[发明专利]基于催化原理的长效无机抗菌材料

说明书

技术领域

本发明为一种基于催化原理的长效无机抗菌材料，涉及涂料、塑料和橡胶等化工和食品行业以及纤维织物的纺织行业等领域。其特征在于抗菌材料通过量子化的基于催化原理的长效无机和hollandite型二氧化锰分子筛的协同作用，采用催化活化氧的杀菌机理，杀菌时银不消耗，使抗菌材料对氧具有极高的活化性能，导致抗菌剂具有长效、高效和稳定等性能的广谱抗菌能力，且对人体无任何不良副作用。 

本发明还涉及上述的抗菌材料制备方法。 

本发明还涉及上述抗菌材料应用于制备各种涂料、塑料、橡胶和织物等抗菌产品。 

背景技术

纳米抗菌材料因抗菌效率高、稳定性好、无毒无味和广谱性等优点具有广阔的市场。常用于纳米抗菌材料主要是负载Ag(Ag₂O)、CuO或ZnO等系列无机物，因为银系抗菌能力较强，对革兰阳性、阴性菌和霉菌以及酵母菌都有较好的效果，而且安全性好，对人体不产生毒害作用，所以目前商业化的抗菌剂主要是银系抗菌材料，并广泛应用于涂料、塑料、橡胶和织物等相关产品。 

目前认为银系抗菌材料主要有两种机理：银离子渗出机理和催化活化氧机理。银离子渗出机理是通过银系抗菌材料渗出银离子Ag⁺跟微生物结合，破坏细胞合成酶、电子传输系统、呼吸系统或物质传送系统等，导致微生物死亡。目前多数无机抗菌材料都是采用银离子渗出机理。如CN 1568704A发明的TiAgZn复合体系，CN 1742583A发明的纳米TiO₂，ZnO和Ag₂O体系以及US20090047311发明的银硫酸铝体系等。这样机理因为需要不断消耗Ag⁺，所以抗菌剂的使用寿命(耐用性)决定于抗菌材料银的含量，最终因银的耗尽导致抗菌性能失效。所以渗出机理的Ag⁺抗菌剂在使用寿命和经济上存在问题，不能适应持续发展的经济战略。 

催化活化氧机理主要是银原子(包括带部分正电荷Ag离子)在空气中能够 将空气中的氧活化成活性氧物种(如O^-，O₂^-或者O₂^2-等)，或在液体中能将溶剂活化成活性自由基(HO·或RO·，R代表有机物等)，这些活性氧物种或者活性自由基能非选择性的破坏微生物基体，导致微生物的死亡。这样的抗菌剂对微生物没有选择性，故具有广谱杀菌性能，因为基于催化的机理，所以杀菌作用不消耗贵金属银，具有长效性和稳定性。因此，催化活化氧式的抗菌材料具有银离子渗出式抗菌材料无法攀比的优势。如CN 101187018A铝片上负载金属银具有规整的结构；CN 1857309A利用金属银粉制成妇女用的喷剂对各种细菌真菌等有很好的效果；US 20090130181用UV将Ag⁺在多种天然和合成的材料上原位还原成金属Ag，具有高效和长效的抗菌性能等。 

纳米粒子具有尺寸小、表面积大和表面原子占有较大的比例等特点，所以其表面能随着粒子的减少而增大，这样变化是连续的或者是量子化的。如当材料的尺寸发生单原子-①→原子(团)簇-②→纳米-③→微米变化时，物质的物化性能会发生显著的变化。这种变化是量子化或是连续的，通常在①②③阶段会发生质变，如D.W.Goodman研究了Au/TiO₂材料发现2-5纳米Au对一氧化碳具有更好的催化氧化性能。单原子纳米线是介于单原子、原子(团)簇和纳米材料之间的物质范畴，其物化性能随着长度的变化将发生重大变化，所以单原子纳米线材料将具有较好的催化性能，将导致更好的催化活性氧式的抗菌性能。 

本发明的目的是提供一种具有高效持久抗菌性能的基于催化原理的长效无机抗菌材料以及制备方法和应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有长效、高效和稳定等性能的广谱抗菌能力的基于催化原理的长效无机抗菌材料。 

本发明另一个目的是提供制备上述基于催化原理的长效无机抗菌材料的制备方法。

本发明还涉及上述基于催化原理的长效无机抗菌材料用于制备各种涂料、塑料、橡胶和织物等抗菌产品。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现： 

本发明提供的基于催化原理的长效无机抗菌材料，采用以下方法合成： 

1.骨架掺杂hollandite型氧化锰分子筛的两种制备方法