【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种纳米银溶胶。
本发明的另一个目的是提供所述纳米银溶胶的制备方法。
本发明的另一个目的是提供所述纳米银溶胶的用途。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种纳米银溶胶,其特征在于所述溶胶的银粒子含量是20-20000ppm,所述银粒子粒径是0.5nm-40nm,所述银粒子粒径在室温下保存100天不变。
优选地,所述溶胶的银粒子含量是500-10000ppm,所述银粒子粒径是0.5nm-30nm。
本发明涉及一种纳米银溶胶的制备方法,其特征在于该方法的步骤如下:
A、混合分散还原剂溶液的制备
在密闭反应器中,以重量份计将0.1-10份一种或多种选自糖原、聚乙烯吡咯烷酮或葡萄糖的还原剂、40-75份乙醇与22-60份脂肪醇溶解制成所述的混合分散还原剂溶液;
B、纳米银溶胶的制备
将银盐溶于乙醇中制成浓度0.005-4.0重量%银盐乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的银盐乙醇溶液加到在步骤(A)得到的所述混合分散还原剂溶液中,所述银盐重量与所述混合分散还原剂溶液重量的比是0.8∶1.2至1.2∶0.8,然后在温度35-70℃下进行反应6-72小时,得到所述的纳米银溶胶。
根据本发明的一种优选实施方式,所述的银盐是一种选自硝酸银、乙酸银、柠檬酸银或酒石酸银的银盐。
根据本发明的另一种优选实施方式,所述的葡萄糖选自β-D-葡萄糖、α-D-葡萄糖或它们的混合物。
根据本发明的另一种优选实施方式,所述的脂肪醇是一种或几种选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇、正戊醇或正己醇的脂肪醇。
根据本发明的另一种优选实施方式,所述糖原分子量为1500000-5000000。
根据本发明的另一种优选实施方式,所述聚乙烯吡咯烷酮分子量为30000-90000。
本发明涉及所述的纳米银溶胶或所述方法制备的纳米银溶胶在织物用抗菌后整理剂中的用途,其特征在于用于织物抗菌处理的纳米银溶胶的浓度优选为50-100ppm。
本发明涉及所述的纳米银溶胶或所述方法制备的纳米银溶胶在天然纤维抗菌防臭处理中的用途,其特征在于所述的纳米银溶胶对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度小于30ppm。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种纳米银溶胶,其特征在于所述溶胶的银粒子含量是20-20000ppm,所述银粒子粒径是0.5nm-40nm,所述银粒子粒径在室温下保存100天不变。
纳米银具有广谱抗菌,能杀灭各种致病微生物,比抗菌素更强的杀菌剂,可迅速直接杀死650多种细菌,使其丧失繁殖能力;渗透性强、能够促进伤口愈合、细胞生长及受损细胞修复;抗菌持久、安全无毒,对皮肤也无任何刺激反应;无耐药性等特点。
本发明的纳米银溶胶采用X射线衍射(XRD)与透射电子显微镜进行了表征。
XRD使用D/max-rA转靶多晶体X射线衍射仪分析(日本Rigaku出品),其条件如下:铜靶(Cu Ka)、X射线波长1.5406nm、扫描范围为10-90°、扫描速率为0.02度/秒。将本发明的纳米银溶胶滴于载玻片上进行X射线衍射分析,其结果见附图1,该图存在单质银的特征吸收峰,表明本发明纳米银溶胶中的胶粒是银粒。
透射电子显微镜分析使用JEM-1200EX(日本JEOL出品),在工作电压160KV下进行测定。银含量为100ppm的本发明纳米银溶胶进行了透射电子显微镜测试,其结果见附图2。这个结果表明,本发明纳米银溶胶的粒径为1-20nm。
将该样品在25℃下保存60天后进行了透射电子显微镜测试,其结果见附图3。这个结果表明本发明纳米银溶胶的粒径仍为1-20nm。
同时,还进行了保存100天的类似试验,得到基本相同的结果。
由此可见,本发明纳米银溶胶具有非常好的稳定性。
但是,本说明书对比实施例1的结果表明,采用现有技术制备的纳米银溶胶的粒径分布比本发明宽得多,其稳定性也低得多。
优选地,本发明所述溶胶的银粒子含量是500-10000ppm,所述银粒子粒径是0.5nm-30nm。
本发明涉及一种纳米银溶胶的制备方法。
该纳米银溶胶的制备方法的步骤如下:
A、混合分散还原剂溶液的制备
在密闭反应器中,以重量份计将0.1-10份一种或多种选自糖原、聚乙烯吡咯烷酮或葡萄糖的还原剂、40-75份乙醇与22-60份脂肪醇溶解制成所述的混合分散还原剂溶液。
糖原是一种在动物和细菌细胞内贮存的多糖,完全由葡萄糖组成。糖原在干燥状态下是白色无定形粉末,无臭,有甜味。与碘反应显示棕红色,在430-490nm下呈现最大的光吸收。它溶于水而成胶体溶液,不溶于乙醇。其结构与支链淀粉相似,主要是α-D-葡萄糖。本发明使用的糖原是目前在市场上销售的产品,例如上海继锦化学科技有限公司以商品名N632-2X销售的产品、上海超研生物科技有限公司以商品名Glycogen Type II销售的产品或恒大百盛生物(北京)科技发展有限公司以商品名549-00161销售的产品。
优选地,所述糖原分子量为1500000-5000000。
聚乙烯吡咯烷酮白色或乳白色粉末或颗粒,具有吸湿性,无臭或微臭,溶于水、碱、酸及极性有机溶剂,具有很强的膨胀性能,具有强的络合能力,还具有良好的粘合作用。
本发明使用的聚乙烯吡咯烷酮是目前在市场上销售的产品,例如博爱新开源制药有限公司以商品名
PVP K销售的产品、焦作中维化工有限公司以商品名PVP-K均聚系列销售的产品或上海维酮材料科技有限公司以商品名聚乙烯吡咯烷酮销售的产品。
优选地,所述聚乙烯吡咯烷酮分子量为30000-90000。
本发明使用的葡萄糖是自然界分布最广泛的单糖。葡萄糖含五个羟基,一个醛基。这个醛基具有还原性,而这些羟基能与酸发生酯化反应。天然的葡萄糖,无论是游离的或是结合的,均属D构型,在水溶液中主要以吡喃式构形含氧环存在,为α和β两种构型的平衡混合物。
在本发明中,所述的葡萄糖选自β-D-葡萄糖、α-D-葡萄糖或它们的混合物。
本发明使用的β-D-葡萄糖、α-D-葡萄糖是目前在市场上销售的产品。
本发明使用的葡萄糖是β-D-葡萄糖和α-D-葡萄糖以任何比例混合的混合物,即天然的葡萄糖,例如青州市华康葡萄糖有限公司以商品名一水葡萄糖销售的产品、邹平瑞雪无水葡萄糖有限公司以商品名无水葡萄糖销售的产品或北化精细化学品有限责任公司以商品名葡萄糖销售的产品。
在本发明中,所述的乙醇是目前在市场上销售的产品,通常例如是无水乙醇或不同浓度的乙醇水溶液产品。
根据本发明,所述的脂肪醇可以是一元脂肪醇、二元脂肪醇或多元脂肪醇。
所述的一元脂肪醇例如选自正戊醇或正己醇的脂肪醇。
所述的二元脂肪醇例如选自乙二醇、丙二醇或丁二醇的脂肪醇。
所述的三元脂肪醇例如选自丙三醇或丁三醇的脂肪醇。
在本发明中,所述的脂肪醇都是目前在市场上销售的产品。
在本发明中,所述的密闭反应器应该理解是一种在制备所述的混合分散还原剂溶液过程中能够达到与外部空气隔绝的任何反应器,目的在于防止葡萄糖氧化。所述的密闭反应器例如是威海化工机械有限公司以商品名闭式反应釜销售的产品、郑州大洋金属结构制造有限公司以商品名电加热不锈钢反应锅或无锡苏阳化工装备有限公司以商品名电加热不锈钢反应釜销售的产品。
B、纳米银溶胶的制备
将银盐溶于乙醇中制成浓度0.005-4.0重量%银盐乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的银盐乙醇溶液加到在步骤(A)得到的所述混合分散还原剂溶液中,所述银盐重量与所述混合分散还原剂溶液重量的比是0.8∶1.2至1.2∶0.8,然后在温度35-70℃下进行反应6-72小时,得到所述的纳米银溶胶。
根据本发明,所述的银盐是一种选自硝酸银、乙酸银、柠檬酸银或酒石酸银的银盐。
优选地,所述的银盐是一种选自硝酸银、乙酸银或酒石酸银的银盐。
更优选地,所述的银盐是一种选自硝酸银或乙酸银的银盐。
将所述的银盐溶于乙醇中制成银盐乙醇溶液。
所述银盐乙醇溶液的浓度优选地是0.03-2.0重量%,更优选地是0.1-1.7重量%。
然后,把制得的银盐乙醇溶液加到在步骤(A)得到的所述混合分散还原剂溶液中,所述银盐重量与所述混合分散还原剂溶液重量的比优选地是0.9∶1.1至1.1∶0.9,更优选地是0.95∶1.05至1.05∶0.95。
得到的所述混合物在温度35-70℃下进行反应6-72小时,得到所述的纳米银溶胶。优选地,得到的所述混合物在温度40-60℃下进行反应8-36小时。更优选地,得到的混合物在温度45-60℃下进行反应8-12小时。
所述的纳米银溶胶制备是在搅拌、避光和密闭的条件下进行的。
所述的搅拌是使用通常的桨式搅拌器进行搅拌,在制备所述的纳米银溶胶过程中,其搅拌速度控制在40-1600转/分钟,即将桨叶线速度控制在0.1-20米/秒,过低或过高的桨叶线速度都不有利于形成合乎要求银粒径的银粒子。当然,也可以使用其它的搅拌器进行搅拌,但需要满足其搅拌速度的要求。
所述的避光应该理解是在制备所述的纳米银溶胶过程中没有自然光或任何其它光源的光,目的在于完全消除这些光对形成纯银粒子的影响。
所述的密闭应该理解是在制备所述的纳米银溶胶过程中反应器内部的气氛与反应器外部空气无任何交换,目的在于防止空气对所述反应介质氧化作用。
反应结束后,得到的纳米银溶胶反应产物采用X射线衍射法(XRD)与透射电子显微镜进行检测。
本发明涉及上述纳米银溶胶或本发明所述方法制备的纳米银溶胶在织物用抗菌后整理剂中的用途,其特征在于用于织物抗菌处理的纳米银溶胶的浓度优选为50-100ppm。
作为织物整理剂使用时,所述的纳米银溶胶使用方法是:用去离子水将本发明的纳米银溶胶制成处理工作液,可以将纳米银的浓度控制在50-60ppm;然后采取浸轧法处理所述的织物,例如丝绸和普通纱布,使其织物带液率为75-100%,保持0.5-2.0小时,再在温度80-100℃进行烘干。
本发明涉及所述的纳米银溶胶或所述方法制备的纳米银溶胶在天然纤维抗菌防臭处理中的用途,其特征在于所述的纳米银溶胶对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度小于30ppm。所述的大肠杆菌例如是大肠杆菌ATCC 25922,所述的金黄色葡萄球菌例如是金黄色葡萄球菌ATCC 6538。
下面详细说明使用本发明制备的纳米银溶胶处理检测试验。
1、检测方法:
A、抗菌性能测试标准
抑菌环试验(定性):GB/T 20944.1-2007《纺织品抗菌性能的评价第1部分:琼脂扩散法》。
吸收法试验(定量):GB/T 20944.2-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》,JIS L 1902-《2002纺织制品抗菌活性和效率的测试》,卫生部消毒技术规范(2002年版)2.1.8。
B、防霉性能测试标准:
防霉性能测试方法:ASTM G21-96《合成高分子材料抗真菌的测定》。
C、洗涤试验
洗涤试验参照FZ/T 73023-2006《抗菌针织品附录C抗菌织物试样洗涤试验方法》的洗涤程序。
2、检测结果如下:
表1抗菌丝绸试样洗涤次数与抑菌环直径的关系
表2抗菌棉纱布试样洗涤50次后抗菌性和防霉性
上述结果清楚地表明,使用本发明制备的纳米银溶胶处理天然纤维后,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率仍然高于90%。
[有益效果]
本发明具有下述有益效果:
使用设备少,工艺简单,无污染,便于工业化生产;本发明制备的纳米银溶胶使用安全性高,抗菌性能好,稳定性极佳,经过100次洗涤后对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌率仍然高于90%,所述银粒子粒径在室温下保存100天不变。可应用于织物抗菌处理和鞋的抗菌除臭处理,且生产成本低,具有市场竞争力。
【具体实施方式】
实施例1:浓度100ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
首先,在有盖反应器中,以重量份计将1份糖原、40份乙醇与59份乙二醇溶解制成所述的混合分散还原剂溶液。
然后,将乙酸银溶于乙醇中制成浓度0.017重量%银盐乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的银盐乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述银盐重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度60℃下进行反应10小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用本说明书中描述的X射线衍射法得到图1所示的结果,表明本发明纳米银溶胶中的胶粒是银粒。采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是1-20nm。
使用这个实施例制备的纳米银溶胶处理天然纤维后,采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是98.2%与97.9%。
实施例2:浓度50ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用0.1份葡萄糖、75份乙醇和24.9份乙二醇;
然后,将硝酸银溶于乙醇中制成浓度0.0085重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的硝酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述硝酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度50℃下进行反应12小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用同样检测方法进行检测,其结果与实施例1得到的结果相同。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是99.2%与98.4%。
实施例3:浓度200ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用5重量份聚乙烯吡咯烷酮、55重量份乙醇、40重量份丙三醇。
然后,将乙酸银溶于乙醇中制成浓度0.034重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的乙酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述乙酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度50℃下进行反应25小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用同样检测方法进行检测,其结果与实施例1得到的结果相同。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是97.2%与99.4%。
实施例4:浓度2000ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用1重量份葡萄糖、8重量份聚乙烯吡咯烷酮、60重量份乙醇和31重量份丙三醇
然后,将硝酸银溶于乙醇中制成浓度0.34重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的硝酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述硝酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度50℃下进行反应50小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用同样检测方法进行检测,其结果与实施例1得到的结果相同。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是99.0%与98.6%。
实施例5:浓度5000ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用2重量份葡萄糖、8重量份聚乙烯吡咯烷酮、50重量份乙醇和40重量份正戊醇。
然后,将硝酸银溶于乙醇中制成浓度0.85重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的硝酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述硝酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度40℃下进行反应70小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用与实施例1同样检测方法进行检测,其结果表明本发明纳米银溶胶中的胶粒是银粒。采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是10-35nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是99.1%与98.9%。
实施例6:浓度10000ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用3重量份糖原、9重量份聚乙烯吡咯烷酮、40重量份乙醇和48重量份丙二醇。
然后,将硝酸银溶于乙醇中制成浓度1.7重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的硝酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述硝酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度45℃下进行反应65小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用与实施例1同样检测方法进行检测,其结果表明本发明纳米银溶胶中的胶粒是银粒。采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是16-38nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是99.6%与99.2%。
实施例7:浓度20000ppm的纳米银溶胶的制备
制备步骤如下:
该实施例的实施方式与实施例1的相同,但使用3重量份葡萄糖、9重量份聚乙烯吡咯烷酮、40重量份乙醇和48重量份丙二醇。
然后,将硝酸银溶于乙醇中制成浓度3.4重量%硝酸银乙醇溶液,然后在搅拌、避光和密闭的条件下,把所述的硝酸银乙醇溶液加到在前面得到的所述混合分散还原剂溶液中,其中所述硝酸银重量50g,所述混合分散还原剂溶液重量50g,然后在温度45℃下进行反应18小时,得到所述的纳米银溶胶。
采用与实施例1同样检测方法进行检测,其结果表明本发明纳米银溶胶中的胶粒是银粒。采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是12-30nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过100次洗涤后抑菌环直径没有显著降低,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是98.6%与97.2%。
对比实施例1
采用中国专利CN1876293A中实施例二制备纳米银胶体溶液。
采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是10~80nm,放置14天后纳米银粒子的粒径是60-140nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过20次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是68.1%与57.4%。
对比实施例2
采用中国专利CN101091991A中实施例二制备纳米银胶体溶液。
采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是1~10nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是48.6%与67.8%。
对比实施例3:
采用中国专利CN1669914A中实施例一制备纳米银胶体溶液。
采用本说明书中描述的透射电子显微镜分析确定纳米银粒子的粒径是1~20nm。
采用本说明书中描述的方法检测,经过50次洗涤后对大肠杆菌ATCC 25922及金黄色葡萄球菌ATCC 6538的抑菌率分别是92.1%与93.4%。但经该纳米银溶胶处理的白色棉布在室内放置经自然光照6小时即明显变色,而经本说明书所有实施例制备的纳米银溶胶所处理的白色棉布样品在室内自然光放置3月,肉眼观察不到任何颜色变化。
对比实施例4:
对厦门晋大纳米科技有限公司产品名纺织品抗菌整理剂JDFKS-001、上海维来新材料科技有限公司产品名为纳米银抗菌整理剂T200-TA8-3和本发明实施例5同时采用说明书中描述的方法制备抗菌棉布样品并检测,评价如下:
表3抗菌棉布对大肠杆菌ATCC25922的抗菌效果
表4抗菌棉布对金黄色葡萄球菌ATCC26538的抗菌效果
对比实施例5:
将厦门晋大纳米科技有限公司产品名纺织品抗菌整理剂JDFKS-001、上海维来新材料科技有限公司产品名为纳米银抗菌整理剂T200-TA8-3和本发明实施例5作为鞋用抗菌整理喷剂,同时处理由康博儿童鞋业(北京)有限公司所提供商品名A01220DordorHorse鞋垫,工艺如下:取抗菌整理剂1毫升加入到100毫升去离子水中制成抗菌喷剂,采用北京中科二环科技有限公司提供商品名为AS-33机动高压喷雾器对鞋垫进行喷涂,至平均每只鞋垫上含抗菌喷剂3g,自然荫干。采用本说明书中抗菌检测方法评价其对白色念珠菌的抗菌效果,结果如下表:
表5抗菌鞋垫对白色念珠菌的抗菌效果