绿色生态人居抗菌自洁材料的制作方法

专利名称：绿色生态人居抗菌自洁材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绿色生态人居抗菌新材料，特别是应用生态边缘科学跨入纺织、 滤料产业的一种功能性抗菌自洁过滤新材料。技术背景
中国是目前世界上最大的纺织品生产国和出口国，纤维加工总量达到世界的1/4， 纺织品服装占世界的1/8以上。据联合国的统计资料显示，我国每年约有70多亿美元的出口商品受到“绿色贸易壁垒”的不利影响。发达国家构筑的“绿色贸易壁垒”已成为中国纺织品及滤料产品出口的最大障碍，因此，建立完善的产品生态体系，具有重要意义。
病菌在人们的生活中无处不在，衣物吸收的分泌物、汗渍、油渍、皮脂屑等物质是病菌生存和繁衍的营养液，也是疾病的传播源。病菌以惊人的速度在人类生活的空间、衣物上繁殖，在繁殖过程中会产生难闻的气味，引发妇科疾病、性病、皮癣、脚癣以及皮肤感染等问题。带菌的污染物破坏了人们的日常生活环境，影响人们身体健康，来自建筑、装潢材料产生的甲醛、苯、氨、氡、室内家用电器电磁波辐射、煤、液化气、天然气、香烟产生的烟雾，破坏了居住空间的环境，影响了人们的身体健康。
纵观国内外抗菌技术可分为药物抗菌技术与物理抗菌技术两部分。
一、药物抗菌技术
该技术采用医用抗菌素或消毒剂加交联树脂制成，制造方法和抗菌机理存在下述问题与缺陷。
1、抗菌谱较窄，致使抗菌种类少，长期穿用可破坏人体皮肤的菌群平衡。不具备广谱的抗菌作用。
2、易出现遗传性变性，产生细菌群的耐药性。
3、药物渗入人体皮肤，会杀死毛孔内正常有益菌群、降低人体免疫力。
4、会产生刺激和过敏反应。
5、会破坏组织的柔软性和吸湿透气性，要做到耐洗，手感就差。
6、有特定的颜色和气味，强烈的药物气味会影响人文环境，对使用者不够友好、绿色和生态，对人居环境不利。
7、国外药物型抗菌技术及产品包括
①瑞士某公司生产的二苯醚类加交联树脂；
②日本公司生产的二苯醚类加交联树脂；
③日本公司生产的有机氮类加交联树脂；
④英国公司生产的有机氮类加交联树脂；
⑤日本公司生产的甲壳类抗菌剂。
8、国内生产的同类产品包括
①最早出现的某军工厂生产的药物鞋垫处理剂。
②山东公司生产的有机氮加交联树脂。
③山东公司生产的吡卜酰胺的氯苯咪唑高分子化合物。
④北京某公司生产的四环素族抗生素加交联树脂。
⑤某高校生产的二苯醚类加交联树脂。
⑥某高校生产的磺胺嘧啶加水溶性聚氨酯。
⑦湖南、福建某公司生产的季铵盐类消毒剂加有机硅偶联剂。
⑧浙江某公司生产的纤维改性处理剂。
⑨某高校与江苏公司合作开发的铜化合物类。
其他牌号众多，抗菌基本上是上述几类，只是交联树脂不同。
二、物理抗菌技术
现有技术中的抗菌机理是采用季铵盐阳离子吸引带负电荷的细菌、破坏细菌细胞壁，使其内溶物渗出而死亡。该类产品虽耐阳离子表面活性剂洗涤，但日常使用的洗涤剂大多数是阴离子表面活性剂，这样在洗涤时，阴离子表面活性剂与阳离子季铵盐结合，会使抗菌织物丧失抗菌作用。发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种绿色生态人居抗菌自洁新材料，特别是应用生态学边缘科学跨入纺织、滤材产业的一种绿色生态人居抗菌自洁新材料。 该材料具有抗菌效果优良、持久、洗涤时不易丧失抗菌性、对人类环境无污染、绿色并生态友好，并可改善空气质量、且自洁、红外辐射保健功能佳。
本发明一方面提供一种抗菌自洁材料，所述抗菌自洁材料包含作为载体的多孔纳米材料、含铈离子、银离子和稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒以及纳米级自洁材料；其中，所述无机纳米抗菌颗粒的粒径为IOnm lOOnm。
以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述无机纳米抗菌颗粒为0.5 10质量％ ；所述无机纳米抗菌颗粒还包含锌离子、钛离子、镍离子、镁离子和钙离子中的一种或多种。以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述纳米级自洁材料为1 10质量％。所述纳米级自洁材料包含Ti+4和Ge+4中的一种或多种。
在一个实施方式中，所述抗菌自洁材料还包含红外辐射粉末。以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述红外辐射粉末为15 20质量％。所述红外辐射粉末通过以下方式获得将7. 8 13质量份的氧化镁、33 35质量份的氧化铝、48. 7 51质量份的石英砂混合，研磨成200目 300目的粉料，并在1150°C 1300°C高温煅烧形成。其中，所述石英砂矿含有红外辐射材料，选自Zr+4阳离子、Mn+4阳离子和/或Ni+4阳离子。
在一个实施方式中，所述多孔纳米材料为纳米三氧化二铁、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米级羟基磷灰石、纳米级的含少量氟或氯的天然磷酸钙矿石中的一种或它们两种或多种的纳米复合物。
另一方面，本发明还提供一种所述抗菌自洁材料的制造方法，所述方法包括以多孔纳米材料为载体，将含铈离子、银离子和稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒以及纳米级自洁材料固定在所述多孔纳米材料载体的表面上，由此制成所述抗菌自洁材料。以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述无机纳米抗菌颗粒为0. 5 10质量％ ；所述无机纳米抗菌颗粒还包含锌离子、钛离子、镍离子、镁离子和钙离子中的一种或多种。以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述纳米级自洁材料为1 10质量％。所述纳米级自洁材料包含 Ti+4和Ge+4中的一种或多种。
在一个实施方式中，所述方法还包括将红外辐射粉末固定在所述多孔纳米材料载体的表面上。以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述红外辐射粉末为15 20质量％。 所述红外辐射粉末通过以下方式获得将7. 8 13质量份的氧化镁、33 35质量份的氧化铝、48. 7 51质量份的石英砂混合，研磨成200目 300目的粉料，并在1150°C 1300°C 高温煅烧形成。其中，所述石英砂矿含有红外辐射材料，选自阳离子、Mn+4阳离子和/ 或Ni+4阳离子。
在一个实施方式中，所述多孔纳米材料为纳米三氧化二铁、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米级羟基磷灰石、纳米级的含少量氟或氯的天然磷酸钙矿石中的一种或它们两种或多种的纳米复合物。
在一个实施方式中，所述固定包括通过物理吸附和离子交换方法固定在所述多孔纳米材料载体的表面上。
本发明制造本发明抗菌自洁材料的方法首先整合物理、化学、生物学、工艺学、系统工程学、电子信息技术和经济学等体系的交叉综合性研究。融入多个学科知识和经验的支持与融合，采用对环境无害的生态材料以及生产工艺，生产出对人体健康无害的生态人居抗菌自洁生产新材料。本发明所述方法包括以稳定的多孔纳米材料(如，二氧化钛) 为载体或羟基磷灰石、含少量氟或氯的天然磷酸钙矿石为载体，将具有抗菌特性功能的铈、 银、锌、钛、镍、镁、钙、稀土永磁离子作为无机纳米抗菌颗粒、具有自洁功能的Ti+4阳离子和 /或Ge+4阳离子、具有红外保健功能的阳离子、Mn+4阳离子、Ni+4阳离子通过物理吸附和离子交换等方法固定在所述多孔纳米材料载体的表面，由此制成本发明绿色生态人居抗菌自洁纳米新材料。所述绿色生态人居抗菌自洁纳米新材料可以加到相应的产品中即可获得具有抗菌自洁红外能力的材料。以铈(银)的复合物(铈离子和银离子)、稀土永磁材料为主体抗菌体，以纳米T^2和S^2等为载体，纳米级粉体颗粒的特殊效益大大提高了整体的抗菌效果，使耐温性、粉体细度、分散性和功能效应都得到了充分的发挥。
本发明的抗菌材料是一种具有抑菌和杀菌性能的新型功能材料。可以使材料表面的抗菌成分及时通过接触杀菌和抑制微生物繁殖、生存，进而达到长期抗菌、卫生、安全的目的。这种抗菌方式与目前的化学灭菌、物理灭菌方式相比，具有长效、广谱、经济、方便等特点，本发明的自洁功能可以抗污，有效的减少交叉感染、疾病传播，并且免除了清洗、保洁等繁杂劳动，其抗菌效果可与制品的使用寿命同步。
本发明的各组分质量配比范围是使用含铈元素的无机纳米复合抗菌剂代替银离子抗菌剂、减少了产品成膜后的变色性，降低了成本，提高了市场竞争力。无机纳米复合抗菌剂是以多孔型纳米二氧化钛为载体，装载铈离子得到的纳米复合抗菌剂(粒径为IOnm IOOnm) 0. 5 10质量％。固化剂0. 5 5质量％，填料30 40质量％，助剂3 6质量％， 共聚乳液或树脂55 65质量％。
制备方法
1、将上述组分通过物理吸附和离子交换工艺将铈(银)离子固定在沸石、陶瓷、硅胶等多孔材料的表面，然后利用机械剪切力作用混配均勻。
2、研磨分散采用高速分散机在低速GOO转/分钟 600转/分钟)状态下分散，依次加入分散剂、稳定剂、消泡剂、防冻剂、稀土磁材料(磁微粒小于2um，粒径分布越窄越好)，加完后搅拌速度提高到1500转/分钟(r/min) 2000转/分钟，在常温条件下分散1. 5 2小时。然后送砂磨机或球磨机、胶体磨等磨细至规定细度再将共聚液或树脂、稀土永磁纳米材料加入混合均勻后过滤出料，即制得绿色生态人居抗菌纳米材料。
本发明的技术特点
1、本发明是采用接触反应破坏微生物活性的，其抗菌成分为铈(银)离子，效果持久，同时在可见光作用下，能激活水和空气中的氧，产生活性阳离子，具有很强的氧化能力， 能在很短时间内破坏细菌的繁殖能力，致细胞死忙，从而达到优良的抗菌防霉效果。
2、利用本发明的产品与纤维结合后产生的物理微电子产生正电势、磁场可吸附细菌，使其细胞变形，改变其电子层结构，细胞破裂，内溶物渗出死亡，达到抗菌防霉目的。
3、具有良好的拒水和透气性。可根据环境条件“呼吸”及调正室内空气的湿度。引入的T^2在稀土催化剂作用下能够产生高活性自由基，这些自由基能将吸入的产生异物的有机物降解成无味物质，而且这些自由基通过呼吸作用散布于空气中，杀菌灭菌及其他对人体有害的有机物，从而达到净化空气、环境，保护人类健康的目的。
4、广谱的抗菌性。经国内外权威医疗机构检测及临床对G+菌、G—菌、真菌(霉菌) (如金黄色葡萄球菌、链球菌、结核杆菌、腊状芽胞菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌、红色毛癣菌、黑曲霉菌等病菌)均有极佳是抗菌效果。。
5、耐洗涤。与织物纤维牢固结合，提高并改善产品质量，能长期保持抗菌防霉、自洁、红外特性。
6、安全。不含甲醛及重金属离子及其他有害物质，长期使用对人体安全无毒、无刺激性、无副作用，对人体微生物生态平衡无影响。对工人劳动保护无影响，应用操作简便，长期使用效果稳定。
7、产品性价比优良，加工成本低，易于推广应用。
由于本发明的纳米铈(银)系抗菌粉体平均粒径仅为20. 165nm,能在产品中分散均勻，故对加工工艺没有特殊要求。可广泛用于塑料、陶瓷、纤维等产品中，以及各种棉、纱等天然纤维织物、混纺织物，用热封、热轧、水刺等工艺生产的无纺布。所得的抗菌防霉自洁红外织物无纺布又应用于下列领域
一、空调或空气清新机等家电产品中作为抗菌过滤材料。
二、日用品抗菌、防臭防霉、预防交叉感染产品。
三、各种服装、内衣、袜子、鞋子、床上用品及交通工具上的卧具。
四、抗菌工作服、医疗卫生、食品制造加工、餐饮、美容、美发、浴室等行业的服装及用品ο
五、抗菌医院用品、妇幼保健品、皮衣、皮具及包装等。
以下结合实例对本发明作进一步描述具体实施方式
实施例1
在室温下将三氯化铁50份溶解于1000份5 %的NH4水溶液中，然后用冷冻水浴法将工业级四氯化钛缓慢滴加到该水溶液中，在均勻搅拌下产生白色沉淀，然后在搅拌下加入0. 15mol高氯酸使白色沉淀溶解，得到透明液体，在95°C下加热使其蒸发2小时，除去多余的水分，过滤所得的溶胶-凝胶体并用500份水洗涤4次，将洗涤后的溶胶-凝胶在20°C 和IOmmHg下干燥3小时得到白色微粉，放入煅烧炉中800°C下煅烧1小时得到三氧化二铁掺杂的纳米二氧化钛基体，再经研磨、分散、陈化干燥，加入标量的铈离子和银离子、稀土永磁离子复合物3g，加1 % 3 %的自洁纳米粉Ti+4阳离子和/或Ge+4阳离子，红外纳米粉阳离子，再研磨制取多孔型二氧化钛负载的铈/银抗菌剂。
称取粒径为IOnm IOOnm的多孔型纳米二氧化钛负载的铈/银抗菌剂0. 4 10 份，固化剂0. 5 5份，填料30 40份，助剂3 6份，共聚乳液或树脂55 60份加入到混合机中，混配均勻，将上述混配的物料用加料器输送到空气级磨(ACM)中进行细粉碎，通过旋风分离器捕集被粉碎的半成品，再经筛粉机除去杂质和粗粉后即可制得本发明成品， 并进行包装。
一、将本发明作1 30稀释，形成抗菌工作液(在申请人“浙江金海环境技术股份有限公司”系列产品中称为“金海1#抗菌工作液”)。
二、工艺流程
1.抗菌织物
a 流程
权利要求
1.一种抗菌自洁材料，所述抗菌自洁材料包含作为载体的多孔纳米材料、含铈离子、银离子和稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒以及纳米级自洁材料；其中，所述无机纳米抗菌颗粒的粒径为IOnm lOOnm。
2.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述无机纳米抗菌颗粒为0. 5 10质量所述无机纳米抗菌颗粒还包含锌离子、 钛离子、镍离子、镁离子和钙离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述纳米级自洁材料为1 10质量％。
4.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，所述纳米级自洁材料包含Ti+4阳离子和Ge+4阳离子中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，所述抗菌自洁材料还包含红外辐射粉末。
6.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述红外辐射粉末为15 20质量％。
7.根据权利要求5所述的抗菌自洁材料，其特征在于，所述红外辐射粉末通过以下方式获得将7. 8 13质量份的氧化镁、33 35质量份的氧化铝、48. 7 51质量份的石英砂混合，研磨成200目 300目的粉料，并在1150°C 1300°C高温煅烧形成。
8.根据权利要求1所述的抗菌自洁材料，其特征在于，所述多孔纳米材料为纳米三氧化二铁、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米级羟基磷灰石、纳米级的含少量氟或氯的天然磷酸钙矿石中的一种或它们两种或多种的纳米复合物。
9.一种权利要求1-8任一项所述抗菌自洁材料的制造方法，所述方法包括以多孔纳米材料为载体，将含铈离子、银离子和稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒以及纳米级自洁材料固定在所述多孔纳米材料载体的表面上，由此制成所述抗菌自洁材料。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述无机纳米抗菌颗粒为0. 5 10质量所述无机纳米抗菌颗粒还包含锌离子、钛离子、镍离子、镁离子和钙离子中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述纳米级自洁材料为1 10质量％。
12.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述纳米级自洁材料包含Ti+4阳离子和Ge+4阳离子中的一种或多种。
13.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括将红外辐射粉末固定在所述多孔纳米材料载体的表面上。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，以所述抗菌自洁材料的总质量为基准，所述红外辐射粉末为15 20质量％。
15.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述红外辐射粉末通过以下方式获得将7. 8 13质量份的氧化镁、33 35质量份的氧化铝、48. 7 51质量份的石英砂混合，研磨成200目 300目的粉料，并在1150°C 1300°C高温煅烧形成。
16.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述多孔纳米材料为纳米三氧化二铁、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米级羟基磷灰石、纳米级的含少量氟或氯的天然磷酸钙矿石中的一种或它们两种或多种的纳米复合物。
17.根据权利要求9或13所述的制造方法，其特征在于，所述固定包括通过物理吸附和离子交换方法固定在所述多孔纳米材料载体的表面上。
全文摘要
本发明涉及一种绿色生态人居抗菌新材料，特别是应用生态边缘科学跨入纺织、滤料产业的功能性抗菌自洁过滤新材料。在本发明中，以含铈离子、银离子、稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒为抗菌主体，在多孔型纳米载体为多孔载体，并加入自洁、红外材料，通过物理吸附和离子交换等方法固定在所述多孔载体的表面，由此形成的绿色生态人居抗菌自洁纳米新材料。所述抗菌自洁纳米新材料大大提高了整体的抗菌自洁效率，并使其耐温性、粉体细度、分散性和功能性效应都得到了充分的发挥。在本发明中，使用含铈离子、银离子和稀土永磁离子的无机纳米抗菌颗粒代替银离子抗菌剂，免除了产品成膜后的变色性，降低了成本，提高了市场竞争力。
文档编号D01F6/92GK102511499SQ20111033102
公开日2012年6月27日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者丁宏广 申请人:浙江金海环境技术股份有限公司