[发明专利]一种高分散性硅膜系抗菌镀膜液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其是抗菌纳米材料的制备方法。

背景技术

细菌、霉菌作为病原菌对人类和动植物有很大的危害，影响人们的健康，甚至带来生命危险。微生物还可以引起各种工业材料、食品、化妆品、医药品等的分解、变质、腐败，带来重大的经济损失。因此，抗菌材料的开发和应用越来越受到关注和重视。

抗菌玻璃是近年来研究开发的新型功能性玻璃，它在保持其原有使用功能和装饰效果的同时，有增加了消毒、杀菌的功能。随着人们对生活质量的重视和环保意识的提高，其应用领域和产销市场也将日益扩大，研制开发广谱抗菌性、杀菌率高、价格低的抗菌玻璃是其产业化的关键。

抗菌玻璃技术发展至今，按其抗菌机理和技术划分，大致可分为两大类。一类是以金属离子为抗菌添加剂型的溶出，接触性抗菌的抗菌玻璃。如可溶性抗菌玻璃、离子扩散抗菌玻璃、多孔抗菌玻璃等。另一类是镀膜抗菌玻璃。镀膜玻璃其中一种是单一镀锐钛晶型的TiO2膜层的光催化型的抗菌玻璃，又称有条件抗菌的抗菌玻璃；另一种是采用胶体化学中溶胶一凝胶镀膜技术，将抗菌剂均匀分散在膜中的镀膜抗菌玻璃，又称“全天候”抗菌的抗菌玻璃。由于第一类抗菌玻璃需要将金属离子类如Ag+、Cu2+等添加到玻璃内部，其不可避免的会在一定程度上影响玻璃的光学性能和装饰性能；同时，金属离子的溶出也会带来一定程度的污染。而镀膜抗菌玻璃则是在玻璃的表面涂敷一层含有抗菌剂的纳米薄膜，通过对其成分和纳米结构的调控，可以使基板玻璃在增加抗菌性的基础上不影响其光学性能、耐磨性、硬度和装饰性能，甚至提高其光学性能。因此，镀膜抗菌玻璃是目前国际上主流的、应用最广泛的抗菌玻璃。而抗菌镀膜液的开发是镀膜抗菌玻璃应用的关键。

目前国际上玻璃用抗菌镀膜液主要有以下两类：

(一)钛膜系抗菌镀膜液：该镀膜液基础主要成分是锐钛矿晶型的纳米TiO2离子和抗菌离子。抗菌镀膜液在玻璃表面成膜后，要经520℃以上温度热处理反应，烧制而成。该膜系抗菌玻璃的特点是：由于是TiO2为基础膜层，其折射率较高，可见光透过率稍有降低，但透过率在制造中可调控。由于膜层经520℃以上温度处理后，TiO2晶格多为锐钛矿相，因此该玻璃有好的光催化净化效果和优异防霉效果。

(二)硅膜系抗菌镀膜液：其基础主要成分是纳米SiO2和抗菌剂。在镀液制备过程中，将所选择的抗菌剂有效地添加到镀液中，经镀膜及低温热处理反应固膜后制成。该膜系抗菌玻璃的特点是：几乎不降低可见光的透过度。如果镀液的折射率调制1.40左右甚至含有1％左右的可见光增透效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有普适的制备高分散性、稳定的抗菌镀膜液的方法。

本发明目的的实现方式为，通过在二氧化硅羟基位点接枝偶氮类引发剂，采用原位自由基聚合技术，通过聚合物电解质在纳米二氧化硅上的接枝，实现硅系聚合物电解质抗菌材料的制备；通过硅系聚合物电解质抗菌材料在醇或水体系中的均匀分散，制备硅膜系抗菌镀膜液；所述引发剂为含氯硅基团的偶氮类引发剂，其氯硅基团可以与二氧化硅上的硅羟基反应，使引发剂通过化学键接枝到二氧化硅表面；所述接枝聚合物电解质既可以是碱性聚电解质，也可以是中性盐类聚合物电解质。

一种高分散性硅膜系抗菌镀膜液及其制备方法，具体步骤如下：

1)引发剂的制备：将含氯硅键的偶氮引发剂溶于干燥的二甲基亚砜，制备浓度为5-50mg/ml引发剂溶液；

2)引发剂接枝：在氮气保护下，将步骤1)所得溶液加入到干燥的纳米二氧化硅中；二氧化硅的颗粒粒径为2-200nm；二氧化硅与引发剂的质量比为50∶1-5∶1；将所得物料室温搅拌8-12h后离心分离，所得固体分别用甲苯、乙醇、丙酮进行洗涤，得到引发剂接枝的二氧化硅样品；

3)单体溶液的配制：将含碳-碳双键的电解质单体溶于水或有机溶剂中，其中单体质量含量为10％-100％；

4)聚合物电解质接枝：步骤2)中所制备的固体加入步骤3)的溶液中，去除体系中空气，在氮气保护下置于恒温槽中，在45-65℃进行聚合反应0.3-6h，反应后的物料经离心分离后用乙醇抽提8-12h，冷冻干燥后即得到聚合物电解质接枝的纳米二氧化硅；

5)将步骤4)中所得到的物料加入到水或乙醇中，超生分散30min-1h，即得到硅膜系抗菌镀膜液。

本发明具有以下有益效果：

1)由于辅助抗菌类聚合物电解质通过化学键接枝到二氧化硅表面，所制备的镀膜液的分散性能及使用条件不受环境的温度、湿度、酸碱性等因素的影响；