纳米铜粉及其在制备汽车装饰布中的用途

摘要

本发明公开了一种纳米铜粉，其粒径为100～200nm，铜含量不低于98wt％，其原料包括有氯化铜、硫酸铜等铜盐、还原剂、分散剂等，采用高速剪切分散辅助超声波还原的方法将二价铜盐还原为纳米尺度的单质铜粉。该纳米铜粉的分散性良好，制备纳米铜呈现出纳米簇的形状，具有良好的抗菌防霉性能，且具有优异的除异味能力。本发明还公开了该纳米铜粉在在制备汽车装饰布中的用途，以制备纳米铜粉为基础通过与聚合物复合加工可以得到具有良好抗菌防霉除臭性能的汽车内装饰布材料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有抗菌防霉性能的纳米铜粉，此外，本发明还涉及该纳米铜粉在制备汽车装饰布中的用途。

背景技术

纳米铜由于超细的纳米尺度结构、优异的导电性、导热性及比表面积等性能，使其在抗菌、催化、细胞毒性、导电材料等方面都有着十分广泛的应用前景。纳米铜颗粒由于其优良的杀菌性能，同时对人体基本无害，使其能很好的应用在诸多方面如抗菌消毒液、运动鞋袜、家居产品和床上用品等行业，尤其是汽车内饰材料等，由于纳米铜的比表面积极大，使其具有良好的吸收异味和湿气的作用。

目前纳米铜粉的制备方法包括有电解法、气相蒸发法、超临界萃取法、微乳液法、微波辐射合成法、热分解法等。这些方法有的制备条件较为复杂繁琐(如公开号CN108517541A)，不利于该方法的大规模工业化应用。有些方法是用多种还原剂进行还原(如公开号CN18033352A)，使得工艺复杂，成本增加，大大制约了该方法的应用前景。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种工艺简单、成本较低且具有良好分散效果的纳米级铜粉，并提出其在制备汽车装饰布中的用途。

本发明以二价铜盐为原料，通过高速剪切和超声波辅助化学还原法制备得到粒径均匀为100～200nm且具有良好杀菌效果的纳米铜粉，并将其应用于汽车内饰装饰材料。

根据实施例，本发明提供的一种纳米铜粉，其粒径为100～200nm，铜含量不低于98wt％，其制备方法包括如下步骤：

步骤一：将二价铜盐加入去离子水中溶解，再加入与二价铜盐摩尔质量比为1：0.1-3的分散剂，得到混合溶液；

步骤二：将混合溶液置于高速剪切分散机下进行高速剪切处理同时进行分散处理；

步骤三：将还原剂缓慢滴入经高速剪切处理和分散处理的溶液中，二价铜与还原剂的摩尔比为1：0.1～3，在搅拌和超声条件下进行还原反应4～24小时后冷却至室温，静置；

步骤四：将静置的反应溶液通过离心机分离得到纳米铜浆液，通过冷冻干燥机将纳米铜浆液干燥，制得纳米铜粉。

优选地，步骤一中，二价铜盐为氯化铜或硫酸铜。

优选地，步骤一中，分散剂为十二烷基苯磺酸钠或羟甲基纤维素钠。

优选地，步骤三中，还原剂为水合肼或硼氢化钠。

优选地，步骤三中，超声条件通过超声波发生器或超声波清洗机实现。

根据实施例，本发明所述的纳米铜粉在制备汽车装饰布中的用途，包括如下步骤：

步骤五：将纳米铜粉与聚合物树脂通过双螺杆挤出机混合均匀制得纳米铜树脂母粒，再经纺丝机制得纳米铜树脂纱线，然后经织布机制得汽车装饰布。

本发明通过高速剪切辅助超声还原法制备纳米铜粉，制备的纳米铜粉粒径分布均匀。所得纳米铜粉中铜含量不低于98wt％；纳米铜粉颗粒粒径为100～200nm。与现有技术相比，随后的实施例和试验例将证明，本发明具有以下优点：

本发明所使用的二价铜盐、分散剂及还原剂等简单易得，成本较低，且能制得粒径均匀、有良好杀菌效果的纳米铜粉，可用于制备抗菌母粒、纱线、面料等，在汽车内抗菌防霉装饰材料等领域有很好的产业前景。本发明的制备方法简单，易于产业化。

附图说明

图1实施例1制备的纳米铜粉的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。

本发明以下实施例中所使用的原料如无特别标示均为市售产品。

实施例1

第一步：取17.05g二水合氯化铜加到50ml去离子水中配制成0.5mol/L的溶液，然后加入0.1g的十二烷基苯磺酸钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至60℃并保持恒温状态。

第三步：取0.15g水合肼滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行4小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉，纳米铜粉的SEM图如图1所示。

第五步：将制备的纳米铜粉以20wt％添加量加入到PET等各种树脂母粒中混合均匀后通过微型双螺杆挤出机造粒得到纳米铜PET母粒，然后将纳米铜PET母粒以20wt％添加量与PET树脂颗粒进行混合均匀通过双螺杆挤出机造粒得到纳米铜PET复合物颗粒。采用纺丝机将纳米铜PET复合物颗粒纺丝得到纳米铜PET纱线，然后将纳米铜PET纱线制备得到添加量为4wt％的纳米铜汽车装饰布。

实施例2

第一步：取1.705g二水合氯化铜加到100ml去离子水中配制成0.1mol/L的溶液，然后加入0.05g的羟甲基纤维素钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至80℃并保持恒温状态。

第三步：取0.2g水合肼滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行10小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉。

第五步：采取实施例1中第五步相同方法制备不同纳米铜添加量的纳米铜汽车装饰布。

实施例3

第一步：取8.525g二水合氯化铜加到50ml去离子水中配制成0.25mol/L的溶液，然后加入0.05g的十二烷基苯磺酸钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至95℃并保持恒温状态。

第三步：取0.4g硼氢化钠滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行16小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉。

第五步：采取实施例1中第五步相同方法制备不同纳米铜添加量的纳米铜汽车装饰布。

实施例4

第一步：取15.96g硫酸铜加到50ml去离子水中配制成0.5mol/L的溶液，然后加入0.1g的十二烷基苯磺酸钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至65℃并保持恒温状态。

第三步：取0.2g水合肼滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行6小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉。

第五步：采取实施例1中第五步相同方法制备不同纳米铜添加量的纳米铜汽车装饰布。

实施例5

第一步：取1.596g二水合氯化铜加到100ml去离子水中配制成0.1mol/L的溶液，然后加入0.05g的羧甲基纤维素钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至75℃并保持恒温状态。

第三步：取0.05g水合肼滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行12小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉。

第五步：采取实施例1中第五步相同方法制备不同纳米铜添加量的纳米铜汽车装饰布。

实施例6

第一步：取7.98g二水合氯化铜加到50ml去离子水中配制成0.25mol/L的溶液，然后加入0.2g的十二烷基苯磺酸钠溶解均匀得到混合溶液。

第二步：将上述混合溶液升温至60℃并保持恒温状态。

第三步：取0.3g水合肼滴加进上述混合溶液中，并在高速剪切机下搅拌(转速为5000rpm)，同时施加以超声波作用(超声波功率为100W，超声频率为40kH)。反应进行24小时后，停止搅拌及超声作用，冷却至室温静置。

第四步：将静置后溶液通过高速离心机(转速为10000rpm)进行离心分离并用去离子水洗涤3次，然后纳米铜浆液经冷冻干燥机(-80℃)干燥24小时得到纳米铜粉。

第五步：采取实施例1中第五步相同方法制备不同纳米铜添加量的纳米铜汽车装饰布。

试验例

采用美国AATCC-100抗菌测试标准对实施例1-6制备的纳米铜汽车装饰布的抗菌性进行测试，对制备纳米铜抗菌汽车装饰布的抗菌率进行定量分析，评价其抗菌性能。

方法如下：

第一步：将金黄色葡萄球菌(ATCC6538)接种于营养琼脂培养基，将白色念珠菌(ATCC10231)接种于沙氏琼脂培养基上，37℃培养24小时，选取第六代培养物，用PBS洗下菌苔并稀释成菌悬液备用。

第二步：将实施例1-6纳米铜粉制备的汽车装饰布分别剪取直径为5cm的圆片，并经过高温高压灭菌。

第三步：将试验用菌悬液置于20℃水浴5分钟后，取1ml菌悬液加入到上述原片上，作用时间为24小时。结束后取样液做活菌培养技术，计算杀菌率。试验重复3次。

结果表明，实施例1-6纳米铜粉制备汽车装饰布对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)和白色念珠菌(ATCC10231)都有着十分优异的杀灭效果，在添加量为3wt％时作用24小时后杀菌率都达到98％以上。杀菌率结果如表1所示。

表1.纳米铜抗菌汽车装饰布杀菌率检测结果