氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物的製作方法
2023-11-30 22:54:11
專利名稱：氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種抗菌劑材料，尤其涉及一種無機複合抗菌劑材料。它可應用於食品包裝、建築材料、醫療器材、衛生用品、日常用品、衛生潔具、家用電器、通訊器材等領域。
背景技術：
有害細菌存在於我們周圍的各種場合，如居住的房屋地板、牆面，使用的家具、家電、衣物和日常用品等。1996年，日本大面積爆發的0-157大腸桿菌全國性感染事件，不僅奪去許多人的生命，而且引起全球恐慌。據統計，全球每年因細菌感染導致死亡的人數接近2000萬，佔死亡總數的30％以上；各醫院的交叉細菌感染率超過10％。要有效地防止細菌產生和滋長，使用抗菌材料是最為簡單和有效的方法。抗菌材料是指具有殺菌和抑制細菌生長功能的一類新型功能材料。
抗菌劑主要有無機、有機和天然三大類。天然抗菌劑來自於天然提取物質，如殼聚糖、日柏醇等，天然抗菌劑毒性小、安全性高，但使用壽命短、耐熱性差(150～180℃炭化分解)，主要應用於食品包裝袋等一次性使用的塑料製品。有機抗菌劑主要成分為四價胺鹽、醇類、雙胍類物質，具有見效快、殺菌能力強的特點，但易產生微生物耐藥性，並存在易遷移、耐熱性差等不足，許多有機抗菌劑在高溫、高壓、高剪切加工條件下易分解失效，分解產物造成二次汙染。無機抗菌劑採用物理吸附離子交換方法，將銀、銅、鋅等金屬負載於多孔材料表面，利用金屬離子的抗菌作用，通過緩釋作用達到長效抑菌的目的。無機抗菌劑不產生耐藥性且安全性好，特別是其突出的耐熱性(＞600℃)，在多種抗菌製品的應用中有著很大的優勢。現有的無機抗菌劑主要以銀和鋅離子為主，其中以銀離子的抗菌效果最好，但銀離子抗菌劑存在易被還原而變色(呈灰黑色)和成本高兩大缺點，而且由於還原後變成單質銀而喪失或大大減弱其抗菌效果。目前，已有不少報導稱納米材料具有抗菌性，但單純納米材料由於粒徑太小，具有很大的表面積，很難在使用中充分分散，甚至無法分散。所以使用前都要對其進行表面包覆處理。包覆的結果一方面大大降低了納米效應和抗菌作用的發揮，另一方面這種處理過程也是非常繁瑣的。不僅如此，現有的一些納米粉體材料(如納米TiO2)要依靠光催化才表現出一定的抗菌效果。日本專利(特開平5-912，特開平8-133918)報導用四針狀氧化鋅晶須和銀鹽複合，製備了具有優異抗菌效果的無機抗菌劑並在不同材料和環境中獲得應用(特開平-93365，特開平5-78498，特開平78218，特開平6-140731等)，這些日本專利報導的技術利用氧化鋅晶須的針狀體活性中心及尖端效應，激活空氣中的水和氧，產生羥基自由基(OH)和活性氧離子(O-2)，破壞細菌生存和增殖能力而使細菌死亡，而達到抗菌效果。但由於使用普通的氧化鋅晶須，其晶須長度達30-100μm，根部直徑粗達0.1～10μm。其針狀體活性中心少，尖端效應差，為了提高抗菌效果，要添加銀離子作為主要抗菌活性成份之一，而其中銀離子仍面臨變色問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種殺菌抗菌力強，殺菌抗菌過程和效果可重複持續進行、作用穩定，並且不變色、也無需光催化的氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物，含有的組分及重量配比為四針狀氧化鋅晶須50～80份，納米氧化鋅5～25份，納米氧化鈦5～25份，矽酸納載體10～40份。
本發明的有益效果是1、氧化鋅晶須的針狀體活性中心及尖端效應，可反覆產生並釋放出活性氧，而具有極強且穩定的氧化殺菌抗菌能力；在此基礎上，本發明添加了納米ZnO、納米TiO2，由於納米微粒特有的表面效應和小尺寸效應，賦予它們極高的催化活性，使抗菌效果進一步增強。2、少量的納米微粒以矽酸鈉無機載體為介孔材料，通過物理吸附固定並吸附納米ZnO和納米TiO2微粒；避開了單純納米抗菌劑，大量納米微粒分散困難，易產生二次團聚的問題，既保證納米微粒的分散性和穩定性，能通過緩釋作用達到長效抗菌；同時，氧化鋅晶須的針狀體活性中心及尖端效應作用，又使納米微粒無需依靠光催化就能產生抗菌作用。3、成分中無易變色且價格昂貴的銀離子，存儲與使用中不易變色，並降低了製造成本。
上述的四針狀氧化鋅晶須的長度為1～10μm，根部直徑為0.1～2μm。
由於採用的氧化鋅晶須(ZnOw)的針的長度為1～10μm，較一般氧化鋅晶須的長度30～200μm短得多，可以使單位重量的抗菌劑含有更多的四針狀體活性中心及尖端納米效應，同時可使產品達到更高的細度；ZnOw針狀體根部直徑控制在0.1～2μm範圍內，其尖端和邊界表現出納米材料特有的高表面活性效應；可更快、更多地反覆激活空氣中的水和氧，產生羥基自由基(OH-)和活性氧離子(O-2)，短時間內即可破壞細菌生存和增殖能力而使細菌死亡。故其殺菌抗菌力進一步增強，殺菌抗菌作用更加穩定。
本發明的50～80份四針狀氧化鋅晶須的晶格中還可含有1～5份的Li+、Na+、K+三種一價金屬氧化物中的一種或兩種以上的混合物。
這樣使抗菌劑中的氧化鋅晶須含有超額氧含量，提高了釋放活性氧(O-2)的能力，更進一步提高了抗菌效果。
測試表明本發明的複合抗菌劑組合物，其殺菌抗菌持續時間長，抗菌劑可以反覆發揮作用，最低抑菌濃度(MIC)僅為50～150PPM，添加2％該抗菌劑的材料(塑料、塗料等)對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌和白色念珠球菌等常見細菌的抗菌效果均超過90％；而且該抗菌劑對試驗用小鼠和大鼠的眼睛和皮膚均無任何刺激，其半致死量超過10000mg/Kg，屬實際無毒級產品。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。
圖1是本發明實施例組分中的四針狀氧化鋅晶須的電子顯微照片(3000X)圖。
圖2是本發明組分中的納米氧化鋅的電子顯微照片(100000X)圖。
圖3是本發明組分中的納米氧化鈦的電子顯微照片(100000X)圖。
具體實施例方式
實施例1～4首先，根據現有的四針狀氧化鋅晶須製備方法(如ZL97107607.3和ZL98111828.3兩專利的方法)，採用普通箱式電阻爐加溫製備四針狀氧化鋅晶須。但應將溫度控制在400～700℃之間，將晶鬚生長時間控制在15～20分鐘。按表1所示實施例1～4的份量稱取寬約5mm、厚約0.2mm的鋅帶；並按表1所示各例的種類、份量加入Li+、Na+或K+等一價金屬鹽中的一種或兩種以上的混合物，進行晶鬚生長。即製備得到本發明專用的實施例1～4所需份量的長度為1～10μm、根部直徑為0.1～2μm，並在晶格中含所需份量的一價金屬氧化物(超額氧含量)的四針狀氧化鋅晶須。
其具體操作過程為將寬約5mm、厚約0.2mm的鋅帶，放入耐高溫陶瓷坩堝，在鋅帶上均勻撒入LiNO3或NaNO3或KNO3(一價金屬氧化物)或其兩種以上的粉末混合物，放入預先已升溫至400～700℃的箱式電阻爐內，關閉爐門，保溫15～20分鐘。打開爐門，得到白色疏鬆狀粉末，產物收率95％以上。產物微觀結構如
圖1所示，為四針狀晶須，針狀體長度為2～10μm，根部直徑為0.5～2μm，晶格中含一價金屬氧化物。當然，若不撒入任何一種一價金屬氧化物，則得到晶格中不含一價金屬氧化物的四針狀晶須。
二、將能形成多孔結構的矽酸鈉，用水作為分散介質製成，按表1份量加入納米ZnO和納米TiO2，攪拌均勻後靜置24小時以上，過濾、烘乾得到介孔材料包覆的納米複合物。納米ZnO和納米TiO2的微觀結構分別見圖2、圖3。
本發明也可採用其他能形成多孔結構的無機載體材料作分散體，只要能形成多孔結構，且能固定並吸附納米ZnO和納米TiO2微粒即可。
三、將上述介孔材料包覆的納米複合物與四針狀晶須ZnOw充分混合，並根據用戶要求用不同的篩子篩分後，即得到本發明實施例1～4的氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物產品。
實際應用與測試將實施例1～4製得的複合抗菌劑組合物按1％或2％的重量比例加入聚乙烯樹脂中用常規工藝吹塑或流延成薄膜製品，測出抗菌效果見表1。
表1的比較例1中不加任何抗菌劑，比較例2中加入普通氧化鋅晶須。
表1氧化鋅晶須複合抗菌劑配方(重量份)及抗菌效果(％)
注MIC為最低抑菌濃度。
本發明的抗菌劑組合物作為功能助劑，可添加到塑料、橡膠、纖維、陶瓷、塗料等基材中，廣泛應用於食品包裝、建材、醫療器材、衛生用品、日常用品、衛生潔具、家電、通訊器材等領域。
權利要求
1.一種氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物，含有的組分及重量配比為四針狀氧化鋅晶須50～80份，納米氧化鋅5～25份，納米氧化鈦5～25份，矽酸納載體10～40份。
2.根據權利要求1所述的一種氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物，其特徵在於所述的四針狀氧化鋅晶須的長度為1～10μm，根部直徑為0.1～2μm。
3.根據權利要求1所述的一種氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物，其特徵在於所述的50～80份四針狀氧化鋅晶須的晶格中還含有1～5份的Li+、Na+、K+三種一價金屬氧化物中的一種或兩種以上的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種氧化鋅晶須複合抗菌劑組合物，含有的組分及重量配比為四針狀氧化鋅晶須50～80份，納米氧化鋅5～25份，納米氧化鈦5～25份，矽酸納載體10～40份。具有殺菌抗菌力強，殺菌抗菌過程和效果可以反覆持續進行、作用穩定；並且不變色、也無需光催化，使用方便等優點。
文檔編號A01N59/16GK1531852SQ0311750
公開日2004年9月29日 申請日期2003年3月21日 優先權日2003年3月21日
發明者周祚萬, 楚瓏晟, 段小飛, 易錦, 唐倫亮, 宋志蓉 申請人:西南交通大學, 成都交大晶宇科技有限公司