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CN111961251A - 纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用 - Google Patents

纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用 Download PDF

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CN111961251A
CN111961251A CN202010663543.7A CN202010663543A CN111961251A CN 111961251 A CN111961251 A CN 111961251A CN 202010663543 A CN202010663543 A CN 202010663543A CN 111961251 A CN111961251 A CN 111961251A
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刘立祥
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Shenzhen Huayuan Quantum Biology Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用，以质量百分比计，包括以下组分：纳米二氧化钛0.3％‑6％、分散剂0.5％‑4％、钙离子抗菌剂0.5％‑5％、银离子抗菌剂0.1％‑6％、纳米氧化锌0.1％‑3％、纳米三氧化二铝0.1％‑4％、纳米氧化铈0‑5％、壳聚糖0.5％‑10％。该纳米抗菌材料具有抗菌效率高，抗菌效果持久的特点，且无毒无味，无刺激性，透气性也好，质轻柔软，还可重复使用，环保可分解、疏水性也很好。

Description

纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用
技术领域
本发明属于高分子化合物加工技术领域，尤其涉及一种纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用。
背景技术
自然界的许多物质循环要靠微生物的代谢来完成，大多数微生物对人类是无害的，但是有些微生物会引起人类的病害，如致病性的细菌、真菌和病毒等，使人体健康受到威胁，甚至会危及生命。近年来随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，抗菌材料作为一种特定的功能材料被越来越多的应用于人们的生活中，如抗菌织物、抗菌塑料、抗菌纤维、抗菌陶瓷和抗菌建材等。纺织纤维因其多孔式形状和高分子化合物的化学结构有利于微生物的附着，在人体穿着或其它形式接触过程中会沾上汗液、皮质及其它各种人体分泌物和环境污染物，为各种有害物质提供了营养源。
在致病菌的繁殖和传递过程中，纺织品通常是良好的栖息地，并成为疾病的重要传播源，传统的抗菌材料存在抗菌能力、持久性和耐热性差、使用寿命短，且易受原料加工条件的限制，难以大规模生产和市场化，因此新型抗菌纺织品的研究和开发有着重要的意义，特别是近些年来以高分子材料为主材的织物在一次性医用材料、卫生巾和婴儿尿不湿等产品中获得了广泛的应用，此类产品具有高效持久的抗菌性能显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的问题，提供了一种具有较好抗菌性能的纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米抗菌材料，以质量百分比计，包括以下组分：纳米二氧化钛0.3％-6％、分散剂0.5％-4％、钙离子抗菌剂 0.5％-5％、银离子抗菌剂0.1％-6％、纳米氧化锌0.1％-3％、纳米三氧化二铝 0.1％-4％、纳米氧化铈0-5％、壳聚糖0.5％-10％。
进一步的，还包括植物提取物和生物蛋白，所述植物提取物以质量百分比计，包括：海藻提取物0.3％-10％、艾草萃取物0％-3％、黄姜素0.1％-10％、薄荷脑0-3％；所述生物蛋白以质量百分比计，包括：蜗牛萃蛋白0.02％-2％。
进一步的，以质量百分比计，所述抗菌材料还包括：气凝胶0.5％-3％、电气石0.1％-10％、香茅精油0.2％-15％、矿物粉0-10％。
进一步的，所述抗菌材料中，纳米氧化物、所述植物提取物与所述生物蛋白的质量百分比之和不大于80％。
进一步的，所述纳米氧化锌的平均粒径为1nm-30nm，所述纳米三氧化二铝的平均粒径为5nm-30nm，所述电气石的平均粒径为200nm-20μm。
进一步的，所述矿物粉包括高晶石英砂、纯矿晶物质超细粉。
一种制备上述的纳米抗菌材料的方法，包括如下步骤：
S1、将物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒。
一种抗菌纤维材料，所述纤维材料由如上述任一项所述的纳米抗菌材料及高分子材料加工制得，所述纤维材料由如下方法制备：
将上述的纳米抗菌材料与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
进一步的，所述高分子纳米抗菌纤维材料中，纳米抗菌材料的质量比为 5-30％。
一种高分子纳米抗菌材料在食品包装材料、医疗卫生材料、航天材料、空调及汽车空调滤芯、室内装饰材料、保鲜包装材料或家居材料中的应用。
本发明提供了一种纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用，以质量百分比计，包括以下组分：纳米二氧化钛0.3％-6％、分散剂0.5％-4％、钙离子抗菌剂0.5％-5％、银离子抗菌剂0.1％-6％、纳米氧化锌0.1％-3％、纳米三氧化二铝0.1％-4％、纳米氧化铈0-5％、壳聚糖0.5％-10％。该纳米抗菌材料具有抗菌效率高，抗菌效果持久的特点，且无毒无味，无刺激性，透气性也好，质轻柔软，还可重复使用，环保可分解、疏水性也很好。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例说明书中所提到的各组分的质量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间质量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书各组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
实施例1
本实施例提供了一种纳米抗菌材料、抗菌纤维材料及其制备方法，所述纳米抗菌材料以质量百分比计，由如下组分组成：6％的纳米二氧化钛、4％的分散剂、5％的钙离子抗菌剂、6％的银离子抗菌剂、3％的纳米氧化锌、4％的纳米三氧化二铝、2％的纳米氧化铈、2％的蜗牛萃蛋白、10％的海藻提取物、10％的壳聚糖、3％的气凝胶、10％的黄姜素、10％的电气石、15％的香茅精油、10％的高晶石英砂粉。
制备步骤包括如下：
S1、将上述物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒；
S5、将抗菌母粒与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
在本实施例中，对高分子纳米抗菌纤维材料进一步的进行加工，制作成口罩、防护服装面罩等防护用品，但并不仅仅限于制作口罩防护服装口罩，因为该含有纳米抗菌的纤维材料具有一定的阻隔功能，又有较好的抗菌性能，具有抗菌效率高，抗菌效果持久的特点，特别是对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠杆菌等人们经常接触的常见菌种，抗菌率达到97％-99％，且该高分子材料无毒无味、无刺激性，产品通过中国认可国际互认医用检测，不含其他化学成分，性能稳定，无毒、无异味，不刺激皮肤。
实施例2
本实施例提供了一种纳米抗菌材料、抗菌纤维材料及其制备方法，所述纳米抗菌材料以质量百分比计，由如下组分组成：5％的纳米二氧化钛、3％的分散剂、4％的钙离子抗菌剂、5％的银离子抗菌剂、2.7％的纳米氧化锌、3.5％的纳米三氧化二铝、3％的纳米氧化铈、2％的蜗牛萃蛋白、10％的海藻提取物、9.6％的壳聚糖、2％的气凝胶、3％的艾草萃取物、9.2％的黄姜素、3％的薄荷脑、10％的电气石、15％的香茅精油、10％的纯矿晶物质超细粉。
制备步骤包括如下：
S1、将上述物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒；
S5、将抗菌母粒与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
在本实施例中，对高分子纳米抗菌纤维材料进一步的进行加工，可制作为保鲜袋等包装材料，该高分子纳米抗菌纤维材料具有很高的疏水性，在保鲜包装上，就会有很好的通气保鲜，同时在微环境中释放氧离子提高了保鲜效果口感更好，对各种蔬菜、水果以及禽类都有很好的保鲜效果，经测试对生鲜及果蔬有很好的保鲜作用，成倍提高了运输时间及储存时间，本材料具有一定的韧性，制作的保鲜包装材料可清洗重复多次使用，从而节省成本，降低了垃圾的生成，且其原材料聚丙烯的化学结构不牢固，分子链很容易就可断裂，从而在紫外线的作用下可以有效地分解，无机变成植物所需养分。
实施例3
本实施例提供了一种纳米抗菌材料、抗菌纤维材料及其制备方法，所述纳米抗菌材料以质量百分比计，由如下组分组成：6％的纳米二氧化钛、2.7％的分散剂、4％的钙离子抗菌剂、5％的银离子抗菌剂、2.7％的纳米氧化锌、3.8％的纳米三氧化二铝、5％的纳米氧化铈、1％的蜗牛萃蛋白、10％的海藻提取物、9.6％的壳聚糖、2％的气凝胶、3％的艾草萃取物、9.2％的黄姜素、3％的薄荷脑、10％的电气石、14％的香茅精油、9％的高晶石英砂粉。
制备步骤包括如下：
S1、将上述物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比直接加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒；
S5、将抗菌母粒与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
在本实施例中，对高分子纳米抗菌纤维材料进一步的进行加工，可制作为衣服、床单被套之类的物品，该高分子纳米抗菌纤维材料具有多孔的纤维结构，多孔的纤维材料使得布料有着更好的通气及透气性。
实施例4
本实施例提供了一种纳米抗菌材料、抗菌纤维材料及其制备方法，所述纳米抗菌材料以质量百分比计，由如下组分组成：6％的纳米二氧化钛、3.2％的分散剂、3.4％的钙离子抗菌剂、4.6％的银离子抗菌剂、2.7％的纳米氧化锌、3.8％的纳米三氧化二铝、4％的纳米氧化铈、1.5％的蜗牛萃蛋白、10％的海藻提取物、 9.6％的壳聚糖、2％的气凝胶、3％的艾草萃取物、9.2％的黄姜素、3％的薄荷脑、 10％的电气石、15％的香茅精油、9％的纯矿晶物质超细粉。
制备步骤包括如下：
S1、将上述物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒；
S5、将抗菌母粒与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
在本实施例中，对高分子纳米抗菌纤维材料进一步的进行加工，可应用于航天材料、空调及汽车空调滤芯、室内装饰材料、家居材料中，具体可用于空调过滤网，但并不仅仅限于这几种，因为该高分子纳米抗菌纤维材料质轻柔软，由细纤维组成(2-3D)轻点状热熔粘结成型，产品轻柔舒爽，材质轻用量少成本低等特点。
在本发明中，采用了无机氧化物如纳米TiO2和ZnO2等，其杀菌机理主要是基于光催化机理。当杀菌剂被光照后产生电子-空穴对，与空气中的水和氧结合生成羟基自由基和超氧化物阴离子自由基。这两种自由基均具有较强的氧化活性，能够与细菌内的有机物及其分泌的毒素作用，破坏其繁殖和再生能力，减少细菌的生命力，同时能攻克细菌和外层细胞，穿透细胞膜，破坏细菌的细胞膜结构，从而彻底杀灭细菌。此外超氧化物阴离子自由基还可以与水进一步作用，生成羟基和双氧水，双氧水可通过细菌细胞膜，不仅能杀死细菌，还能分解细菌死后释放出来的内毒素等脂类物质，对细胞的破坏作用大大增加。
在制备高分子纳米抗菌材料的方法过程中，将研磨后的纳米材料按配比直接加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀之前，可通过喷雾干燥收集纳米材料，也可不干燥，并不会影响高分子纳米抗菌材料的制备，其中矿物粉中包括的纯矿晶物质超细粉为硅酸盐，但并不仅仅限于硅酸盐。
Figure RE-GDA0002715142670000061
Figure RE-GDA0002715142670000071
如上所述，本发明提供了一种纳米抗菌材料及其制备方法、抗菌纤维材料与应用，以质量百分比计，包括以下组分：纳米二氧化钛0.3％-6％、分散剂 0.5％-4％、钙离子抗菌剂0.5％-5％、银离子抗菌剂0.1％-6％、纳米氧化锌0.1％-3％、纳米三氧化二铝0.1％-4％、纳米氧化铈0-5％、壳聚糖0.5％-10％。该纳米抗菌材料具有抗菌效率高，抗菌效果持久的特点，且无毒无味，无刺激性，透气性也好，质轻柔软，还可重复使用，环保可分解、疏水性也很好。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米抗菌材料，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：纳米二氧化钛0.3％-6％、分散剂0.5％-4％、钙离子抗菌剂0.5％-5％、银离子抗菌剂0.1％-6％、纳米氧化锌0.1％-3％、纳米三氧化二铝0.1％-4％、纳米氧化铈0-5％、壳聚糖0.5％-10％。
2.如权利要求1所述的纳米抗菌材料，其特征在于，还包括植物提取物和生物蛋白，所述植物提取物以质量百分比计，包括：海藻提取物0.3％-10％、艾草萃取物0％-3％、黄姜素0.1％-10％、薄荷脑0-3％；所述生物蛋白以质量百分比计，包括：蜗牛萃蛋白0.02％-2％。
3.如权利要求2所述的纳米抗菌材料，其特征在于，以质量百分比计，所述抗菌材料还包括：气凝胶0.5％-3％、电气石0.1％-10％、香茅精油0.2％-15％、矿物粉0-10％。
4.如权利要求3所述的纳米抗菌材料，其特征在于，所述抗菌材料中，纳米氧化物、所述植物提取物与所述生物蛋白的质量百分比之和不大于80％。
5.如权利要求4所述的抗菌纳米材料，其特征在于，所述纳米氧化锌的平均粒径为1nm-30nm，所述纳米三氧化二铝的平均粒径为5nm-30nm，所述纳米二氧化钛的平均粒径为5nm，所述电气石的平均粒径为200nm-20μm。
6.如权利要求5所述的纳米抗菌材料，其特征在于，所述矿物粉包括高晶石英砂粉、纯矿晶物质超细粉。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的纳米抗菌材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将物料按比例依次添加到分散机内搅拌均匀；
S2、将搅拌后的物料放入纳米研磨机中研磨至纳米级；
S3、将研磨后的纳米材料按配比加入聚丙烯抽粒搅拌缸中拌匀；
S4、在168-200℃条件下开始造粒，得到抗菌母粒。
8.一种抗菌纤维材料，其特征在于，所述纤维材料由如权利要求1-6任一项所述的纳米抗菌材料及高分子材料加工制得，所述纤维材料由如下方法制备：
将所述的纳米抗菌材料与聚丙烯拉丝或喷丝形成连续长丝后，将长丝铺设成网，得到的纤网经自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固处理，得到高分子纳米抗菌纤维材料。
9.如权利要求8所述的抗菌纤维材料，其特征在于，所述高分子纳米抗菌纤维材料中，纳米抗菌材料的质量比为5-30％。
10.一种如权利要求8或9所述的高分子纳米抗菌纤维材料在食品包装材料、医疗卫生材料、航天材料、空调及汽车空调滤芯、室内装饰材料、保鲜包装材料或家居材料中的应用。
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