[发明专利]一种高效抗菌剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高效抗菌剂及其制备方法与应用，其中，所述高效抗菌剂的制备方法如下：将氧化石墨烯粉体分散于溶剂中，加入氯化钛粉体，超声搅拌反应，使钛离子与氧化石墨烯上的羧基反应生成[～COO]₄‑Ti键；加入硅烷偶联剂水解液，超声震荡反应，使硅烷偶联剂水解产生的硅醇与氧化石墨烯上的羟基反应生成Si‑O‑C键；将反应生成物进行抽滤、洗涤和冷冻干燥，得到高效抗菌剂。该高效抗菌剂中钛离子和硅烷偶联剂均以化学键的形式与氧化石墨烯结合，由此抗菌剂可通过熔融共混等式应用到各类材料中。该抗菌剂对光能的利用率高，抗菌效果显著，结合基体树脂等组分可制得高效抗菌材料，并可用于制备口罩，赋予口罩高效抗菌特性，提高了口罩的使用安全性。

技术领域

本发明属于呼吸健康防护技术领域，具体涉及一种高效抗菌剂及其制备方法，还涉及该高效抗菌剂在抗菌材料和口罩中的应用。

背景技术

口罩是一种个人呼吸防护用品，可以覆盖佩戴者的口鼻，通过阻挡颗粒物、飞沫、微生物、病毒等来达到避免该类物质被吸入人体而危害人们身体健康的目的。

现有技术中，口罩的主体主要是采用普通石油基聚丙烯无纺布作为最外层和最内层面料，中间过滤层采用聚丙烯熔喷布提供过滤作用，绑带式耳带主要是采用普通石油基聚丙烯无纺布带，挂耳式耳带主要是采用氨纶与锦纶或涤纶的混纺织带。然而，在佩戴上述口罩时，虽然可通过口罩主体将细菌等微生物进行拦截，但是随着佩戴时间的延长，细菌等微生物易在口罩上繁衍滋生，导致摘取口罩时易造成二次污染。

面对该现状，部分技术采用金属氧化物来达到抗菌效果，目前应用较多的是氧化锌。锌抗菌剂是光催化类抗菌剂的一种，其只能吸收自然光中3％～5％的紫外部分光，因此其抗菌性能有限，而且纳米氧化锌有脱落后吸入人体的风险，其生物安全性还没有得到充分验证。因此，亟需开发一种高效、安全的抗菌剂和口罩产品。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高效抗菌剂及其制备方法与应用。

为达到其目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高效抗菌剂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯粉体均匀分散于溶剂中，加入氯化钛粉体，超声搅拌反应，使钛离子与氧化石墨烯上的羧基反应生成[～COO]₄-Ti键；

(2)向步骤(1)的反应体系中加入硅烷偶联剂水解液，超声震荡反应，使硅烷偶联剂水解产生的硅醇与氧化石墨烯上的羟基反应生成Si-O-C键；

(3)将步骤(2)的反应生成物进行抽滤、洗涤和冷冻干燥，得到负载钛离子的硅烷偶联剂改性氧化石墨烯，即为所述高效抗菌剂。

钛具有较好的生物相容性，主要依靠光敏作用进行抗菌，但是钛的光能利用率较低，导致其抗菌效果有限。而石墨烯对可见光和近红外光均有很高的吸收率，为此，本发明通过化学键结合的形式将钛离子负载到氧化石墨烯上，通过氧化石墨烯吸收光能，并利用其高导电能力将吸收的光能传递给钛，从而提高了钛的抗菌效果，该负载方式还避免了金属氧化物脱落的风险发生。另外，氧化石墨烯自身具有一定的抗菌作用，可进一步提高抗菌剂的抗菌性。

同时，本发明还通过化学键结合的形式将硅烷偶联剂与氧化石墨烯结合，从而实现对氧化石墨烯进行改性，提高氧化石墨烯的分散性以及与聚合物的相容性，使所述高效抗菌剂可充分均匀分散并充分发挥抗菌作用，还可改善聚合物的力学性能。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中采用的溶剂为无水乙醇或pH值为3～6的盐酸溶液。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中超声搅拌反应的时间为30～60min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中超声震荡反应的温度为30～80℃，时间为30～60min。