一种陶瓷用高效抗菌材料及其制备方法与应用

摘要

本发明提供一种陶瓷用高效抗菌材料，其包括纳米氧化锌、纳米银、促进剂、活化剂和分散剂，通过分步混合制备得到，通过特定的促进剂、活化剂和分散剂大大提高陶瓷的抑菌材料的性质，使其不仅具有良好的抗菌性能，还能净化空气中的甲醛等有害物质，大大提高环境质量，保证人体健康。同时该抑菌材料的应用还能够改善陶瓷本身的性能，具有良好的经济效益。

权利要求

1.一种陶瓷用高效抗菌材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：50-88份纳米氧化锌、0.2-12份纳米银、0.5-3份促进剂、10-20份活化剂、3-7份分散剂；所述纳米氧化锌经过改性处理，包括以下步骤：纳米氧化锌粉放置于含有吐温-80的丙二醇中，加入三聚磷酸钠，滴加入水，通入CO2气体，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎焙烧后即得；所述活化剂选自草酸及其可溶性盐、硅酸及其可溶性盐、乳酸及其可溶性盐中的一种或多种；

所述陶瓷用高效抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银，混合并搅拌均匀，加热，得混合物1；

(2)混合物1降温后，逐步加入促进剂和分散剂混合，研磨，即得；

其中，所述步骤(2)中降温至25-30℃，加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；再加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；最后加入剩余1/3的促进剂，即得终产品。

2.根据权利要求1所述的陶瓷用高效抗菌材料，其特征在于，还包括以下重量份的组分：1-3份活性钙。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷用高效抗菌材料，其特征在于，所述促进剂为异辛酸钴、异辛酸锌中的一种或两种。

4.根据权利要求1或2所述的陶瓷用高效抗菌材料，其特征在于，所述分散剂选自聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酯、聚异丁烯无灰磷酸酯中的一种或多种。

5.权利要求1所述的陶瓷用高效抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银，混合并搅拌均匀，加热，得混合物1；

(2)混合物1降温后，逐步加入促进剂和分散剂混合，研磨，即得；

其中，所述步骤(2)中降温至25-30℃，加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；再加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；最后加入剩余1/3的促进剂，即得终产品。

6.权利要求2所述的陶瓷用高效抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银和活性钙，混合并搅拌均匀，加热，得混合物1；

(2)混合物1降温后，逐步加入促进剂和分散剂混合，研磨，即得；

其中，所述步骤(2)中降温至25-30℃，加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；再加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；最后加入剩余1/3的促进剂，即得终产品。

7.权利要求1-4任一项所述陶瓷用高效抗菌材料在陶瓷制备中的应用。

说明书

一种陶瓷用高效抗菌材料及其制备方法与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及陶瓷添加剂技术领域，具体涉及一种陶瓷用高效抗菌材料及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 随着社会的飞速发展，我们生活在一个被大量微生物充斥的空间，细菌、真菌和其他致病性微生物的广泛分布，将严重威胁着人们的健康，从而导致许多疾病的产生和传播。尤其是近年来病毒、禽流感病毒、雾霾肆虐等环境污染问题的出现更让人们意识到净化居家环境、清洁室外空气、保护水资源、大气资源等都与人类的健康息息相关，健康的生活环境和卫生质量已受到人们的青睐和重视，如何有效控制细菌的繁殖，依然是研宄的重点。因此安全、无毒、无污染的抗菌产品己成为广大消费者的需求。抗菌材料是指材质本身具有杀灭或者抑制非益菌增殖的一类功能材料，将其添加到橡胶、塑料、陶瓷、棉织物、医疗设备、陶瓷、建筑等中，可制成抗菌产品，从而有效地阻止细菌、病毒的入侵，为人们提供一个健康的生活环境。

[0003] 另外，近年来室内装修也日益增多，由于很多人对室内空气污染的认识不深和重视不够，使室内空气甲醛污染普遍的存在，且存在严重超标的现象。根据报道，室内空气装修用的人造纤维板中均含有甲醛粘结剂，装修材料中的甲醛可释放3年-15年，对人体健康危害极大，尤其是对孕妇儿童等潜在危害更大。

[0004] 在这种背景下，利用杀菌抗菌环保材料能够杀灭有害细菌、抑制其生长和繁殖，同时去除空气中的甲醛，以提高人类健康水平，已经成为人们普遍期望的一个重要手段。新千年以来，非典和禽流感的出现，尤其是2013年3月以来华东地区出现的H7N9禽流感，人们对一个健康环境的渴求与日剧增。

[0005] 专利申请CN105036804A公开了一种养生抗菌陶瓷釉，由以下材料质量份数组成：贝壳10-30份、骨粉5-15份、三氧化二铝5-10份，三氧化二铁0.1-0.5份、锂辉石5-15份、氧化锡3-10份、德化矿石10-30份、水晶石5-10份、滑石1-5份、硅藻泥2-10；另加上普通透明釉的基础配方：石灰石10-15份、长石20-30份、锌1-5份、石英20-30份、碳酸镁1-4份。又如专利申请CN100493696A公开了一种掺杂纳米氧化锌及其制备方法和光催化降解有机物和抗菌的应用，其在纳米氧化锌中掺入银Ag、稀土金属(镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、镝Dy、铒Er、钇Y)等，提高纳米氧化锌的光催化活性，用于降解有害化学物质和抗菌。在光照下产生比普通氧化锌更高的光催化活性，提高了抗菌能力；无光照时，由于银、锌、稀土金属等抗菌离子的作用，仍具有强烈的抗菌作用。其制备方法采用有机物络合法、喷雾热解法。掺杂纳米氧化锌可直接与其它材料混合使用，或作为添加剂加入塑料、陶瓷、纤维、木材、橡胶、玻璃、水泥、金属等材料中制成各种光催化和抗菌材料及制品。上述专利中使最终的陶瓷具有良好的抗菌效果，但是其组分组成复杂，会影响产品原有的性状，并且上述抗菌剂并无法发挥吸收甲醛的功效。

发明内容

[0006] 基于上述现有技术的缺陷，本发明通过采用纳米氧化锌、纳米银作为活性成分，添加促进剂、活化剂和分散剂形成抗菌材料，大大提高材料的抗菌性能，同时具有一定的清除甲醛的功效。

[0007] 本发明提供一种陶瓷用高效抗菌材料，包括以下重量份的组分：50-88份纳米氧化锌、0.2-12份纳米银、0.5-3份促进剂、10-20份活化剂、3-7份分散剂。

[0008] 更进一步地，所述陶瓷用高效抗菌材料，包括以下重量份的组分：60-80份纳米氧化锌、0.5-10份纳米银、1-2份促进剂、13-17份活化剂、4-6份分散剂。

[0009] 更进一步地，所述陶瓷用高效抗菌材料，还包括以下重量份的组分：1-3份活性钙。

[0010] 进一步地，所述纳米氧化锌经过改性处理，包括以下步骤：纳米氧化锌粉放置于含有吐温-80的丙二醇中，加入三聚磷酸钠，滴加入水，通入CO2气体，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎焙烧后即得。

[0011] 更进一步地，所述纳米氧化锌的改性处理方法，包括以下步骤：纳米氧化锌粉放置于含有1.2-2.3％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入三聚磷酸钠，加热至60-70℃，滴加入水，搅拌15-30min，冷却至25-30℃，然后通入CO2气体，继续加热至80-90℃反应15-30min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在300-500℃下焙烧即得。

[0012] 进一步地，所述促进剂为异辛酸钴、异辛酸锌中的一种或两种。

[0013] 进一步地，所述活化剂选自草酸及其可溶性盐、硅酸及其可溶性盐、乳酸及其可溶性盐中的一种或多种。

[0014] 更进一步地，所述活化剂为草酸和硅酸的混合物，所述草酸和硅酸的质量比为2-4:1。

[0015] 进一步地，所述分散剂选自聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酯、聚异丁烯无灰磷酸酯中的一种或多种。

[0016] 本发明还提供上述高效抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

[0017] (1)将活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银，混合并搅拌均匀，加热，得混合物1；

[0018] (2)混合物1降温后，逐步加入促进剂和分散剂混合，研磨，即得。

[0019] 或上述高效抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

[0020] (1)将活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银和活化钙，混合并搅拌均匀，加热，得混合物1；

[0021] (2)混合物1降温后，逐步加入促进剂和分散剂混合，研磨，即得。

[0022] 进一步地，所述步骤(1)中加热温度为90-100℃。

[0023] 进一步地，所述步骤(2)中降温至25-30℃，加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；再加入1/3的促进剂和1/2的分散剂混合，研磨；最后加入剩余1/3的促进剂，即得终产品。

[0024] 更进一步地，所述研磨方法为磨球研磨。

[0025] 本发明进一步提供上述高效抗菌材料在陶瓷制备中的应用。

[0026] 本发明还提供上述高效抗菌材料在涂料中的应用。

[0027] 进一步地，所述高效抑菌材料在涂料中的添加量为4-6％。

[0028] 本发明的有益效果为：

[0029] (1)本发明提供的抗菌材料能够直接与细菌等有机物质发生氧化反应，从而将细菌病毒杀死；另一方面，也可通过紫外线的照射，分解细菌，从而杀死细菌病毒，具有抗菌范围广、抗菌性能强的特点，平均灭菌率在99％以上。

[0030] (2)本发明提供的抗菌材料还能够对空气中的甲醛、一氧化氮等有害物质进行催化、氧化、分解，实现空气的净化，应用于陶瓷地板中，有利于保证室内环境干净，保证人体健康。

[0031] (3)本发明通过合理的促进剂、活化剂和分散剂的使用，进一步提高抑菌材料的性能，提高材料的抑菌和净化空气的能力，同时还能改善陶瓷本身的色泽和性能。

具体实施方式

[0032] 实施例1一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0033] 组分：70份纳米氧化锌、6份纳米银、1.5份异辛酸钴、3份聚异丁烯丁二酸酯和17份活化剂(由草酸和硅酸组成，草酸和硅酸的质量比为3:1)

[0034] 制备方法：

[0035] 首先对纳米氧化锌进行改性处理：70份纳米氧化锌粉放置于200份含有1.7％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入5份三聚磷酸钠，加热至65℃，滴加入水，搅拌20min，冷却至28℃，然后通入CO2气体，继续加热至85℃反应20min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在400℃下焙烧即得。

[0036] 然后制备抗菌材料：

[0037] (1)将草酸和硅酸组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌和纳米银，混合并搅拌均匀，加热至85℃，得混合物1；

[0038] (2)混合物1降温至30℃，加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；再加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸钴，即得终产品。

[0039] 所述高效抗菌新材料可在陶瓷中添加3％。

[0040] 实施例2一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0041] 组分：70份纳米氧化锌、6份纳米银、2份活性钙、1.5份异辛酸锌、3份聚异丁烯丁二酸酯和17份活化剂(由草酸和硅酸组成，草酸和硅酸的质量比为3:1)

[0042] 制备方法：

[0043] 首先对纳米氧化锌进行改性处理：70份纳米氧化锌粉放置于200份含有1.7％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入5份三聚磷酸钠，加热至65℃，滴加入水，搅拌20min，冷却至28℃，然后通入CO2气体，继续加热至85℃反应20min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在400℃下焙烧即得。

[0044] 然后制备抗菌材料：

[0045] (1)将草酸和硅酸组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银和活化钙，混合并搅拌均匀，加热至85℃，得混合物1；

[0046] (2)混合物1降温至30℃，加入1/3的异辛酸锌和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；再加入1/3的异辛酸锌和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸锌，即得终产品。

[0047] 具体应用同实施例1。

[0048] 实施例3一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0049] 组分：60份纳米氧化锌、3份纳米银、1份异辛酸钴、3份聚异丁烯无灰磷酸酯和16份活化剂(乳酸和草酸钠，质量比为1:1)

[0050] 制备方法：

[0051] (1)将乳酸和草酸钠组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌和纳米银，混合并搅拌均匀，加热至80℃，得混合物1；

[0052] (2)混合物1降温至25℃，加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯无灰磷酸酯混合，研磨；再加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯无灰磷酸酯混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸钴，即得终产品。

[0053] 具体应用同实施例1。

[0054] 实施例4一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0055] 组分：80份纳米氧化锌、8份纳米银、1份活化钙、2份异辛酸钴、4份聚异丁烯丁二酰亚胺和18份活化剂(由草酸和硅酸组成，草酸和硅酸的质量比为2:1)

[0056] 制备方法：

[0057] 首先对纳米氧化锌进行改性处理：80份纳米氧化锌粉放置于250份含有1.2％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入7份三聚磷酸钠，加热至60℃，滴加入水，搅拌15min，冷却至25℃，然后通入CO2气体，继续加热至80℃反应30min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在300℃下焙烧即得。

[0058] 然后制备抗菌材料：

[0059] (1)将草酸和硅酸组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银和活化钙，混合并搅拌均匀，加热至90℃，得混合物1；

[0060] (2)混合物1降温至40℃，加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酰亚胺混合，研磨；再加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酰亚胺混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸钴，即得终产品。

[0061] 具体应用同实施例1。

[0062] 实施例5一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0063] 组分：85份纳米氧化锌、10份纳米银、3份活化钙、3份异辛酸钴、5份聚异丁烯丁二酸酯和20份活化剂(由草酸和硅酸组成，草酸和硅酸的质量比为4:1)

[0064] 制备方法：

[0065] 首先对纳米氧化锌进行改性处理：85份纳米氧化锌粉放置于280份含有2.3％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入8份三聚磷酸钠，加热至70℃，滴加入水，搅拌30min，冷却至30℃，然后通入CO2气体，继续加热至90℃反应15min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在500℃下焙烧即得。

[0066] 然后制备抗菌材料：

[0067] (1)将草酸和硅酸组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银、活化钙，混合并搅拌均匀，加热至85℃，得混合物1；

[0068] (2)混合物1降温至30℃，加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；再加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸钴，即得终产品。

[0069] 具体应用同实施例1。

[0070] 实施例6一种用于陶瓷的高效抗菌材料及其制备

[0071] 组分：40份纳米氧化锌、0.3份纳米银、0.5份异辛酸钴、2份聚异丁烯丁二酸酯和15份硅酸钾。

[0072] 制备方法：

[0073] 首先对纳米氧化锌进行改性处理：40份纳米氧化锌粉放置于120份含有2.0％的吐温-80的丙二醇中，通过胶体磨研磨，加入3份三聚磷酸钠，加热至70℃，滴加入水，搅拌30min，冷却至30℃，然后通入CO2气体，继续加热至90℃反应15min，过滤，滤饼通过丙二醇洗涤，干燥粉碎后在450℃下焙烧即得.

[0074] 然后制备抗菌材料：

[0075] (1)将硅酸钾溶于水中，加入纳米氧化锌、纳米银，混合并搅拌均匀，加热至85℃，得混合物1；

[0076] (2)混合物1降温至30℃，加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；再加入1/3的异辛酸钴和1/2的聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨；最后加入剩余1/3的异辛酸钴，即得终产品。

[0077] 具体应用同实施例1。

[0078] 对比例1采用氧化锌代替纳米氧化锌制备的抗菌材料及其制备

[0079] 除纳米氧化锌替换为普通氧化锌外，其余同实施例1。

[0080] 对比例2不含纳米氧化钴的抗菌材料及其制备

[0081] 除不含纳米氧化钴外，其余同实施例1。

[0082] 对比例3采用不同活化剂制备得到的抗菌材料及其制备

[0083] 除采用甲酸为活化剂外，其余同实施例1。

[0084] 对比例4不同改性处理纳米氧化锌制备的抗菌材来及其制备

[0085] 除纳米氧化锌的改性处理方法不同外，其余同实施例1。

[0086] 具体纳米氧化锌改性方法为：将丙二醇替换为异丙醇

[0087] 70份纳米氧化锌粉放置于200份含有1.7％的吐温-80的异丙醇中，通过胶体磨研磨，加入5份三聚磷酸钠，加热至65℃，滴加入水，搅拌20min，冷却至28℃，然后通入CO2气体，继续加热至85℃反应20min，过滤，滤饼通过异丙醇洗涤，干燥粉碎后在400℃下焙烧即得。

[0088] 对比例5不同制备步骤制备得到的抗菌材料及其制备

[0089] 除产品制备方法不同外，其余同实施例1

[0090] 具体制备方法为：

[0091] (1)将草酸和硅酸组成的活化剂溶于水中，加入纳米氧化锌和纳米银，混合并搅拌均匀，加热至85℃，得混合物1；

[0092] (2)混合物1降温至30℃，加入异辛酸钴和聚异丁烯丁二酸酯混合，研磨，即得终产品。

[0093] 效果例1各抗菌材料的抗菌活性

[0094] 实验菌种：大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、绿脓杆菌[0095] 试验方法：按照JC/T897-2014标准中方法测试实施例1-6，对比例1-5的抗菌材料应用于陶瓷后的产品的抗菌性能，结果如下表1：

[0096] 表1各抗菌材料的抗菌性能

[0097]

[0098]

[0099] 由表1数据可以看出，本申请提供的抗菌材料在陶瓷中具有良好的抗菌效果。

[0100] 效果例2各抗菌材料净化空气效果

[0101] 称取实施例1-6，对比例1-5制得的陶瓷各12g，置入初始浓度为40mg/m3甲醛的5L干燥器中，然后测定24h后干燥器内气体中甲醛去除率，测试结果见表2。

[0102] 其中，甲醛去除率(％)＝(起始甲醛浓度-24h甲醛浓度)/起始甲醛浓度[0103] 表2各抑菌材料的净化甲醛效果

[0104]  甲醛去除率(％)
实施例1 91.4％
实施例2 94.6％
实施例3 90.2％
实施例4 92.7％
实施例5 92.7％
实施例6 91.3％
对比例1 80.3％
对比例2 76.7％
对比例3 84.9％
对比例4 87.5％
对比例5 82.7％

[0105] 上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。