环保型生物质纳米抗菌装饰材料及其制备方法与流程

本发明属于装饰材料领域；具体涉及一种环保型生物质纳米抗菌装饰材料及其制备方法。

背景技术：

春季是流感病毒最易传播的季节，流感以空气飞沫直接传播为主，流感患者一声咳嗽，可传播约有10万个病菌，一个喷嚏约含有100万个病菌，一个喷嚏可使飞沫以167公里的时速，在一秒内喷射到6米以外的地方。流感患者携带的病毒在空气中恣意传播，而儿童的抵抗力普遍较低，更容易得流感。因此，既能杀灭空气中的细菌又对身体无毒无害的材料备受国内外人士的关注。

雾霾天气空气中悬浮着大颗粒，数百种大气颗粒物能直接进入并黏附在人体上下呼吸道和肺叶中，并且大部分会被人体吸入。其次，雾霾天气导致近地层紫外线减弱，容易使得空气中病菌的活性增强，细颗粒物会“带着”细菌、病毒，来到呼吸系统的深处，造成感染。阴霾天中的颗粒污染物不仅会引发心肌梗死，还会造成心肌缺血或损伤，还容易诱发心血管疾病的急性发作。因此，既能吸附空气中的大颗粒又能杀灭细菌的材料是国内外学者关注的重点。

现在市面上具有的都是室内用抗菌环保涂料，涂料里面一般掺杂银作为一种抗菌剂，纳米银颗粒更因可以直接进入菌体与氧代谢酶结合，使菌体窒息而死，能够杀死与其接触的大多数细菌、真菌、霉菌、孢子等微生物，但是涂料本身不能完全达到绿色环保的要求，并且价格较高。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种环保型生物质纳米抗菌装饰材料及其制备方法，既可以杀灭空气中的细菌，还可为人体提供所需的锌元素，绿色环保。

本发明通过以下技术方案实现：

一种环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料主要是由乙酸锌、蒸馏水、纤维素、植物多酚制成，其重量份数分别为1～70份的乙酸锌、10～500份的蒸馏水A，5～15份的纤维素、50～100份的蒸馏水B，1～10份的植物多酚、10～100份的蒸馏水C。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的纤维素是细菌纤维素、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、微晶纤维素、棉纤维、无纺布、纸、阔叶材、针叶材、纤维素醚、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的植物多酚是茶多酚、葡萄多酚、苹果多酚中的至少一种。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、纳米ZnO溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的乙酸锌、蒸馏水A，将称量好的乙酸锌倒入蒸馏水A中进行搅拌，至溶液完全澄清透明，用NaOH溶液调节pH值在7～12范围内，待用；

步骤2、纤维素混合纳米氧化锌溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的纤维素、蒸馏水B，将称量好的纤维素倒入蒸馏水B中进行搅拌，搅拌均匀后加入步骤1制得的纳米ZnO溶液，继续搅拌均匀后待用；

步骤3、纤维素混合纳米氧化锌材料的制备：将步骤2制备的纤维素混合纳米氧化锌溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应温度80～220℃，反应时间10～16h，反应完毕后得到的产物自然冷却、蒸馏水洗涤并过滤后待用；

步骤4、环保型生物质纳米抗菌装饰材料的合成：按照重量份数称取一定质量的植物多酚、蒸馏水C，将称量好的植物多酚倒入蒸馏水C中进行搅拌，搅拌均匀后加入步骤3制得的纤维素混合纳米氧化锌材料，搅拌30min，搅拌器转速200～500rpm，搅拌后放入超声波中进行超声震荡20min，超声波功率设定为500～1500W，超声后的产物放入80℃恒温干燥箱中烘干，制得环保型生物质纳米抗菌装饰材料。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤1中NaOH溶液的浓度为1mol/l。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤2中的搅拌时间是1～5h。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤3中水热反应釜中纤维素混合纳米氧化锌溶液的体积占反应釜体积的80％。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤3中产物自然冷却的时间是10～72h。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤4中恒温烘干的时间是10～72h。

本发明中植物多酚中的复合有效成分能够与室内空气中甲醛、VOC等多种对人体有毒有害的污染物进行化学反应，有效去除室内空气中的污染物，直到净化的特殊作用。例如茶多酚主要成分是黄烷醇类、花色素类、花黄素类、缩酸及缩酚酸类组成，其分子在空间结构的重组与螯合，产生分子结构变化而生成活性氧，能有效稳定自由电子、使电子离开原位，形成分子内的氢键，形成的活性状态可与室内空气中甲醛等污染物反应，从而去除甲醛。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料表面富集了ZnO粒子，表面活性高，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见菌种的抗菌性能比现有的抗菌材料性能优异，抑菌环宽度为11.9mm。

本发明采用水热合成法合成的环保型生物质纳米抗菌装饰材料，可以杀灭空气中的细菌，氧化锌无毒无害，还可为人体提供所需的锌元素，绿色环保，可以回收利用。环保型生物质纳米抗菌装饰材料可以用作小工艺品，书籍用纸，壁纸，书法画作，口罩过滤层，食品的包装等。本发明制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料成本低廉且具有较高的抗菌性能，是制作室内装饰品的关键材料。

本发明方法工艺简单，设备要求不高，纤维素等原料价格低廉易得，而且易于回收，故生产成本低，可大规模工业化生产；使用的纤维素为天然产物，环境友好，无污染。

本发明所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料中的氧化锌粒径在10nm～2μm左右，形貌规整、基本无团聚，分散性好。

附图说明

图1是具体实施方式一制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的SEM照片；

图2是具体实施方式一未添加乙酸锌的对比材料的SEM照片；

图3是具体实施方式一制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的XRD谱图；

图4是具体实施方式一制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料样品的照片；

图5是具体实施方式一制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料样品的抗菌对比照片；

图6是具体实施方式一制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的抗菌数据柱状图；

图7是具体实施方式二制备的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的SEM照片。

具体实施方式

具体实施方式一：

一种环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料主要是由乙酸锌、蒸馏水、纤维素、植物多酚制成，其重量份数分别为30份的乙酸锌、250份的蒸馏水A，10份的纤维素、100份的蒸馏水B，5份的植物多酚、50份的蒸馏水C。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的纤维素是滤纸；所述的植物多酚是茶多酚。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、纳米ZnO溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的乙酸锌、蒸馏水A，将称量好的乙酸锌倒入蒸馏水A中进行搅拌，至溶液完全澄清透明，用NaOH溶液调节pH值为10，待用；

步骤2、纤维素混合纳米氧化锌溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的纤维素、蒸馏水B，将称量好的纤维素倒入蒸馏水B中进行搅拌，搅拌时间2小时，搅拌均匀后加入步骤1制得的纳米ZnO溶液，继续搅拌1h，搅拌均匀后待用；

步骤3、纤维素混合纳米氧化锌材料的制备：将步骤2制备的纤维素混合纳米氧化锌溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应温度100℃，反应时间10h，反应完毕后得到的产物自然冷却、蒸馏水洗涤并过滤后待用；

步骤4、环保型生物质纳米抗菌装饰材料的合成：按照重量份数称取一定质量的植物多酚、蒸馏水C，将称量好的植物多酚倒入蒸馏水C中进行搅拌，搅拌均匀后加入步骤3制得的纤维素混合纳米氧化锌材料，搅拌30min，搅拌器转速200rpm，搅拌后放入超声波中进行超声震荡20min，超声波功率设定为500W，超声后的产物放入80℃恒温干燥箱中烘干，制得环保型生物质纳米抗菌装饰材料。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤1中NaOH溶液的浓度为1mol/l；步骤3中水热反应釜中纤维素混合纳米氧化锌溶液的体积占反应釜体积的80％；步骤3中产物自然冷却的时间是10h；步骤4中恒温烘干的时间是10h。

本实施方式中水热反应釜是聚四氟乙烯衬底的水热反应釜。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的SEM图片如图1所示，XRD谱图如图3所示，对比不加乙酸锌的扫描电子显微镜图片如图2所示。

由图1中可以看出，氧化锌小颗粒形貌规整、均一，氧化锌小颗粒的粒径约为10～20nm左右，在小粒子上方随机分布着较大的氧化锌颗粒，直径约为100nm，长约为500nm左右。

从图3的XRD图谱能够看出衍射峰很尖锐，说明结晶度很高，且未出现杂质峰，说明纯度很高。图2为不加乙酸锌的扫描电子显微镜图片，由图可以看出，滤纸被打浆成超细纤维，平均直径为100nm左右。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的抗菌性能是以金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)为模板，采用琼脂纸片扩散法通过测量抑菌环的大小来决定的。一管新鲜培养的细菌用来配菌悬液，浓度大概为10⁸CFU/ml。用移液枪移取150μl稀释的菌悬液于培养基上，用涂布棒将菌液均匀的涂布在培养基的表面，再将样品放在培养基的中间，贴上标签纸，倒平板在恒温培养箱中37℃下培养18h。培养之后，在样品的周围发现有透明的抑菌环出现，用直尺量取抑菌环的大小，每个平板量3次，并取平均值每个样品的抑菌环直径均分三次测量，取平均值，每组样品也均测量多次，保证数据的可重复性。本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的样片照片、抗菌样品对比照片和抗菌柱状图如图4、图5、图6所示。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料抗菌性能好。由图6中可以看出金黄色葡萄球菌的抗菌性能比大肠杆菌的好，随着乙酸锌含量的增加，抑菌环宽度也在增加。pH 9的乙酸锌含量为3g的样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌环宽度为10.25mm和11.9mm。

具体实施方式二：

一种环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料主要是由乙酸锌、蒸馏水、纤维素、植物多酚制成，其重量份数分别为35份的乙酸锌、300份的蒸馏水A，10份的纤维素、100份的蒸馏水B，1份的植物多酚、10份的蒸馏水C。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料，所述的纤维素是滤纸；所述的植物多酚是茶多酚。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、纳米ZnO溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的乙酸锌、蒸馏水A，将称量好的乙酸锌倒入蒸馏水A中进行搅拌，至溶液完全澄清透明，用NaOH溶液调节pH值为12，待用；

步骤2、纤维素混合纳米氧化锌溶液的制备：按照重量份数称取一定质量的纤维素、蒸馏水B，将称量好的纤维素倒入蒸馏水B中进行搅拌，搅拌时间2小时，搅拌均匀后加入步骤1制得的纳米ZnO溶液，继续搅拌1h，搅拌均匀后待用；

步骤3、纤维素混合纳米氧化锌材料的制备：将步骤2制备的纤维素混合纳米氧化锌溶液倒入水热反应釜中进行水热反应，反应温度180℃，反应时间10h，反应完毕后得到的产物自然冷却、蒸馏水洗涤并过滤后待用；

步骤4、环保型生物质纳米抗菌装饰材料的合成：按照重量份数称取一定质量的植物多酚、蒸馏水C，将称量好的植物多酚倒入蒸馏水C中进行搅拌，搅拌均匀后加入步骤3制得的纤维素混合纳米氧化锌材料，搅拌30min，搅拌器转速200rpm，搅拌后放入超声波中进行超声震荡20min，超声波功率设定为500W，超声后的产物放入80℃恒温干燥箱中烘干，制得环保型生物质纳米抗菌装饰材料。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的制备方法，步骤1中NaOH溶液的浓度为1mol/l；步骤3中水热反应釜中纤维素混合纳米氧化锌溶液的体积占反应釜体积的80％；步骤3中产物自然冷却的时间是10h；步骤4中恒温烘干的时间是10h。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料的SEM图片如图7所示。

由图7中可以看出，在纤维素表面生长的是长为1μm宽为100nm左右的针状氧化锌，纤维素纤维外表面被氧化锌包裹住了。

本实施方式所述的环保型生物质纳米抗菌装饰材料使用方便，制备简单，应用广泛，将ZnO与纤维素、植物多酚进行复合，利用ZnO的抗菌性和纤维素的低成本，易塑形和造型易改变的优点，制成的产品易携带，价格低，造型可以随消费者的欣赏水平和心情进行改变，并且在其多次折叠美观性下降之后还可以回收利用，再次进行加工。