一种抗菌材料、抗菌剂和抗菌陶瓷餐具及其制备方法

摘要

本发明公开了一种抗菌材料、抗菌剂和抗菌陶瓷餐具及其制备方法。将含量为5％～10％的锌盐、含量为0.05～0.1％的银盐和1％～3％的聚乙烯基吡咯烷酮在溶剂中混合，并调节所述混合溶液的pH值至9～11；将混合溶液在400～700℃下退火1～4小时，即得抗菌材料；将抗菌材料在溶剂中超声分散；再将其与含量为4～17wt％的疏水改性剂混合、抽滤并烘干，即得抗菌剂；将抗菌剂与釉料混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷餐具坯体的表面形成釉层；将所述陶瓷餐具坯体烧结，即得抗菌陶瓷餐具。本发明的抗菌材料、抗菌剂可涂覆于餐具表面形成疏水层，并提高了抗菌陶瓷餐具的抗菌效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗菌材料、抗菌剂和抗菌陶瓷餐具及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步与发展，人类对卫生健康的要求越来越高，对抗菌剂的需求也越来越大，尤其是近年来受各类流感病毒疫情影响，抗菌剂在日常生活制品中的应用也越来越广泛。餐具是我们日常生活的必需品，尽管用后会洗涤，但难免附着滋生大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等微生物，引起一系列疾病。将抗菌剂通过一定方法涂覆于餐具表面，将得到具有抗菌性能的餐具。然而市面上目前常用的抗菌剂并没有疏水功能，餐具没有疏水包覆层，接触食物后有一定的黏附性，不利于清洁，会进一步导致细菌等微生物的滋生附着。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有抗菌陶瓷餐具没有疏水功能、抗菌效果不佳的缺陷，而提供了一种抗菌材料、抗菌剂和抗菌陶瓷餐具及其制备方法。

本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含量为5％～10％的锌盐、含量为0.05～0.1％的银盐和含量为1％～3％的聚乙烯基吡咯烷酮在溶剂中混合，得到混合溶液，并调节所述混合溶液的pH值至9～11，其中，所述锌盐和所述银盐为可溶性盐；所述的百分比为各成分占所述混合溶液的质量百分比；

(2)将所述混合溶液在400～700℃下退火1～4小时，即得所述抗菌材料；其中，所述溶剂为醇类溶剂；所述抗菌材料为Ag/ZnO纳米复合抗菌材料。

本发明中，所述锌盐为本领域常规的可溶性锌盐，例如硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌和乙酸锌。

较佳地，所述锌盐为乙酸锌或硫酸锌。

本发明中，所述银盐为本领域常规的可溶性银盐，较佳地为硝酸银。

较佳地，所述乙酸锌的含量为5.6％、7.6％、7.7％、8.2％或9.2％。

较佳地，所述硫酸锌的含量为8.2％。

较佳地，所述硝酸银的含量为0.05％、0.07％、0.08％或0.1％。

较佳地，所述聚乙烯基吡咯烷酮的含量为1.5％、1.9％、2.1％、2.13％或2.4％。

本发明抗菌材料的制备方法的步骤(1)中，所述聚乙烯基吡咯烷酮为本领域常规，其分子量较佳地为30000～60000，例如36000。所述聚乙烯基吡咯烷酮作为本发明的分散剂和成形剂。

本发明抗菌材料的制备方法的步骤(1)中，所述溶剂为本领域常规，且能够还原所述的银，较佳地为乙醇、乙二醇和丙三醇中的一种或多种，更佳地为乙醇。

较佳地，所述乙醇的含量为88.85％、89.6％、89.93％、90.7％或92.22％。

本发明抗菌材料的制备方法的步骤(1)中，所述混合为本领域常规，可采用搅拌的方式，较佳地为在室温下搅拌混合；所述混合的时间较佳地为2～6小时，例如2小时、4小时或5小时。混合后，所述混合溶液一般为稳定且透明的均匀混合溶液。

本发明抗菌材料的制备方法的步骤(1)中，所述调节pH值为本领域常规，较佳地为在搅拌过程中向所述混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9～11，例如9、10或11。

本发明抗菌材料的制备方法的步骤(2)中，所述退火为本领域常规，指将金属加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。经退火后的得到的所述抗菌材料为Ag/ZnO纳米复合抗菌材料，具有微米级乳突和较高导向性纳米棒分级结构。

本发明中，所述退火的设备可为本领域常规的退火设备；较佳地为加热炉。

较佳地，所述退火的温度为500℃、600℃、650℃或700℃。

较佳地，所述退火的时间为1小时、2小时、3小时或4小时。

本发明中，所述乙酸锌、所述硝酸银和所述聚乙烯基吡咯烷酮的含量如未特殊说明，均为质量百分比浓度，即所述乙酸锌、所述硝酸银和所述聚乙烯基吡咯烷酮的质量与所述混合溶液的质量之比。

本发明还提供一种抗菌材料，其根据上述抗菌材料的制备方法制备得到

本发明提供一种抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将上述抗菌材料在溶剂中超声分散；

(2)将超声分散后抗菌材料与含量为4～17wt％的疏水改性剂混合、抽滤并烘干，即得所述抗菌剂；所述的百分比为疏水改性剂占所述抗菌材料的质量百分比。

较佳地，所述疏水改性剂的含量为6wt％、8wt％、12wt％或13wt％。

本发明抗菌剂的制备方法的步骤(1)中，所述溶剂为本领域常规，较佳地为醇类溶剂，例如乙醇、乙二醇和丙三醇中的一种或多种，更佳地为乙醇。

本发明抗菌剂的制备方法的步骤(1)中，所述超声分散为本领域常规，用于使抗菌材料均匀分布于乙醇溶剂中。

本发明抗菌剂的制备方法的步骤(2)中，所述疏水改性剂为本领域常规，可为偏氟乙烯、聚硅氮烷和硬脂酸中的一种或多种，较佳地为硬脂酸。

本发明抗菌剂的制备方法的步骤(2)中，所述疏水改性剂的含量如未特殊说明，均为质量百分比浓度，即所述疏水改性剂的质量与所述抗菌剂的质量之比。

本发明抗菌剂的制备方法的步骤(2)中，所述混合为本领域常规，可采用搅拌的方式，所述搅拌的转速较佳地为500～800r·min

本发明还提供一种抗菌剂，其根据上述抗菌剂的制备方法制备得到。

本发明提供一种抗菌陶瓷餐具的制备方法，包括以下步骤：

(1)将上述抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将所述釉浆均匀淋涂至陶瓷餐具坯体的表面形成釉层；

(2)将所述陶瓷餐具坯体烧结，即得所述抗菌陶瓷餐具。

本发明中，所述釉料为本领域常规的釉料，较佳地，含量为40％长石、15％高岭土、20％石英、10％白云石、10％氧化锆、4％滑石粉和1％分散剂的混合物和水按1：0.5的质量比进行研磨，即得釉料；其中，所述百分比为各成分占所述釉料的质量百分比。

本发明中，用于釉料的长石、高岭土、石英、白云石、氧化锆、滑石粉和分散剂均为釉料制备领域使用的常规原料。

本发明中，所述的餐具为本领域常规，例如碗、筷子、餐盘、勺子或刀叉。

本发明抗菌陶瓷餐具的制备方法的步骤(2)中，所述烧结为本领域常规，所述烧结的温度较佳地为800～1300℃，例如为1100℃、1200℃或1300℃；所述烧结的时间较佳地为1～24小时，例如为6小时、8小时或10小时。

本发明还提供一种抗菌陶瓷餐具，其根据上述抗菌陶瓷餐具的制备方法制得。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

1.本发明的抗菌材料和抗菌剂具有微米级乳突和较高导向性纳米棒分级结构，可涂覆于餐具表面形成疏水层，使餐具易于清洁。

2.本发明的抗菌材料和抗菌剂具有微米级乳突和较高导向性纳米棒分级结构，相比平面涂层的比表面积大，增加与细菌等微生物的接触面积，有助于提高抗菌效率。

3.本发明的抗菌材料、抗菌剂和抗菌陶瓷餐具添加了银、锌两种金属离子协同抗菌，显著提高了抗菌效率。

附图说明

图1为实施例1制备的抗菌陶瓷碗表面的SEM照片。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，釉料指含量为40％长石、15％高岭土、20％石英、10％白云石、10％氧化锆、4％滑石粉和1％分散剂的混合物和水按1：0.5的质量比进行研磨，制得的白色亮光釉。

下述效果实施例中，使用的普通陶瓷碗和普通抗菌碗均购自潮州市枫溪区鑫金龙陶瓷制造厂。

实施例1

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取5.6％乙酸锌、0.08％硝酸银、2.1％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和92.22％乙醇，在室温下搅拌混合4小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至10。

(2)在600℃的加热炉中将混合溶液退火3小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为6wt％的硬脂酸，以700r·min

抗菌陶瓷碗的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1100℃下烧结6小时，即得抗菌陶瓷碗。

本实施例制备的抗菌陶瓷碗表面的SEM照片如图1所示。

实施例2

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取8.2％乙酸锌、0.07％硝酸银、2.13％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和89.6％乙醇，在室温下搅拌混合2小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在500℃的加热炉中将混合溶液退火2小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为8wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷餐盘的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1200℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷餐盘。

实施例3

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取7.7％乙酸锌、0.1％硝酸银、1.5％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和90.7％乙醇，在室温下搅拌混合5小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至10。

(2)在700℃的加热炉中将混合溶液退火1小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为12wt％的硬脂酸，以500r·min

抗菌陶瓷汤匙的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1300℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷汤匙。

实施例4

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取9.2％乙酸锌、0.05％硝酸银、1.9％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和88.85％乙醇，在室温下搅拌混合4小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在650℃的加热炉中将混合溶液退火4小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为8wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷刀叉的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1100℃下烧结6小时，即得抗菌陶瓷刀叉。

实施例5

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取7.6％乙酸锌、0.07％硝酸银、2.4％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和89.93％乙醇，在室温下搅拌混合4小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至11。

(2)在600℃的加热炉中将混合溶液退火4小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为13wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷筷子的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1300℃下烧结10小时，即得抗菌陶瓷筷子。

实施例6

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取8.2％硫酸锌、0.07％硝酸银、2.13％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和89.6％乙醇，在室温下搅拌混合2小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在500℃的加热炉中将混合溶液退火2小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为8wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷餐盘的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1200℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷餐盘。

对比例1

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取5.6％乙酸锌、2.1％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和92.3％乙醇，在室温下搅拌混合4小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至10。

(2)在600℃的加热炉中将混合溶液退火3小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为6wt％的硬脂酸，以700r·min

抗菌陶瓷碗的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1100℃下烧结6小时，即得抗菌陶瓷碗。

对比例2

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取5.6％乙酸锌、0.08％硝酸银、2.1％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和92.22％乙醇，在室温下搅拌混合4小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至10。

(2)在600℃的加热炉中将混合溶液退火3小时，即得抗菌材料。

抗菌陶瓷筷子的制备：

(1)将抗菌材料与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1100℃下烧结6小时，即得抗菌陶瓷筷子。

对比例3

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取3％乙酸锌、0.07％硝酸银、2.13％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和94.8％乙醇，在室温下搅拌混合2小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在500℃的加热炉中将混合溶液退火2小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为8wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷餐盘的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1200℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷餐盘。

对比例4

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取8.2％乙酸锌、0.07％硝酸银、2.13％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和89.6％乙醇，在室温下搅拌混合2小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在500℃的加热炉中将混合溶液退火2小时，即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为3wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷餐盘的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1200℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷餐盘。

对比例5

抗菌材料的制备：

(1)按质量比称取8.2％乙酸锌、0.07％硝酸银、2.13％聚乙烯基吡咯烷酮(分子量为36000)和89.6％乙醇，在室温下搅拌混合2小时，并在搅拌过程中向混合溶液逐滴添加氨水调节pH至9。

(2)在500℃的加热炉中将混合溶液退火2小时即得抗菌材料。

抗菌剂的制备：

(1)将制得的抗菌材料在乙醇中超声分散；

(2)将所述的超声分散后的抗菌材料与含量为18wt％的硬脂酸，以800r·min

抗菌陶瓷餐盘的制备：

(1)将抗菌剂与釉料按质量比2：98混合，得到釉浆，再将釉浆均匀淋涂至陶瓷碗坯体的表面形成釉层；

(2)在1200℃下烧结8小时，即得抗菌陶瓷餐盘。

效果实施例1

1、抗菌性能检测

将实施例、对比例中的餐具与市场上购买的普通陶瓷碗分别放置于空气中，18个小时后，分别检测餐具表面的大肠杆菌个数，结果如表1所示。

表1

2、抗霉变性能检测将实施例、对比例中的餐具与市场上购买的普通陶瓷碗和普通抗菌碗分别放置于阴暗潮湿(湿度为70％、温度为40℃)的环境中培养30天后观察餐具霉变情况，统计表面霉变面积占整个面积的百分率，结果如表2所示。

表2

3、疏水性能检测

将实施例中的餐具与市场上购买的普通陶瓷碗和普通抗菌碗进行接触角和滑动角测定，结果如表3所示。

表3

根据表1～3的结果可知，本发明制得的抗菌陶瓷餐具，通过上述各组分之间的相互配合，较现有的普通餐具和抗菌陶瓷餐具具备明显优异的抗菌性能、抗霉变性能和疏水性能。

若要同时得到兼具优异的抗菌性能、抗霉变性能和疏水性能的抗菌材料和抗菌剂制得的抗菌陶瓷餐具，需要上述各组分之间的相互配合。例如对比例1不含硝酸银，其抗菌性能和抗霉变性能均发生了显著地下降。对比例2直接使用抗菌材料制备抗菌陶瓷餐具，即不含疏水改性剂，其疏水性能显著下降，进一步影响了其抗菌性能和抗霉变性能。对比例3乙酸锌含量过低，其抗菌性能和抗霉变性能均发生显著下降。对比例4添加的疏水改性剂过少、对比例5则添加的疏水改性剂过多，两者的抗菌性能、抗霉变性能和疏水性能均有所下降。