一种银基气凝胶型抗菌剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于抗菌材料，具体涉及一种银基气凝胶型抗菌剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、虽然工厂在生产塑料制品时会经过消毒、杀菌等工序，但是多次使用的塑料制品经普通清洗、干燥后，其表面看着很干净，但其实在日常使用过程中表面已被污染而携带大量致病菌，危害人民的健康。目前，一般通过向塑料制品中加入抗菌剂来提高塑料制品的卫生质量和使用寿命。

2、目前的主流的无机抗菌剂是银、锌、铜，但在相同浓度下，锌、铜的抗菌效果要比银弱很多，且锌、铜在塑料中的分散性较差，需要与其他硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐等填料复配，复配了填料之后，又会改变塑料本身的透明度，影响产品的外观。银的抗菌性能虽然优良，但满足抗菌需求的添加量时，再在高温下与塑料进行混料时，虽然不改变塑料本身的透明度，但会使其变黄，影响产品的观感。而有机抗菌剂在高温下会分解，致使其抗菌效果大大降低，无法满足抗菌需求。

3、因此，制备一种能够保持塑料外观同时长效抗菌的抗菌剂具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种银基气凝胶型抗菌剂及其制备方法和应用。

2、本发明是通过下述技术方案进行实现的：

3、第一方面，本发明提供一种银基气凝胶型抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：

4、（3）将硅源加入模板剂的水溶液中，调节水溶液的ph值为酸性，再加入缚酸剂，加热至水溶液的ph值为中性，得二氧化硅溶胶；

5、（4）将步骤（1）所得二氧化硅溶胶加热反应，干燥，得气凝胶；

6、（5）将步骤（2）所得气凝胶加入ph值为1-2的含银离子的溶液中，超声，得气凝胶水溶液；

7、（6）在加热搅拌下，向步骤（3）所得气凝胶水溶液中加入覆膜剂进行反应，干燥，即得所述银基气凝胶型抗菌剂；所述覆膜剂为少于5个碳的可溶于水的一元醇、二元醇或三元醇。

8、本发明利用气凝胶的多孔结构，使得银离子进入其孔隙中，再通过使用覆膜剂，使气凝胶表面附上一层薄膜，一方面避免了银离子与空气接触使抗菌剂粉体变色，另一方面也使得抗菌剂与塑料混料时，银离子不与空气接触，避免发生反应，从而维持了基材原有的透明度与颜色，得到外观优异的成品，进一步地，所得的塑料制品在日常的使用过程中，抗菌剂中包裹的银离子会慢慢渗出，可以维持成品的长效抗菌。

9、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述硅源包括正硅酸乙酯（teos）、正硅酸甲酯(tmos)、甲基三甲氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、甲基三氯硅烷(mtcs)、甲基三丁酮肟基硅烷(mos)、甲基三异丙烯氧基硅烷(mtips)中的至少一种。

10、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述模板剂包括聚醚多元醇f127。

11、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述二氧化硅溶胶中，所述硅源的质量百分比为1%-3%，所述模板剂的质量百分比为3%-6%。

12、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述缚酸剂包括环氧丙烷、尿素、氨水中的至少一种。优选地，所述缚酸剂为环氧丙烷、尿素中的至少一种。

13、本发明步骤（1）中，溶液体系在弱酸性条件下能便于调控硅源的水解速率，缚酸剂用于维持溶液的ph值，使用上述物质能更好的维持溶液体系的ph。

14、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（1）中，所述缚酸剂的加入量为氢离子摩尔量的2到20倍。

15、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（2）中，所述加热反应的温度为60℃-80℃，时间为4h-24h；优选地，所述加热反应的温度为80℃，时间为6h。

16、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（3）中，所述气凝胶的质量为所述含银离子的溶液的质量的15%-30%；所述含银离子的溶液中银离子的摩尔浓度为0.05mol/l-0.3mol/l；优选地，所述含银离子的溶液中银离子的摩尔浓度为0.1mol/l。

17、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（3）中，所述超声的时间为15min-25min；所述超声时的功率为480w-600w。

18、本发明步骤（3）中，溶液的ph会影响气凝胶在体系中的分散性，溶液的ph值过大，气凝胶在其中容易形成团聚，比表面积会减小，银离子接触到的孔隙也会变少。超声会影响到银离子在气凝胶孔隙中的聚集情况，不超声或超声时间过短，银离子只是聚集在气凝胶的表面，最终得到的抗菌粉末与基材混炼之后会改变基材的原有颜色。在上述条件下，银离子能更好的分散在气凝胶的孔隙中。

19、优选地，所述步骤（3）中采用纳米银制备含银离子的溶液；所述纳米银包括乙酸银、硝酸银中的至少一种。

20、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（4）中，所述加热的温度为65℃-85℃，所述反应的时间为70min-100min。

21、加热的温度会影响覆膜剂在气凝胶表面的成形，温度过低，产出的抗菌剂会改变基材的原有颜色，过高会影响抗菌剂在基材中的分散性。

22、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（4）中，所述覆膜剂包括丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、二乙二醇、乙二醇中的至少一种。

23、覆膜剂是为了避免银离子接触空气发生反应变色，影响产品外观，本发明通过研究发现，少于5个碳的可溶于水的一元醇、二元醇或三元醇具有良好的覆膜效果，进一步实验发现，上述丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、二乙二醇、乙二醇具有更好的覆膜效果。

24、作为本发明所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（3）中含银离子的溶液的质量与所述步骤（4）中覆膜剂的质量比为100：（2-4）。

25、优选地，所述银基气凝胶型抗菌剂的粒径不超过100nm。

26、本发明银基气凝胶型抗菌剂的粒径优选不超过100nm，便于后续与其他基材混料时保障基材的透明度和颜色。

27、优选地，所述步骤（1）和步骤（3）中，采用酸调节ph值；所述酸包括硝酸、醋酸、草酸中的至少一种。

28、第二方面，本发明提供所述银基气凝胶型抗菌剂的制备方法制得的银基气凝胶型抗菌剂。

29、第三方面，本发明提供所述银基气凝胶型抗菌剂在塑料和/或涂料中的应用。

30、本发明的银基气凝胶型抗菌剂除用于塑料提高塑料的抗菌性能外，还可用于涂料，作为涂料的填充剂，例如玻璃胶、油漆、水泥等涂料。

31、第四方面，本发明提供一种抗菌母粒，所述抗菌母粒中，所述银基气凝胶型抗菌剂的质量百分比为2%-5%。

32、本发明的抗菌母粒中，当银基气凝胶型抗菌剂的质量占比为2%-5%时，抗菌母粒具有优异的抗菌效果和外观，抗菌剂的加入量过少，影响产品的抗菌效果，加入量过多，会导致抗菌母粒外观不佳，存在分散不均的颗粒。

33、本发明具有如下有益效果：本发明制备方法得到的银基气凝胶型抗菌剂避免了银离子与空气接触造成的产品颜色改变，使得产品保持了良好的外观和透明度，且本发明银基气凝胶型抗菌剂具有优异的抗菌效果，2‰的加入量，即可达到99%的抗菌效果，具有广泛的应用前景。