[发明专利]一种羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，特别涉及一种羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，人们对抗菌材料越来越重视，日常生活中常用的抗菌剂主要有三类：无机金属矿物材料、有机杂环抑菌材料和天然抗菌材料。无机抗菌剂以银、锌、铜、二氧化钛系抗菌剂为典型代表，具有耐热性、持久性和安全性等优点，但存在成本高和易变色等缺点。有机抗菌剂主要是通过化学合成而得，种类繁多而且生产成本低廉，杀菌速度快，但存在广谱抗菌性差、环境污染以及耐热性差等缺陷。天然抗菌剂主要是来源于植物的提取物，具有安全无毒、生物相容性好等特性，但是该类抗菌剂耐热性和广谱性较差。即便如此，由于天然抗菌防腐剂来源于自然、对人体安全性高、且符合绿色环保要求，近年来受到人们的欢迎。天然抗菌剂的研究和开发利用成了应用化学的一个热点。

壳聚糖在自然界中广泛存在于虾、蟹和昆虫的外壳以及藻类、菌类的细胞壁之中，是一种来源丰富、具有多种生物活性的天然高分子。近年来，壳聚糖良好的生物降解性、生物相容性、成膜特性、吸附缓释和较强的抗菌防腐保鲜能力已引起了广泛的关注和重视，在环境保护、生物医药、食品工业和化工等方面的开发应用研究十分活跃。通过对壳聚糖进行酰基化、烷基化、羟基化、醛亚胺基化、硫酸酯化、羧甲基化、季铵化等化学改性，可以得到具有一定官能团的壳聚糖衍生物，有效的改善其性能。有研究表明，对壳聚糖进行羧甲基化可以有效改善其水溶性，而引入季铵盐基团则可以提高其抗菌性能。

磷酸锆是一类多功能材料，以α-磷酸锆（α-ZrP）为代表，自Clearfield和Stynes（Journal of Inorganic Nuclear Chemistry,1964,26:117-129.）首次合成α-ZrP，其良好的热稳定性，受到人们的关注。人们通过利用插层作用或有机化处理，合成了大量α-ZrP衍生物，这些衍生物作为多功能材料，在很多领域具有应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料。

本发明另一目的在于提供一种上述羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料在抗菌生物材料、日用化工产品和工业废水处理领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料，由50～80wt%羧甲基壳聚糖季铵盐和20～50wt%改性磷酸锆组成。

所述的羧甲基壳聚糖季铵盐以插层的形式分散于改性磷酸锆片层间。

所述改性磷酸锆的片层间距为1.07～3.76nm。

所述羧甲基壳聚糖季铵盐的重均分子量为2.2×10⁵～3.1×10⁵g/mol，羧甲基取代度为51～69%，季铵盐取代度为71～88%。

上述羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）把磷酸锆溶于水中，滴加正丁胺，恒温水浴反应，洗涤，干燥后，得到改性磷酸锆。

（2）将步骤（1）制备得到的改性磷酸锆分散在水中润涨，把羧甲基壳聚糖季铵盐溶液加入上述分散液中反应，过滤、冷冻干燥，得到羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料。

步骤（1）所用水的量为每1g磷酸锆溶于25～50mL水中。

所用正丁胺与磷酸锆的阳离子交换量（CEC）的摩尔比为0.2～2:1。

所述的恒温水浴反应指在40～70℃水浴搅拌反应4～8h。

所述的洗涤指分别用体积分数为50%的乙醇溶液和去离子水分别洗涤。

所述的干燥指在50～60℃真空干燥。

所得改性磷酸锆的片层间距为1.07～3.76nm。

步骤（2）中所述的改性磷酸锆分散在水中指把改性磷酸锆研磨，过200目筛后分散在水中形成浓度为20～50mg/mL的分散液。

所述羧甲基壳聚糖季铵盐溶液的浓度为20～50mg/mL。

所述羧甲基壳聚糖季铵盐的重均分子量为2.2×10⁵～3.1×10⁵，其中羧甲基取代度为51～69%，季铵盐取代度为71～88%。