一种抗菌剂及其制备方法与流程

本发明涉及抗菌技术领域，尤其是涉及一种抗菌剂及其制备方法。

背景技术：

随着人民的生活水平的日益提高，食品安全越来越受到大众的关注，包装食品在运输和长时间存放的过程中，不可避免地会滋生各种细菌，而使得食品腐败变质，影响大众的身体健康。抗菌剂可以很大程度上杀菌抗菌，防止食品在存放和运输过程中的腐败变质，现有大部分包装制品中均添加有抗菌剂。

发明人在实现本发明的过程中发现：传统的抗菌剂应用于食品包装材料中时，因其加工工艺繁琐苛刻，工艺性能差距较大，使得传统的抗菌剂运用到食品包装材料中时，成本较高，且其抗菌性、稳定新等性能较差。因此，传统技术有待改进。

技术实现要素：

本发明实施例旨在解决传统食品包装用抗菌剂生产成本高，抗菌稳定性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种抗菌剂的制备方法。该制备方法包括：

按设定的比例，将光催化材料、助剂以及溶剂投入反应器中，制备获得光催化乳液；将材料载体与所述光催化乳液混合，制备获得所述抗菌剂。

可选地，所述制备获得光催化乳液，具体包括：对所述反应器中的光催化材料、助剂以及溶剂进行球磨和搅拌，制备获得所述光催化乳液。

可选地，所述材料载体为泡沫类材料时，所述将材料载体与所述光催化乳液混合，制备获得所述抗菌剂，具体包括：

将所述材料载体反复浸泡在所述光催化乳液中，或者将所述光催化乳液反复喷涂在所述材料载体上。

可选地，所述材料载体为尺寸小于所述泡沫材料的多孔类材料时，所述将材料载体与所述光催化乳液混合，制备获得所述抗菌剂，具体包括：

在所述光催化乳液中加入所述材料载体后，球磨混合；干燥所述球磨混合后的光催化乳液，制备获得所述抗菌剂。

可选地，所述材料载体为粉末材料时，所述将材料载体与所述光催化乳液混合，制备获得所述抗菌剂，具体包括：

在所述光催化乳液中加入所述材料载体并混合；干燥所述光催化乳液，制备获得抗菌粉体；将所述抗菌粉体投入造粒设备中，制备获得一个或者多个预设尺寸的抗菌材料。

可选地，所述光催化剂选自纳米非金属光催化材料，非金属掺杂光催化材料，碱金属或碱土金属掺杂非金属光催化材料，金属有机骨架化合物，纳米铋系氧化物，二氧化钛、三氧化钨、氧化锡、二氧化锆、氧化锰、三氧化二铁，改性纳米二氧化钛，多组分复合物以及金属有机框架改性纳米氧化锌中的一种或者多种

可选地，所述助剂包括分散剂和水溶性聚合物；所述分散剂选自六偏磷酸钠、海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸铵中的一种或多种。

可选地，所述水溶性聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯醇、丙烯腈水性聚合物或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种抗菌剂，并且产品是环保型材料，有益于生活环境和生态环境，广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

所述抗菌剂的原料组分包括光催化乳液以及用于负载所述光催化乳液的材料载体；所述材料载体为多孔材料以使所述光催化乳液干燥后固定于所述材料载体的表面：

可选地，所述材料载体包括：分子筛、沸石、莫来石、麦饭石、海泡石、泡沫类材料、纤维材料、织物材料、白炭黑、活性炭或气凝胶材料。

本发明实施例提供的抗菌剂使用光催化剂作为抗菌成分，将其原有的稳定性，长效性，高效性和其光谱性结合起来，克服了传统有机类抗菌剂及其他无机类的抗菌剂的缺点，具有强大的抗菌和杀菌的功能，并且产品是环保型材料，有益于生活环境和生态环境，能够广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件。除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明具体实施例的抗菌剂的制备方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。

本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。该数值范围内的一个或者多个数值点在适当的条件下取得。

人工合成的抗菌材料可以分为无机和有机两大类，由于有机类抗菌材料存在抗菌性弱，耐热性、稳定性较差，自身分解产物和挥发物可能对人体有害等确定限制了其使用。而传统的无机类抗菌材料则由银沸石，银活性炭，银硅胶等组成，无机抗菌材料由于成本太高也限制了其使用。而光催化材料作为环境友好型的材料，是光催化技术的基础，是实现光催化反应的前提。近些年随着光催化技术的重视，基于自然光的光催化技术以其能耗低、环境友好等特点受到人们的关注，环境友好型的材料成为了空气净化塑料研究和应用的新方向。

本发明实施例提供的抗菌剂中选用既环保，成本又低廉的光催化剂作为抗菌剂应用于食品包装材料中。光催化类的抗菌剂将抗菌剂原有的稳定性，长效性，高效性，光谱性结合起来，并且克服了传统有机类抗菌剂及其他无机类的抗菌剂的缺点。

图1为本发明实施例提供的抗菌剂的制备方法的方法流程图。如图1所示，所述方法可以包括如下步骤：

100、按设定的比例，将光催化材料、助剂以及溶剂投入反应器中，制备获得光催化乳液。

根据实际应用的需要，所述光催化剂可以选自纳米非金属光催化材料，非金属掺杂光催化材料，碱金属或碱土金属掺杂非金属光催化材料，金属有机骨架化合物，纳米铋系氧化物，二氧化钛、三氧化钨、氧化锡、二氧化锆、氧化锰、三氧化二铁，改性纳米二氧化钛、金属有机框架改性纳米氧化锌以及多组分复合物中的一种或者多种。

其中，所述碱金属或碱土金属可以是钾化碳或者氮化碳。所述金属有机骨架化合物可以是网状金属、有机骨架材料或者类沸石咪唑骨架材料等。

所述铋系氧化物可以是三氧化二铋、氯氧铋、碳酸氧铋、溴氧铋、碘氧铋等。所述改性二氧化钛可以是氮掺杂二氧化钛、硫掺杂二氧化钛、氧缺陷二氧化钛、光敏化型二氧化钛等不同的二氧化钛。该多组分复合物可以选自三氧化钨/二氧化钛催化剂、石墨烯/二氧化钛催化剂以及石墨烯/氮化碳催化剂等由多组分复合形成的催化剂。

较佳地，为了提供更好的光催化活性和抗菌、抗菌效果，所述光催化剂为氮掺杂二氧化钛或非金属光催化材料。

所述溶剂可以是无水乙醇、超纯水等任何合适类型的水性介质，作为乳液的基础成分。

所述助剂可以根据实际情况的需要，选择使用任何合适种类的助剂。在一些实施例中，该助剂可以包括水性聚合物和分散剂。

其中，所述水溶性聚合选自聚乙烯醇、聚丙烯醇、丙烯腈水性聚合物或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。除上述记载的聚乙烯醇等组分外，该水溶性聚合物的聚烯烃部分还可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸或丙烯酸酯的共聚物、丙烯共聚物和环烯烃聚合物中的一种或多种。所述分散剂选自六偏磷酸钠、海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸铵中的一种或多种。

具体的，该反应器可以是任何合适的混合分散设备，其可以将加入到反应器内部的原料(光催化剂、水溶性聚合物、分散剂和溶剂)进行球磨和搅拌，制备获得稳定的分散体系—光催化乳液。

200、将材料载体与所述光催化乳液混合，制备获得所述抗菌剂。

所述材料载体可以选用多孔材料。多孔材料作为材料载体使用时，具有多孔、比表面积大、吸附性能好、无毒且化学性质稳定并且不破坏抗菌成分具有持久的缓释性能等特点。

在一些实施例中，具体选择使用的多孔材料可以包括：分子筛、沸石、莫来石、麦饭石、海泡石、泡沫类材料、纤维材料、织物材料、白炭黑、活性炭和气凝胶材料等。

其中，所述分子筛可以为a型分子筛、x型分子筛或y型分子筛等。海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁。其为层链状结构，具有良好的吸附性能等。所述泡沫类材料是尺寸较大的一类多孔材料，可以为泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷以及金属泡沫类材料(如泡沫镍或泡沫铜等)。所述纤维材料包括玻璃纤维材料或聚酯纤维材料等，所述气凝胶材料可以为石墨烯气凝胶或硅气凝胶等。

根据具体选用的不同材料载体，可以采用对应的混合方式，将其与光催化乳液混合，使光催化乳液可以被所述材料载体所负载。以下按照材料载体的尺寸作为分类的标准，详细描述三种不同尺寸类型的材料载体的混合方式。

在一些实施例中，在所述材料载体选择使用一些尺寸较大的泡沫类材料时，可采用多次浸泡或者喷涂方式，将所述材料载体反复浸泡在所述光催化乳液中，或者将所述光催化乳液反复喷涂在所述材料载体上，使其负载到材料载体上。

由于泡沫类材料的比表面积大，这样多次浸泡或者喷涂方式可以有效负载光催化材料，从而增强抗菌效果。

在另一些实施例中，在所述载体选择使用尺寸较小，小于所述泡沫材料的多孔类材料时，具体的混合方式为：首先，在所述光催化乳液中加入所述材料载体后，球磨混合。然后，干燥所述球磨混合后的光催化乳液，制备获得所述抗菌剂。

此类多孔材料的尺寸一致，本身的吸附能力也较强。其与光催化材料相互配合，可以使得抗菌性能得到进一步加强。

在又一些实施例中，在所述材料载体选择粉末材料时，具体的混合方式为：首先，在所述光催化乳液中加入所述材料载体并混合。然后，干燥所述光催化乳液，制备获得抗菌粉体。最后，将所述抗菌粉体投入造粒设备中，制备获得一个或者多个预设尺寸的抗菌材料。

虽然，该混合方式的工艺较为复杂，但是牢固性较强，可以让光催化材料的抗菌特性得到充分的发挥。

本发明实施例提供的制备方法，其制备条件温和，制备方法简单，成本低廉，生产工艺简单易控，可实现工业化生产，且光催化剂活性优异，能够广泛用于食品包装领域。

基于以上实施例揭露的制备方法，本发明实施例还提供了一种应用于食品包装的抗菌剂。该抗菌剂由光催化乳液以及用于负载所述光催化乳液的材料载体组成。

其中，所述材料载体为多孔材料。而所述抗菌剂包括以下重量份数的原料组分：光催化剂10-50份；溶剂45-50份；水溶性聚合物0.5-1份；分散剂1-1.5份。

所述光催化剂在光照条件下可在其表面发生氧化还原反应，一方面其空穴可以与表面吸附的h2o或oh-离子反应形成超强氧化性的活性羟基，一方面其电子则可以与表面吸附的氧分子以及h2o反应，生成过羟基和双氧水。上述得到的活性羟基、过羟基和双氧水等都可以与生物大分子反应，以对生物细胞结构产生损伤，致使细菌蛋白质变异，实现抗菌效果。

其中，所述光催化剂氮掺杂二氧化钛、铋系氧化物、非金属光催化材料、碱金属或碱土金属掺杂非金属光催化材料中的一种或多种；较佳地，所述光催化剂为氮掺杂二氧化钛或非金属光催化材料。

本发明实施例的所述抗菌剂主要为水溶性抗菌剂，因此可以选用合适的水溶性溶剂和水溶性聚合物来溶解所述抗菌剂。在一下实施例中，所述水溶性溶剂为无水乙醇、超纯水等；所述水溶性聚合为聚乙烯醇、聚丙烯醇、丙烯腈水性聚合物或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

所述分散剂用于分解所述光催化剂，以使其能溶于所述溶剂中，在一些实施例中，所述分散剂为六偏磷酸钠、海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸铵中的一种或多种。

材料载体是用于加载具有抗菌功能的光催化材料的载体。其在光照条件下，释放出抗菌离子或者活性氧组分，产生抗菌和杀菌效果。

多孔类材料作为材料载体时，具有多孔、比表面积大、吸附性能好、无毒且化学性质稳定并且不破坏抗菌成分具有持久的缓释性能等特点。

本发明实施例使用光催化剂作为抗菌剂，将抗菌剂原有的稳定性，长效性，高效性和其光谱性结合起来，克服了传统有机类抗菌剂及其他无机类的抗菌剂的缺点，具有抗菌和杀菌的功能，能够广泛用于食品包装领域。例如水果保鲜运输中的抗菌剂、蔬菜包装保鲜的抗菌剂、零食包装的抗菌剂、冰箱除臭抗菌剂、鞋柜防臭抗菌剂等。

以下通过具体实施例来进一步详细说明本发明的技术方案。

实施例1

1.1、称取以下质量份的原料：光催化剂：非金属光催化材料10份；溶剂：无水乙醇50份；水性聚合物：丙烯腈水性聚合物0.5份；分散剂：六偏磷酸钠0.5份；泡沫类载体材料：泡沫镍若干。

1.2、将非金属光催化材料、超纯水、丙烯腈水性聚合物和六偏磷酸钠进行球磨搅拌(球磨搅拌转速：2000r/min；球磨搅拌时间：1h)、混合，得到光催化乳液。

1.3、通过浸泡和喷涂(喷涂设备为：压力式喷涂设备)相结合的方式，将得到的光催化乳液负载到泡沫镍上，高温烘干(干燥条件：80℃以下；干燥时间：5h)，得到镍抗菌剂。

本发明实施例制备的抗菌剂可以有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌真菌，具有广谱性，可广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

实施例2

2.1、称取以下质量份的原料：光催化剂：非金属光催化材料15份；溶剂：无水乙醇50份；水性聚合物：聚丙烯醇水性聚合物0.5份；分散剂：六偏磷酸钠1份；泡沫类载体材料：naa分子筛(尺寸：400nm)若干。

2.2、将非金属光催化材料、无水乙醇、聚丙烯醇水性聚合物和六偏磷酸钠进行球磨搅拌(球磨搅拌转速：2000r/min；球磨搅拌时间：1h)、混合，得到光催化乳液。

2.3、将步骤2.2得到的光催化乳液与naa分子筛混合、搅拌(搅拌时间：3h)并干燥(干燥条件：80℃；干燥时间：5h)得到固体材料，最后，将固体材料进行充分洗涤后，干燥(干燥条件：60℃)得到naa分子筛抗菌剂。

本发明实施例制备的抗菌剂因抗菌抑菌的广谱性，优异的抗菌杀菌效果，可广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

实施例3

3.1、称取以下质量份的原料：光催化剂：氮掺杂二氧化钛10份；溶剂：无水乙醇45份；水性聚合物：聚丙烯醇水性聚合物1份；分散剂：海藻酸钠1份；泡沫类载体材料：硅气凝胶。

3.2、将氮掺杂二氧化钛、超纯水、聚丙烯醇水性聚合物和海藻酸钠进行球磨混合(球磨混合时间：3h)，得到光催化乳液。

3.3、将步骤.2得到的光催化乳液与硅气凝胶混合球磨(球磨时间：3h)并干燥(干燥条件：80℃；干燥时间：5h)得到固体材料，最后，将固体材料放入造粒机中进行造粒，并干燥(干燥条件：60℃)得到硅气凝胶抗菌剂。

本发明实施例制备的硅气凝胶菌剂的有效抗菌特性，可广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

实施例4

4.1、称取以下质量份的原料：光催化剂：氮掺杂二氧化钛20份；溶剂：无水乙醇55份；水性聚合物：聚丙烯醇水性聚合物1份；分散剂：六偏磷酸钠1份；泡沫类载体材料：二氧化硅。

4.2、将氮掺杂二氧化钛、无水乙醇、聚丙烯醇水性聚合物和六偏磷酸钠进行球磨混合(球磨混合时间：3h)，得到光催化乳液。

4.3、将步骤4.2得到的光催化乳液与二氧化硅混合球磨(球磨时间：1h)并干燥(干燥条件：80℃；干燥时间：5h)得到固体材料，最后，将固体材料进行升温反应(升温温度：150℃；反应时间：5h)，得到二氧化硅抗菌剂。

本发明实施例制备的二氧化硅抗菌剂具有抗菌杀菌的效果，并且具有抗菌的广谱性，在鞋柜防臭等方向有优异的抗菌除臭效果，可广泛用于食品、药品、果蔬、生鲜等领域，适用于食品抗菌包、零食抗菌剂等方向，适用于水果保鲜抗菌剂、蔬菜保鲜包等方向，适用于鞋柜除臭剂、鞋柜防臭、厕所抗菌包、除异味剂、冰箱除臭盒等除臭抗菌方向。

上述实施例中制备获得的抗菌剂根据不同的类型的材料载体而使用对应的混合方法，克服了现有有机类抗菌剂和无机类抗菌剂的缺点，具有优异的机械强度、良好的光化学稳定性和较高的热稳定性，利于在实际中的应用。

而且其制备条件温和，简单，光催化剂活性优异，制备方法简单，成本低廉，生产工艺简单易控，可实现工业化生产，能够广泛用于光降解抗菌材料技术领域。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。