一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料的制备方法，包括具有高表面能的表面的基体制作、无机盐溶液淋涂、还原液淋涂、反应及清洗步骤，本发明专利技术利用原位合成的方法，在非面连续的条件下，持续生成纳米银或纳米锌，纳米银或纳米锌且着附、沉积在基体表面的缺陷上并与之结合形成抗菌层，抗菌层不易从基体上脱落，抗菌性能好。本发明专利技术还公开一种采用上述方法获得基于硅酸盐基体表面的抗菌材料，制备工艺精简、工艺参数容易控制且所得抗菌材料的抗菌性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料及其制备方法
本专利技术涉及抗菌材料
，特别地，涉及一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料的制备方法及所得抗菌材料。
技术介绍
随着科学进步和生活水平的提高，人们对身体健康和健康环境的需求也日益提高；而细菌、霉菌之类的病原菌对人类和动植物有很大危害，是影响人类健康的重要因素。因此抗菌材料及制品成了人们日益关注的重点，而无机类抗菌材料及制品以其无害、安全的特点，一直受市场的青睐。在无机抗菌材料中，常用的抗菌成分是银、铜、锌三种金属，其中银的效果最为明显；铜做为重金属，考虑环境影响的因素及应用受到了一定的限制；而银是贵金属，价格高，因生产成本的原因，银系抗菌材料的推广也受到局限。陶瓷做为硅酸盐的重要分类，是中国最古老传承的产品，与人类接触最为频繁；人们对陶瓷抗菌材料的研发也进行了深入的研究，但研究方向大都集中在陶瓷基体原料、釉原料中加入无机抗菌材料，再通过烧制得到陶瓷抗菌材料；但这种方式在烧制过程无机抗菌材料会产生新的物相，并且会被烧制层的玻璃相包裹，其抗菌效果大为减弱。中国专利公开号CN111056862A公开了一种抗菌陶瓷砖生产工艺，其原理是将含纳米银或纳米锌粒子的抗菌材料与防污液混合，以挤压的方式将抗菌材料填入陶瓷面的微纳级的孔洞和缝隙中；这种以机械填充式方法，其抗菌材料易脱落；并且大量的抗菌材料与防污液一起作为废液丢弃，造成浪费。因此，开发一种制备工艺精简、工艺参数容易控制且抗菌性能好的新型抗菌材料具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将基体的表面进行表面活化处理、清洗及吹干，得到具有高表面能的表面的基体；所述表面活化处理包括物理磨削、化学侵蚀及淋涂亲水性表面活性剂中的至少一种；步骤二、将无机盐溶液淋涂在步骤一所得基体中具有高表面能的表面上，静置1秒-60分钟，并淋干，得到具有淋涂表面的基体；所述无机盐溶液中银离子的含量为0.01~2wt%或锌离子的含量为0.1~20wt%；步骤三、将还原液淋涂在步骤二所得基体的淋涂表面上，静置1秒-60分钟；步骤四、在20℃~200℃的温度范围内进行反应和烘干，得到具有抗菌表面的基体；其中：所述反应为时效反应、加热熟化、微波辐射和光催化中的一种或几种；步骤五、对步骤四中基体的抗菌表面进行清洗，得到抗菌硅酸盐材料产品。以上技术方案中优选的，步骤二中所述无机盐溶液的配制步骤如下：步骤2.1、将无机银盐或无机锌盐与去离子水按重量比1：1-10000进行混合；步骤2.2、加入NaOH或KOH溶液至完全沉淀，NaOH或KOH溶液中OH-的摩尔量是步骤2.1中无机银盐或无机锌盐中银离子或锌离子的摩尔量的1-2.5倍；步骤2.3、在步骤2.2的产物中加入络合剂，使沉淀逐渐溶解，所述络合剂中NH4+离子的浓度为0.1-5mol/l，NH4+离子的摩尔量是步骤2.2的产物中银离子或锌离子的摩尔量的1-5倍。以上技术方案中优选的，无机银盐为硝酸银或硫酸银；无机锌盐为硝酸锌或硫酸锌或氯化锌；络合剂为氨水、乙二胺四乙酸和二乙基三胺五乙酸中的至少一种。以上技术方案中优选的，步骤三中所述还原液由还原试剂、稳定分散剂和去离子水按重量比1：0.1-10：1-10000配制而成；所述还原试剂为柠檬酸三钠、乙二胺四乙酸盐、乙二醇、硼氢化钠、次磷酸钠和抗坯血酸中的至少一种；所述还原试剂与步骤二中所述银离子或锌离子的重量含量比为1:1-10；所述稳定分散剂为聚乙烯吡咯唍酮、聚乙烯醇、明胶和苯胺中的至少一种。以上技术方案中优选的，在步骤四中：所述时效反应为在室温下静置1-20天；所述加热熟化为在40℃~200℃的温度范围内恒温1~200分钟；所述微波辐射的参数是：微波功率密度为1~100KW/m3，时间为1~60分钟；所述光催化的参数是：光波长为10nm~10ɥm，光照强度为0.05lux~1000lux，光照时间为10秒~100分钟。以上技术方案中优选的，所述步骤一、步骤二和步骤三中的淋涂为喷淋、浸渍、刷涂、辊涂及涂布中的一种或几种。以上技术方案中优选的，所述基体的材质为陶瓷、石材及玻璃中的一种。应用本专利技术的制备方法，效果是：本专利技术所采用的基体的材质为陶瓷、石材及玻璃中的一种，众所周知在基体表面中存在缺陷，这些缺陷有宏观的，也有微观和介观的；本专利技术利用原位合成的方法，在非面连续的条件下，持续生成纳米银或纳米锌，着附、沉积在基体表面的缺陷上，并与之结合，具体是：通过物理磨削、化学侵蚀、淋涂亲水性表面活性剂等方式使基体表面获得高表面能的表面，将无机盐溶液淋涂在表面上，并静置1秒-60分钟，使银离子或锌离子充分地吸附在缺陷表面；淋干后的无机盐溶液可重复利用，更省成本。再将还原液淋涂在表面上，静置1秒-60分钟，银离子或锌离子还原成纳米级银粒子或锌粒子，并着附、沉积在缺陷表面。由于是在在非面连续的条件下，上述反应不能完全进行，需要在20℃~200℃的温度范围内，在热、光、电磁场等外场作用下促进反应的进行或者进行长时间的时效反应，促进纳米银/锌粒子的生长，增加其稳定性和分散性，并增加粒子与缺陷表面的结合程度，抗菌材料不易从基体上脱落，抗菌性能好。本专利技术的无机盐溶液的配制步骤中，以络合剂对银离子或锌离子进行络合，控制游离的银离子或锌离子浓度，间接控制银离子或锌离子的还原速度，达到控制纳米银或纳米锌粒径大小的目的。但过多的NH4+离子在后续的还原过程中产生氨气挥发，氨气挥发对纳米银或纳米锌粒子在非面连续的条件下与缺陷表面的吸附、沉积和结合会造成不利影响，本专利技术通过对NH4+离子的加入量进行限定，并通过先沉淀后络合剂溶解的方式得以克服。本专利技术的步骤四中，为保证在非面连续的条件下，持续生成纳米银或纳米锌，本专利技术除进行长时间的时效反应外，还进行了加热熟化、微波辐射、光催化的措施，具体是：通过加热熟化，使还原反应的温度得以提高，从而提高反应速度，且通过大量的实验证明，该方案能在非面连续的条件下生成纳米银或纳米锌粒子。通过对基体和溶液的微波辐射，基体和溶液中正离子、附近的负电子或者偶极分子，在高频交变的电磁场中频繁转动和振动而摩擦生热；正离子、附近的负电子或者偶极分子的频繁转动和振动产生产生分子水平“搅拌”的效果，并且还会引起纳米银或纳米锌粒子的表面温升，导致晶粒重构，这些均有利于纳米银或纳米锌粒子的生成和控制，也有利于与缺陷表面的吸附、沉积和结合；过低的微波功率密度、过短的辐射时间将导致有利效果不能充分体现；过高的微波功率密度、过长的辐射时间也会产生纳米银或纳米锌粒子生产过快、粒径过大、分散度降低等不利影响；本专利技术对微波功率密度、辐射时间进行了严格控制和限定。在反应过程中，光催化使溶液产生水化电子和还原性的自由基团，可还原银离子或锌离子，合理控制光波长、光照强度和光照时间，还原的纳米银或纳米锌粒子具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、将基体的表面进行表面活化处理，得到具有高表面能的表面的基体；所述表面活化处理包括物理磨削、化学侵蚀及淋涂亲水性表面活性剂中的至少一种；/n步骤二、将无机盐溶液淋涂在步骤一所得基体中具有高表面能的表面上，静置1秒-60分钟，得到具有淋涂表面的基体；所述无机盐溶液中银离子的含量为0.01~2wt%或锌离子的含量为0.1~20wt%；/n步骤三、将还原液淋涂在步骤二所得基体的淋涂表面上，静置1秒-60分钟；/n步骤四、在20℃~200℃的温度范围内进行反应，得到具有抗菌表面的基体；所述反应为时效反应、加热熟化、微波辐射和光催化中的一种或几种；/n步骤五、对步骤四中基体的抗菌表面进行清洗，得到抗菌硅酸盐材料产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硅酸盐基体表面的抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将基体的表面进行表面活化处理，得到具有高表面能的表面的基体；所述表面活化处理包括物理磨削、化学侵蚀及淋涂亲水性表面活性剂中的至少一种；
步骤二、将无机盐溶液淋涂在步骤一所得基体中具有高表面能的表面上，静置1秒-60分钟，得到具有淋涂表面的基体；所述无机盐溶液中银离子的含量为0.01~2wt%或锌离子的含量为0.1~20wt%；
步骤三、将还原液淋涂在步骤二所得基体的淋涂表面上，静置1秒-60分钟；
步骤四、在20℃~200℃的温度范围内进行反应，得到具有抗菌表面的基体；所述反应为时效反应、加热熟化、微波辐射和光催化中的一种或几种；
步骤五、对步骤四中基体的抗菌表面进行清洗，得到抗菌硅酸盐材料产品。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一获得具有高表面能的表面的基体后，5小时内完成步骤二中无机盐溶液的淋涂和步骤三中还原液的淋涂。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中所述无机盐溶液的配制步骤如下：
步骤2.1、将无机银盐或无机锌盐与去离子水按重量比1：1-10000进行混合；
步骤2.2、加入NaOH或KOH溶液至完全沉淀，NaOH或KOH溶液中OH-的摩尔量是步骤2.1中无机银盐或无机锌盐中银离子或锌离子的摩尔量的1-2.5倍；
步骤2.3、在步骤2.2的产物中加入络合剂，使沉淀逐渐溶解，所述络合剂中NH4+离子的浓度为0.1-5mol/l，NH4+离子的摩尔量是步骤2.2的产物中银离子或锌离子的摩尔量的1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭虎，
申请(专利权)人：广东蒲公英新型材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44