[发明专利]一种抗菌涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种抗菌涂层及其制备方法与应用，涉及抗菌涂层技术领域。本发明所述抗菌涂层包含如下成分：壳聚糖、单宁酸、锌纳米粒子、铜纳米粒子、增粘剂和有机溶剂；所述壳聚糖与单宁酸的质量比为50‑95:5‑50；以壳聚糖和单宁酸的总质量计，所述锌纳米粒子与铜纳米粒子总的质量分数为1‑5％；所述增粘剂的质量分数为0.5‑3％；所述有机溶剂的质量分数为10‑30％。本发明所述抗菌涂层具有良好的抗菌性能，同时，涂层的稳定性较高，可持久抗菌。

技术领域

本发明涉及抗菌涂层技术领域，尤其涉及一种抗菌涂层及其制备方法与应用。

背景技术

随着塑料制品的大规模应用，消费者对于塑料制品的抗菌性能要求也越来越高，抗菌材料的应用已逐渐成为家居制品使用的新趋势。设计有效方法构建具有抗菌功能的表面涂层具有重要的现实意义。

抗菌涂层是指通过对材料进行表面改性，在不改变材料本体性能的前提下，赋予其抑制表面菌体滋生或直接对病菌具有杀灭功能的一类涂层材料。根据作用机制的不同可将抗菌涂层分为四类：接触式抗菌涂层、抗黏附抑菌涂层、抗黏附杀菌涂层以及智能抗菌涂层。接触式抗菌涂层是研究最早的一类抗菌涂层，是通过将具有抗菌功能的有机分子或无机抗菌材料直接固定到材料表面，当细菌和真菌接触材料后，表面抗菌分子采取化学机制或物理机制杀灭接触材料的病菌。

有机抗菌剂的优点是初始杀菌能力强、杀菌即效和抗菌广谱性好，技术成熟、价格也相对便宜；缺点是化学稳定性差、不耐热、容易挥发，难以实现长效杀菌。有机抗菌剂中的天然抗菌剂壳聚糖是自然界中唯一存在的碱性聚多糖，与合成高分子材料相比，其不但具有来源广泛、价格低廉、性质稳定、无刺激、无致敏及无突变等特性，且具有良好的成膜性和抗菌性。目前壳聚糖主要是以分子链的形式用于涂层材料中，由于壳聚糖分子链间的相互力较强，涂层制备过程中分子链间阻力较大，因而易导致形成的涂层不均匀。

单宁酸是一种水溶性树枝状多酚，具有天然抗菌性能。其分子中含有大量的酚羟基基团，能够与基体表面相互作用，增加与基体间的黏结性。但由于单宁酸分子中含有较多的刚性苯环结构，单独使用成膜性不理想，限制了其在涂层中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种抗菌性良好，并且稳定性好、使用方便的抗菌涂层及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种抗菌涂层，所述抗菌涂层包含如下成分：壳聚糖、单宁酸、锌纳米粒子、铜纳米粒子、增粘剂和有机溶剂；所述壳聚糖与单宁酸的质量比为50-95:5-50；以壳聚糖和单宁酸的总质量计，所述锌纳米粒子与铜纳米粒子总的质量分数为1-5％；所述增粘剂的质量分数为0.5-3％；所述有机溶剂的质量分数为10-30％。

壳聚糖在溶液中荷正电，与表面荷负电的细菌通过静电作用相互结合，改变细菌细胞膜上的通透性，造成大量胞内营养物质外漏，破坏细胞膜，从而杀死细菌。单宁酸由于具有较多的邻苯二酚结构而具备较强的吸附能力，相比于其他含有邻苯二酚的多酚配体，其吸附能力更强。锌纳米粒子对微生物的细胞膜具有极强的穿透能力，可以直接穿透细胞核，干扰DNA，因而使微生物很少产生耐药性，具有长效抗菌、无毒无残留的特点；铜纳米粒子在一定湿度有氧条件下会发生化学反应，产生羟基自由基和活性氧离子，二者均具有很强的氧化能力，可以破坏微生物细胞增殖能力，从而抑制及杀灭微生物。将有机抗菌剂壳聚糖、单宁酸和无机抗菌剂锌纳米粒子和铜纳米粒子复配可以极大地提升抗菌涂层的抗菌能力以及抗菌持久性。

优选地，所述锌纳米粒子与铜纳米粒子的质量比为1:0.25-4，当两种无机抗菌材料的质量比符合上述限定时，制备的抗菌涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率可达到80％以上。

进一步优选地，所述锌纳米粒子与铜纳米粒子的质量比为1:0.65-1.5，当两者的质量比符合上述限定时，抗菌涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率可达到85％以上。

优选地，所述壳聚糖包含β-1,4-聚-葡萄糖胺、羧甲基壳聚糖中的至少一种。