可溶性银盐，充分进行吸附或离子交换，洗涤，常压低温干燥；
[0027]步骤b.将干燥后的负载银离子的纳米载体，置于电炉中，煅烧处理，即得纳米抗菌剂。
[0028]本专利技术进一步以氧化锆微球为研磨介质，采用湿法砂磨实现磷酸锆钠纳米化。得平均粒径为20～100nm的纳米磷酸锆钠。
[0029]优选地，在所述步骤a中，固含量为磷酸锆钠质量占溶剂质量的百分比，按照质量百分比计算的所述纳米载体的固含量为5～40wt％，可溶性银盐与纳米载体的摩尔比为
(0.1～1)：1，离子交换的pH为5～9，进行离子交换的温度为40～80℃，交换时间为1～7h；较佳的，纳米磷酸锆钠的固含量为10～20wt％；较佳的，可溶性银盐与纳米磷酸锆钠的摩尔比为(0.25～0.5)：1；较佳的，离子交换的pH为6～8，进行离子交换的温度为50～70℃，交换时间为3～5h。
[0030]优选地，在所述步骤a中，所述可溶性银盐化合物选自硝酸银、高氯酸银、氯酸盐、醋酸银、氟化银中的至少一种；
[0031]优选地，在所述步骤a中，所述分散磷酸锆钠的溶剂为水、乙醇、异丙醇、乙二醇、乙酸乙酯、苯甲醇中的至少一种；优选的为水；
[0032]优选地，在所述步骤b中，纳米复合载银粉体热处理的温度为400～900℃，保温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于：具体步骤包括耐温载体的合成、载体的纳米化、抗菌组分的负载和抗菌剂的煅烧处理过程，得到的所述纳米抗菌剂的纳米载体尺寸不大于100nm，分散在溶液中或者成膜树脂中，可形成澄清透明溶液。2.根据权利要求1所述纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述耐温载体的合成方法步骤如下：步骤1：将矿化剂溶于去离子水中，搅拌至固体完全溶解，记为溶液A；将锆源和磷源分别溶于去离子水中，分别记为溶液B和溶液C；步骤2：将溶液B逐滴加入溶液A中，搅拌至少30min混合均匀后，再将溶液C逐滴加入上述混合溶液中得混合浆料，用氢氧化钠溶液调节pH为酸性，充分陈化得到前驱体；步骤3：将陈化后的前驱体转入高压反应釜中加热处理，反应结束后自然冷却至室温，所得产物经过滤、洗涤、干燥，得到磷酸锆钠纳米耐温载体，其一次粒径D90<200nm。3.根据权利要求2所述纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述磷源化合物：锆源化合物：矿化剂的摩尔比为(1～2)：(2～4)：(0.1～1)；在所述步骤2中，按照质量百分比计算的所述混合浆料中物料固含量为5～20wt％，混合浆料的pH为1～6，陈化温度为20～70℃，陈化时间为6～36h；在所述步骤3中，水热反应温度为100～210℃，反应时间为1～24h。4.根据权利要求2所述纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于：所述矿化剂为草酸钠、草酸铵、草酸钾、草酸和/或氟化钠、氟化钾、氢氟酸中的至少一种；所述锆源为氧氯化锆、硫酸锆、硝酸锆、硝酸氧锆、草酸锆中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、多聚磷酸钠中的至少一种。5.根据权利要求2所述纳米抗菌剂的制备方法，其特征在于，纳米化采用湿法砂磨工艺，其方法过程如下：将磷酸锆钠纳米耐温载体分...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，陈长，李玉萍，曹传祥，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：