[发明专利]一种壳聚糖/纳米TiO2复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及抗菌复合材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖/纳米TiO₂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰化处理后的产物，通常将脱乙酰度大于55％的甲壳素称作壳聚糖，其学名为聚氨基葡萄糖，化学名(1，4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，广泛存在于虾、蟹等动物外壳和藻类、真菌的细胞壁中。壳聚糖具有良好的生物相溶性，可生物降解性以及无毒副作用，其分子内含有-OH和-NH₂-活性基团，易与多种有机物发生反应，目前广泛应用在工业、农业、医药、化工、环境保护和水处理等领域。

壳聚糖是一种抗菌谱较广的天然物质，对细菌、酵母菌和真菌等均有不同程度的抑制作用(Li et al.2008，2010a，b，2011a，b；Fang et al.2010；Lou et al.2011；Algam et al.2011)。壳聚糖因其抗微生物活性已经被用于食品储藏(Rhoades et al.2000；Dutta et al.2009)，绷带制造(Ueno et al.2001)和抗菌纺织材料(Takai et al.2002)上。壳聚糖在农业方面的应用主要是作为抗菌剂防治作物的病害，能防治多种真菌病害如芹菜枯萎病(Bell et al.1998)，玫瑰花白粉病、霜霉病和灰霉病(Ben et al.2003；Wojdyla 2001)，番茄疫病(Atia et al.2005)，辣椒炭疽病(Photchanachai et al.2006)，也能防治细菌病害如一品红叶斑病(Li et al.2008)等。

TiO₂是目前最常用的光催化型抗菌剂，尤其是锐矿型TiO₂。TiO₂为无机成分，无毒、无味、无刺激性；热稳定性与耐热性好；自身为白色，且高温不变色、不分解；并且有即效性好、抗菌能力强、抗菌谱广、抗菌效果持久等优点。目前常用的TiO₂抗菌剂多为超细的TiO₂抗菌剂，效果更佳的是处于纳米级的TiO₂抗菌剂。目前已在卫生保健，污水处理以及纺织行业等许多领域得到应用。

壳聚糖和纳米TiO₂在抑菌、抗菌方面有着各自独特的优良特性，因此对二者的研究和应用越来越多，但二者在单独使用时还存在不足：壳聚糖作为抗菌剂添加到织物时，其微粒被包复在纤维芯部，有时会改变原有纤维的强度，拉力，弹力等性质，甚至使衣物出现发粘，变色的缺陷。纳米TiO₂要经过紫外光照射才能发挥光催化杀菌作用，且纯纳米TiO₂光催化效率较低。考虑到壳聚糖和纳米TiO₂均有抑菌，抗菌作用，将二者复合形成的复合材料可能同时具备二者的优良性能，并可能克服单独使用时存在的缺点。

公告号CN101210081B的发明专利公开了一种壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备方法，它是将壳聚糖溶解在含醋酸的胶体二氧化钛溶液内或将壳聚糖用醋酸溶解后再与胶体二氧化钛溶液混合，通过搅拌，使壳聚糖均匀分散在TiO₂胶体溶液内，从而得到均匀的壳聚糖/TiO₂混合溶液；混合液内壳聚糖的质量百分比为1～10％，TiO₂的质量百分比为0.5～20％；混合液体经脱气后进行固结制成壳聚糖/二氧化钛复合材料。该制备方法简单，原料价廉，来源丰富，TiO₂以纳米尺寸均匀分布在复合材料内，但也存在一些不足：(1)步骤较多，需要制备胶体TiO₂；且制备胶体TiO₂过程中要用到浓硝酸或浓硫酸，安全性不高；(2)壳聚糖/TiO₂混合液中壳聚糖的质量百分比为1-10％，TiO₂的质量百分比为0.5-20％，原料用量较大；(3)所制得的复合材料对真菌有良好的抑制作用，但未公开对细菌等其它微生物的抑制效果。