一种碳纳米管/四针状氧化锌晶须复合抗菌材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含四针状氧化锌晶须的抗菌材料，其特征是氧化锌晶须表面均匀附着有碳纳米管。经实验证实，两种材料起到协同杀菌作用，优于分别单独使用碳纳米管或单独使用四针状氧化锌晶须。本材料不释放金属离子，安全性高，且制备方法步骤简单、能耗低。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术设及一种无机抗菌材料，具体设及负载有碳纳米管的四针状氧化锋晶须的 复合抗菌材料及其制备方法。
技术介绍
： 使用抗菌材料是有效地防止细菌产生和滋长最为简单和有效的方法。抗菌材料是 指具有杀菌和抑制细菌生长功能的一类新型功能材料。 氧化锋本身具有广谱抗菌的性能，而四针状氧化锋晶须由于具有纳米级针尖、纳 米级生长台阶使其与周围环境相互作用增强，因此抗菌性能更好。研究表明四针状氧化锋 晶须抗菌作用主要来源于其产生的过氧化氨（Journal of Fermentation and Bioengineering 1998年第86卷521页、Langmuir 2013年第29卷5573页）。基于四针状氧化 锋晶须的广谱抗菌性能及其良好安全性，通过其与纳米材料复合或杂化，可进一步提高抗 菌活性。例如，专利(ZL 2012 1 0005760.2)采用纳米铜杂化改性四针状氧化锋晶须，可显 著提高其抗菌性能。 但是，四针状氧化锋晶须只能靠释放活性物质抗菌，抗菌机制较单一、抗菌活性不 太高。 碳纳米管(CNTs)是碳的一种同素异形体，具有管状的独特结构。其优异的吸附能 力W及不会产生抗药性都为碳纳米管作为抗菌材料提供了良好的基础。 但是，不宜单独使用碳纳米管作为抗菌材料，因为碳纳米管的抗菌作用主要靠吸 附的物理作用，抗菌活性不够高。 负载纳米银或者纳米铜等重金属的氧化锋晶须虽然可通过释放金属离子提高抗 菌活性，但是对重金属要求高的产品中不能使用，其使用范围受到限制。而且纳米银或者纳 米铜价格较高。
技术实现思路
[000引本专利技术的目的是提供一种负载非金属材料的四针状氧化锋晶须复合抗菌材料，且 工艺简单，易于推广。 本专利技术人首次发现，用碳纳米管对四针状氧化锋晶须进行负载改性，两种纳米材 料通过结构杂化等机制，可产生协同催化活性，带来更好的抗菌效果:既可发挥碳纳米管的 超强吸附等作用，又可发挥四针状氧化锋晶须释放活性物质杀灭细菌的作用，可解决四针 状氧化锋晶须只靠释放活性物质抗菌的抗菌机制较单一、抗菌活性不太高的问题。 所述负载改性，是通过一定的方法将碳纳米管均匀附着于氧化锋晶须表面。 负载不同于普通的混合，附着的物质与被负载的基体有一定的结合力。具体见图1 与图3的区别。 因此，本专利技术提供了一种含四针状氧化锋晶须的抗菌材料，其特征是还含有碳纳 米管，所述碳纳米管均匀附着于氧化锋晶须表面。 所述碳纳米管和四针状氧化锋晶须用量比的范围是1:1~10重量份:优选用量比 是1:2。 由于碳纳米管之间存在较强的范德华引力，加之其巨大的比表面积和很高的长径 比，使其形成团聚或缠绕。为达到碳纳米管的均匀附着，首先应将其分散于水等介质中。而 碳纳米管没有亲水性的活性基团，在水中很难分散。 本专利技术选用了氧化石墨締水悬液，极大提高了碳纳米管在水中的分散性，可得到 碳纳米管的均匀分散液。 氧化石墨締既含有芳环结构又含有亲水的含氧基团，可W通过与碳纳米管之间形 成K-JT堆叠的作用，打破碳纳米管之间的相互缠结，而其所具有的亲水基团又能增加它们在 水中的分散性。通过氧化石墨締提高碳纳米管在水中的分散性有利于碳纳米管在水悬液中 均匀地负载到四针状氧化锋晶须上，才能保证所形成的复合抗菌材料碳纳米管的吸附作用 与四针状氧化锋晶须的杀菌作用协同发挥，才能提高抗菌的效果。所述氧化石墨締水悬液的浓度范围是0.5~2mg/mL，优选浓度为Img/mL。碳纳米管、四针状氧化锋晶须、氧化石墨締水悬液S者之间的用量比是1:1.5~ 2.5:4~6重量份;优选用量比是1:2:5重量份。本专利技术抗菌材料的制备方法，其步骤是： (a)在碳纳米管和四针状氧化锋晶须的混合粉末中加入氧化石墨締水悬液； (b)经机械揽拌和超声波共同处理，得到混合粉末的分散液； (C)过滤所述分散液，将分离出的固状物干燥，得到黑色粉末状的复合抗菌材料成 品。 步骤(a)中，所述氧化石墨締水悬液的配制方法如下： (1)采用Hummers法制备氧化石墨：称Sg石墨粉和4g NaN〇3置于干燥的1000 mL的S 颈烧瓶中，安置在冰水浴中，加入184mL的浓硫酸，打开揽拌装置。称24g KMn04缓慢加入上 述混合液中，控制反应溫度低于l〇°C，反应化。然后转移至35°C水浴下反应化后，再缓慢加 入368血水，同时设置水浴锅溫度为90°C，保持90°C恒溫反应化。加入20mL出化(30% )继续 揽拌15min，随后加入600mL水稀释揽匀，将反应产物转移至2000mL大烧杯，静置2天，得到氧 化石墨。 (2)配制氧化石墨締水悬液:将上述的氧化后的石墨产物静置分层后，倒去上层清 液，将下层的反应产物分装于离屯、管内，分别用5%的HCl、蒸馈水洗涂，离屯、转速控制在 8000巧m，直至离屯、上清液pH值接近6~7。然后用烧杯收集离屯、后的上层黄褐色的漂浮产 物，将收集后的产物于IOOw的超声仪中超声化，即得到最终产物氧化石墨締。量取一定体积 的氧化石墨締水悬液，烘干，计算出氧化石墨締水悬液的质量浓度。在氧化石墨締水悬液中 加入水稀释至氧化石墨締的质量浓度为0.5~2mg/mL。 步骤(b)中， 机械揽拌和超声波共同处理的时间为30~90分钟，优选为60分钟。机械揽拌的速度为100~200转/分，优选为200转/分。超声波的功率为80~1OOW，优选为1OOW; 超声波的频率为30~60k监，优选为40k监。 本专利技术得到的复合抗菌材料的具有广泛的使用领域，设及行业包括食品包装、餐 具、饮水用具、儿童玩具、家电制品、家庭日用品、建筑装饰材料、IT产品、通讯产品等。例如， 将该复合抗菌材料添加到制造塑料、纤维、涂料的原料中，可W得到具有抗菌作用的各种材 料，用于制造抗菌家电、抗菌纺织品、抗菌塑料制品、抗菌包装材料、抗菌地板、抗菌家具、抗 菌涂料等产品。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是： 1、两种材料起到协同杀菌作用，比分别单独使用碳纳米管或单独使用四针状氧化 锋晶须杀菌抑菌力都强 通过碳纳米管负载于氧化锋晶须表面，两种机制协同发挥提高其抗菌性能：具有 吸附功能的碳纳米管可吸附并固定住细菌，氧化锋晶须释放的活性物质与细菌持续直接作 用杀灭细菌。 同时，本专利技术使用氧化石墨締作为碳纳米管的分散剂来实现碳纳米管在四针状氧 化锋晶须表面均匀且稳定的负载。 经过对比实验证实:本专利技术得到的复合抗菌材料比分别单独使用碳纳米管或单独 使用四针状氧化锋晶须杀菌抑菌力都强。 四针状氧化锋晶须负载改性后，比单独使用四针状氧化锋晶须复合抗菌材料4小 时杀菌率从72.5 %提高到了95 % W上，明显提高了其抗菌效果。 2、不释放金属离子，安全性高 相对于释放金属离子的负载纳米银或者纳米铜的改性技术，本专利技术中负载的碳纳 米管不释放金属离子，安全性高，对环境污染小。 3、制备方法步骤简单、能耗低。【附图说明】： 图1是用场发射扫描电镜放大2万倍观察到的四针状氧化锋晶须的微观形貌图； 图2是用场发射扫描电镜放大8万倍观察到的四针状氧化锋晶须的微观形貌图； 图3是用场发射扫描电镜放大4万倍观察到的实施例1得到的纳米管/四针状氧化 锋晶须复合抗菌材料的微观形貌图； 图4是用场发射扫描电镜放大8万倍观察到的实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含四针状氧化锌晶须的抗菌材料，其特征是还含有碳纳米管，所述碳纳米管均匀附着于氧化锌晶须表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：印红，徐晓玲，周祚万，陈菁菁，徐侃彦，
申请(专利权)人：航天神舟生物科技集团有限公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11