CN105191936B - 纳米锌抗菌复合物及其制备方法和应用 - Google Patents
纳米锌抗菌复合物及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种纳米锌抗菌复合物及其制备方法和应用。本发明的纳米锌抗菌复合物具有高稳定性(不氧化、不变色、无毒、无味)、低剂量、抗菌高效、安全无毒、抗菌时效长、操作容易安全等突出特性，尤其是可以较为容易地分散于相应的制品中，很大程度的丰富了应用范围，简化了操作手续，使得实用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及抗菌剂，更特别地涉及纳米锌抗菌复合物。此外，本发明还涉及纳米锌抗菌复合物的制备方法，以及所述纳米锌抗菌复合物的应用。
背景技术
微生物，是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，与人类关系密切。涵盖了有益跟有害的众多种类，广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。
能引起人类和动植物疾病的细菌称为病原菌。这些微生物在合适的湿度与温度等环境下能够迅速繁殖，通过接触传播疾病，影响人们身心健康。因此研究人们能够方便使用，容易实现抗菌功能的抗菌剂具有重要意义。
抗菌包括抑菌、灭菌、杀菌、防霉、防腐，具体见下表。采用化学或物理方法杀灭细菌或者阻止细菌生长繁殖的过程是抗菌的总称。抗菌剂能够在一定时间内，使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。
目前，比较普遍的是采用物理抗菌，其通过接触细菌，造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失***增殖能力而死亡的过程。
无机抗菌剂因其长效低浓度等特点备受人们关注。无机抗菌剂中，因其金属离子不同而具有强弱不同的抗菌效果，其中抗菌性大小排序为：Hg>Ag>Cd>Cu>Zn>Fe>Ni等，但是仅仅具有抗菌性是不够的，还要求其不要对人体造成伤害，Hg、Cd、Pb等金属也具有抗菌能力，但对人体有害。金属离子的安全性排序为：Ag>Co>Ni>Al>Zn>Cu＝Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca，所以就安全性和抗菌性共同考虑的结果，以Ag离子最好，其次是Cu系和Zn系，因此以无机化合物为载体的这三种无机抗菌剂获得了广泛的应用。Cu离子因其本身带有颜色，会影响产品的表现力，银因其易氧化变色、价格昂贵、容易团聚等问题，使用范围均受到限制。
金属锌由于本身的抗菌能力为金属银的1/1000，导致大多数研究机构和生产厂家都把精力集中于Ag和纳米银的改性研发中来提高其作为抗菌剂的性能，从而忽略了锌作为抗菌剂的诸多优点，对其研究很少。实际上，纳米锌抗菌剂能够克服纳米银抗菌剂在实际应用中的诸多缺陷，如容易氧化、变黑、价格昂贵，难分散等，并且具备显著的抗菌效果、大大延长了抗菌时效性、尤其是可以较为容易地分散于相应的制品中，如塑料、纺织纤维、浆料、水性液体、油溶性液体中，极大扩展了应用范围。因此，研究开发纳米锌抗菌剂能够极大地满足社会要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米锌抗菌复合物及其制备方法和应用，本发明的纳米锌抗菌复合物具有高稳定性(不氧化、不变色、无毒、无味)、低剂量、抗菌高效、安全无毒、抗菌时效长、操作容易安全等突出特性，尤其是可以较为容易地分散于相应的制品中，很大程度的丰富了应用范围，简化了操作手续，使得实用性更强。
本发明的纳米锌抗菌材料是基于纳米锌的一种复合物，这种复合物的抗菌性能在诸多方面可以和纳米银媲美甚至超过纳米银的性能。本发明提供的纳米锌复合抗菌剂具有高稳定性(不氧化、不变色、无毒、无味)、低剂量、抗菌高效、安全无毒、抗菌时效长、操作容易安全等突出特性，通过了SGS、欧洲强制标准(ROHS)毒性检测实验，急毒性口服实验，皮肤刺激实验，皮肤过敏实验，以及日本工业标准(JIS)抗菌实验，具有高度安全性，对人体无毒、无害、无刺激、无过敏反应。采用本发明的纳米锌复合抗菌材料制成的抗菌塑料，经检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间，纳米锌复合抗菌材料可以广泛应用于纺织业、医疗机构、疾控疫控、日化产品、日用品、塑料、油墨、钢材、自洁***、养殖、公共场所等的防霉、防腐、抗菌应用。
在一个方面中，本发明提供了一种纳米锌抗菌复合物，用于制备所述纳米锌抗菌复合物的各原料组成及其重量份数为：
锌盐 0.1-10重量份；
稳定剂 40-85重量份；
表面活性剂 1-10重量份；
还原剂 0.5-5重量份。
在优选的实施方式中，所述锌盐为草酸锌、硫酸锌、氯化锌、磺酸锌或醋酸锌。在更优选的实施方式中，所述锌盐为醋酸锌。
在优选的实施方式中，稳定剂为C2-C6低级醇或带有羟基的水溶性高聚物。在更优选的实施方式中，所述C2-C6低级醇选自由乙醇、异丙醇、丙二醇、丙三醇或一缩二乙二醇构成的组中的一种或两种。在更优选的实施方式中，带有羟基的水溶性高聚物选自淀粉类衍生物或纤维素类衍生物。在更优选的实施方式中，所述淀粉类衍生物优选为羟甲基淀粉或羟乙基淀粉。在更优选的实施方式中，所述纤维素类衍生物优选为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟甲基丙基纤维素。
在优选的实施方式中，表面活性剂选自聚环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。
在优选的实施方式中，还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
在优选的实施方式中，所述的稳定剂包括第一稳定剂和第二稳定剂，所述纳米锌抗菌复合物采用如下的步骤来制备：
(1)在反应容器中加入锌盐和第一稳定剂，配制成前驱物溶液；
(2)将步骤(1)获得的前驱物溶液置入超声波反应槽中，通过超声波产生空化作用；
(3)加入表面活性剂、还原剂和第二稳定剂，在超声空化效应产生的热点区域进行反应，反应结束后获得反应液；
(4)将步骤(3)获得的反应液导入真空烘箱中进行再结晶，烘干后形成纳米锌粒子，获得纳米锌抗菌复合物；
其中，第一稳定剂和第二稳定剂可以是相同的或不同的；在步骤(1)中加入20-55重量份的第一稳定剂，并在步骤(3)中加入20-65重量份的第二稳定剂，第一稳定剂和第二稳定剂的重量份之和为40-85重量份；
并且其中，所获得纳米锌粒子的粒径不大于30纳米。
在另一个方面中，本发明提供一种纳米锌抗菌复合物的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在反应容器中加入锌盐和第一稳定剂，配制成前驱物溶液；
(2)将步骤(1)获得的前驱物溶液置入超声波反应槽中，通过超声波产生空化作用；
(3)加入表面活性剂、还原剂和第二稳定剂，在超声空化效应产生的热点区域进行反应，反应结束后获得反应液；
(4)将步骤(3)获得的反应液导入真空烘箱中进行再结晶，烘干后形成纳米锌粒子，获得纳米锌抗菌复合物。
在优选的实施方式中，在步骤(1)中加入20-55重量份的第一稳定剂，并在步骤(3)中加入20-65重量份的第二稳定剂，第一稳定剂和第二稳定剂的重量份之和为40-85重量份；第一稳定剂和第二稳定剂可以是相同的或不同的。
在优选的实施方式中，所获得纳米锌粒子的粒径不大于30纳米。
使用时，根据具体情况配制成纳米锌抗菌溶液，进行抗菌效果检测。
在又一个方面中，本发明提供了所述纳米锌抗菌复合物在纺织业、医疗机构、疾控疫控、日化产品、日用品、塑料、油墨、涂料、钢材、自洁***、养殖、公共场所等的防霉、防腐、抗菌中的应用。
具体实施方式
下文将对本发明的实施例进行进一步的描述，其中，各实施例仅为本发明的优选的实施方式，其仅为示例性的，并且不意图构成对本发明范围的限定。本领域技术人员可以根据上文的说明以及下文对实施例的描述作出多种不同的改进和变形，其均不会背离本发明的精神和实质。据此，本发明的范围仅意图通过各项权利要求所要求保护的范围来进行限定。
实施例1
在反应容器中加入2g醋酸锌和20g乙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入5g聚环氧乙烷、60g丙二醇和3.5g抗坏血酸，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为20nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例2
在反应容器中加入1.3g醋酸锌和30g异丙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入8g聚环氧乙烷、50g丙二醇和3g抗坏血酸，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为12nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例3
在反应容器中加入0.8g醋酸锌和40g异丙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入5g环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物、35g丙二醇和5g葡萄糖，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为18nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例4
在反应容器中加入3g醋酸锌和30g乙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入10g环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物、50g异丙醇和2g甲醛，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为27nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例5
在反应容器中加入0.1g磺酸锌和20g乙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入7g聚环氧乙烷、55g丙三醇和0.8g硼氢化钠，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为16nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例6
在反应容器中加入10g磺酸锌和55g异丙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入3g聚环氧乙烷、30g一缩二乙二醇和4g甲醛，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为30nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例7
在反应容器中加入3.2g磺酸锌和46g异丙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入1g聚环氧乙烷、37g丙三醇和1.6g葡萄糖，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为22nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例8
在反应容器中加入5.7g磺酸锌和40g乙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入1.8g聚环氧乙烷、30g丙三醇和2.2g硼氢化钠，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为19nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例9
在反应容器中加入5.7g氯化锌和40g乙醇，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入1.8g聚环氧乙烷、30g羟甲基纤维素和2.2g硼氢化钠，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为19nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
实施例10
在反应容器中加入5.7g草酸锌和40g羟乙基淀粉，配制成前驱物溶液；将上述溶液放入超声波反应槽中超声分散30min后，加入1.8g聚环氧乙烷、30g异丙醇和2.2g硼氢化钠，超声反应60min后，将反应液置于60℃真空烘箱烘干10h，形成纳米粒子，粒径约为19nm。
将所获得的纳米锌抗菌复合物制成抗菌塑料，经江苏省疾控中心检测，结果显示对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白念珠菌均有较强的抗菌效果，2次测试平均抗菌率在99％～100％之间。
Claims (16)
1.一种纳米锌抗菌复合物，其特征在于：
用于制备所述纳米锌抗菌复合物的各原料组成及其重量份数为：
锌盐 0.1-10重量份；
稳定剂 40-85重量份；
表面活性剂 1-10重量份；
还原剂 0.5-5重量份；
所述纳米锌抗菌复合物制备步骤如下：
（1）在反应容器中加入锌盐和第一稳定剂，配制成前驱物溶液；
（2）将步骤（1）获得的前驱物溶液置入超声波反应槽中，通过超声波产生空化作用；
（3）加入表面活性剂、还原剂和第二稳定剂，在超声空化效应产生的热点区域进行反应，反应结束后获得反应液；
（4）将步骤（3）获得的反应液导入真空烘箱中进行再结晶，烘干后形成纳米锌粒子，获得纳米锌抗菌复合物；
所述稳定剂包括第一稳定剂和第二稳定剂，第一稳定剂和第二稳定剂可以是相同的或不同的；在步骤（1）中加入20-55重量份的第一稳定剂，并在步骤（3）中加入20-65重量份的第二稳定剂，第一稳定剂和第二稳定剂的重量份之和为40-85重量份；所述锌盐为草酸锌、硫酸锌、氯化锌、磺酸锌或醋酸锌；
所获得纳米锌粒子的粒径不大于30纳米。
2.如权利要求1所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述锌盐为醋酸锌。
3.如权利要求1或2所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述稳定剂为C2-C6低级醇或带有羟基的水溶性高聚物。
4.如权利要求3所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述C2-C6低级醇选自由乙醇、异丙醇、丙二醇、丙三醇和一缩二乙二醇构成的组中的一种或两种，所述带有羟基的水溶性高聚物为淀粉类衍生物或纤维素类衍生物。
5.如权利要求4所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述淀粉类衍生物为羟甲基淀粉或羟乙基淀粉，所述纤维素类衍生物为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟甲基丙基纤维素。
6.如权利要求1或2所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述表面活性剂选自聚环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。
7.如权利要求3所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述表面活性剂选自聚环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。
8.如权利要求4或5所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述表面活性剂选自聚环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。
9.如权利要求1或2所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
10.如权利要求3所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
11.如权利要求4或5所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
12.如权利要求6所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
13.如权利要求8所述的纳米锌抗菌复合物，其中所述还原剂选自葡萄糖、抗坏血酸、甲醛或硼氢化钠。
14.如权利要求1-13任一项所述的纳米锌抗菌复合物的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
（1）在反应容器中加入锌盐和第一稳定剂，配制成前驱物溶液；
（2）将步骤（1）获得的前驱物溶液置入超声波反应槽中，通过超声波产生空化作用；
（3）加入表面活性剂、还原剂和第二稳定剂，在超声空化效应产生的热点区域进行反应，反应结束后获得反应液；
（4）将步骤（3）获得的反应液导入真空烘箱中进行再结晶，烘干后形成纳米锌粒子，获得纳米锌抗菌复合物。
15.如权利要求14所述的方法，其中在步骤（1）中加入20-55重量份的第一稳定剂，并在步骤（3）中加入20-65重量份的第二稳定剂，第一稳定剂和第二稳定剂的重量份之和为40-85重量份；第一稳定剂和第二稳定剂可以是相同的或不同的。
16.如权利要求1-13任一项所述的纳米锌抗菌复合物或者如权利要求14或15所述的方法制备的纳米锌抗菌复合物在纺织业、医疗机构、疾控疫控、日化产品、日用品、塑料、油墨、涂料、钢材、自洁***、养殖和/或公共场所的防霉、防腐和/或抗菌中的应用。
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