本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種微磁電離子抗菌劑及其制備方法、抗菌高分子材料。
背景技術(shù)：
高分子材料在我們的生活中無處不在，同樣細(xì)菌也嚴(yán)重威脅著人類的生命財產(chǎn)安全，每年有大約1700多萬人死于細(xì)菌感染。針對細(xì)菌越演越烈的這種情況，人們在研究過程中發(fā)現(xiàn)了可以添加進(jìn)高分子材料中的抗菌劑，這些抗菌劑對細(xì)菌有顯著的預(yù)防抵制作用，但這些抗菌劑中有的抗菌劑的抗菌活性卻存在問題。第一種是人們發(fā)現(xiàn)帶有長鏈烷基的季銨鹽基團(tuán)具有很強的抗菌性能，但是有機小分子抗菌劑存在易揮發(fā)、不易加工、化學(xué)穩(wěn)定性差等缺點，而小分子抗菌劑會滲透進(jìn)人的皮膚，給人來生命安全帶來更大隱患。第二種是季膦鹽類中陽離子和分離子對聚季膦鹽抗菌活性有很大影響，若形成離子相對緊密的化合物，其抗菌性能就會降低。第三種是有機錫類的抗菌劑。研究顯示，含有機錫抗菌團(tuán)的抗菌劑對于革蘭氏陰性細(xì)胞的殺滅率較低，在單體共聚后，會導(dǎo)致抗菌基因團(tuán)濃度的下降，抗菌活性也跟著下降。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供高效抗菌的微磁電離子抗菌劑。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
一種微磁電離子抗菌劑，包括下列重量份組成：
sio2：10～25份
鎂粉：1～5份
稀土材料：0.1～2份
銅粉：1～8份
鋇鐵氧體：0.1～2份。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述稀土材料為稀土氧化物。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述稀土材料為氧化鈰、氧化釔中至少一種。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
還包括有：
二氧化鋇：0.1～2份。
微磁電離子抗菌劑的制備方法：
步驟一：稱取二氧化硅粉體，溶于水中配成懸浮液，并進(jìn)行攪拌；
步驟二：當(dāng)ph達(dá)到6時，稱取鎂粉用去離子水配成溶液，加入上述二氧化硅懸浮液中，高速攪拌；
步驟三：稱取銅粉，用去離子水配成溶液，緩慢滴入上述sio2懸浮液中，攪拌；
步驟四：最后稱取稀土材料和鋇鐵氧體，滴加硝酸鐵溶液后，再繼續(xù)攪拌30min，之后再加入少量銅粉，攪拌得a；
步驟五：將鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸配成溶液，放入攪拌器上攪拌得b；
步驟六：將a轉(zhuǎn)移到溫度60～85℃的水浴容器中，保溫約10分鐘左右；在攪拌條件下，將b滴加入a中，待滴加完畢后，再升溫，攪拌陳化；
步驟七：將取出的二氧化鈦包覆的溶膠體系放入烘箱中，烘干；
步驟八：取出步驟七中的固體，進(jìn)行研磨后，再放入馬弗爐中進(jìn)行粉體的焙燒；
步驟九：取焙燒物經(jīng)研磨得抗菌粉體。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述步驟五中：鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸的質(zhì)量比為1∶1∶2。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述步驟六中b滴加入a的速度為10滴/秒，再升溫過程中升溫至80℃左右。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述步驟四中，硝酸鐵溶液濃度為5％，用量為15ml。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述步驟五中，攪拌的在恒溫條件下進(jìn)行，恒溫溫度為60～80攝氏度。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
所述步驟八中，焙燒溫度為300～700℃。
微磁電無機抗菌高分子材料利用離子抗菌原理和微磁電場技術(shù)原理，形成了一種新型高效高分子抗菌添加材料。有效的提高了高分子材料的抗菌性能和使用壽命，避免了傳統(tǒng)高分子抗菌材料的抗菌性低下、使用壽命低和溫度依賴性太強等問題，使一般的高分子材料符合了更為廣泛的應(yīng)用需求。
離子抗菌技術(shù)與普通的抗菌技術(shù)不同就在于離子材料的抗菌作用對微生物的生命活力所產(chǎn)生的不良影響和后果。這些不良影響和后果，最集中的表現(xiàn)就是影響微生物的生長、繁殖以致死亡。也就是抑制微生物的生長、繁殖或殺死微生物的作用?？咕牧虾臀⑸镏g的關(guān)系可看作微生物與環(huán)境的關(guān)系，特別是對微生物有毒性的環(huán)境，離子抗菌劑作用機理有以下幾個方面：
1、干擾細(xì)胞壁的合成。細(xì)菌細(xì)胞壁重要組分為肽聚糖，離子抗菌劑對細(xì)胞壁的干擾作用，主要抑制多糖鏈與四肽交聯(lián)有連結(jié)，從而使細(xì)胞壁失去完整性，失去了對滲透壓的保護(hù)作用，損害菌體而死亡。
2、可損傷細(xì)胞膜。細(xì)胞膜是細(xì)菌細(xì)胞生命活動重要的組成部分。因此，如細(xì)胞膜受損傷、破壞，將導(dǎo)致細(xì)菌死亡。
3、抑制蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的合成過程變更、停止、使細(xì)菌死亡。
4、干擾核酸的合成?？偟恼f是阻礙遺傳信息的復(fù)制，包括dna、rna的合成，以及dna模板轉(zhuǎn)錄mrna等。
本發(fā)明通過磁場加強了復(fù)合金屬離子的電離活性和強度，有效的提高了抗菌滅菌性能，有效的防止細(xì)菌的滋生。在添加入高分子材料中之后，能夠有效提高高分子材料的抗菌性能。
優(yōu)點：1.微磁電離子抗菌高分子材料通過離子抗菌的方法來提高抗菌能力。針對上述三種抗菌劑出現(xiàn)的問題，微磁電離子抗菌高分子材料在磁電的基礎(chǔ)上，通過離子抗菌的手段，吸附交換各種離子，穩(wěn)定了r1鏈的長短，將其控制在可控范圍內(nèi)，使抗菌性達(dá)到最活躍的狀態(tài)。而對于離子出現(xiàn)緊密的狀態(tài)造成抗菌活性差的問題，在離子交換中可以將單個的季膦鹽單體含量提高以提高抗菌活性。而離子單體共聚可以使用離子交換法來打破這種局面，并且可以添加各種對人體無害的離子來使抗菌性能提高。
2.微磁電離子抗菌高分子材料可以有效抑制細(xì)菌生長。離子交換可以抑制細(xì)菌細(xì)胞壁中重要的組分部為肽聚糖中的多糖鏈與四肽交聯(lián)連接，從而使細(xì)胞壁失去完整性，也就失去了對滲透壓的保護(hù)作用，直至損害菌體而死亡。
對于細(xì)菌來說，細(xì)胞膜是其生命活動重要的組成部分。離子交換法使細(xì)菌細(xì)胞膜受損傷、破壞，這將導(dǎo)致細(xì)菌直接死亡。
蛋白質(zhì)對于細(xì)菌來說是物質(zhì)基礎(chǔ)，是有機大分子，是構(gòu)成細(xì)胞的基本有機物，是生命活動的主要承擔(dān)者。沒有蛋白質(zhì)就沒有生命，而離子交換法破環(huán)了蛋白質(zhì)的合成過程，使整個過程變更或者停止，這樣細(xì)菌就停止生長或者死亡。
3.微磁電離子抗菌高分子材料的使用壽命長。材料的使用壽命一般和抗氧化直接相關(guān)，抗氧化能力越好，使用壽命就越長；反之則相反。而微磁電離子抗菌高分子材料的抗氧化加強是通過離子抗菌的技術(shù)來實現(xiàn)的，加強了耐氧化性，會讓其在一定時間內(nèi)保持其固有的屬性，不被氧化，延長其使用壽命。而且離子交換可以加入抗氧化的離子，使材料隔絕氧氣，提升材料的抗氧化，增加使用壽命。所以對比于其他的材料，微磁電離子抗菌高分子材料的使用壽命會比較長。
具體實施方式
實施例一：
包括下列重量份組成：
sio2：10份
鎂粉：3份
氧化鈰：2份
銅粉：5份
鋇鐵氧體：0.5份。
稱取二氧化硅粉體，溶于200ml水中配成懸浮液，以200r/min的速度攪拌30min，此時ph＝6。再精確稱取鎂粉(精確至0.0002g)，用去離子水配成50ml溶液，加入上述二氧化硅懸浮液中，高速攪拌30min。再精確稱取銅粉2g，用去離子水配成50ml溶液，緩慢滴入上述sio2懸浮液中，中速攪拌，最后稱氧化鈰和鋇鐵氧體，加入溶液濃度為5％硝酸鐵溶液15ml，待硝酸鐵溶液滴加完畢后，再繼續(xù)攪拌30min，之后再加入3g銅粉，攪拌10min得a；
同時將鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒溫80℃電磁攪拌器上攪拌約1h得b；將a轉(zhuǎn)移到溫度80攝氏度的水浴三口瓶中，保溫約10分鐘左右；在攪拌條件下，將b以極緩慢速度(約10滴/min)滴加入a中，待滴加完畢后，再升溫至80度，攪拌陳化半個小時。將取出的二氧化鈦包覆的溶膠體系放入烘箱中，在120℃下干燥8小時。取出研磨后，再放入馬弗爐中升溫保溫程序500℃進(jìn)行粉體的焙燒，取出經(jīng)研磨得抗菌粉體。
實施例二：
包括下列重量份組成：
sio2：15份
鎂粉：5份
氧化鈰：1份
銅粉：2份
鋇鐵氧體：1份。
稱取二氧化硅粉體，溶于200ml水中配成懸浮液，以200r/min的速度攪拌30min，此時ph＝6。再精確稱取鎂粉(精確至0.0002g)，用去離子水配成50ml溶液，加入上述二氧化硅懸浮液中，高速攪拌30min。再精確稱取銅粉1g，用去離子水配成50ml溶液，緩慢滴入上述si02懸浮液中，中速攪拌，最后稱氧化鈰和鋇鐵氧體，加入溶液濃度為5％硝酸鐵溶液15ml，待硝酸鐵溶液滴加完畢后，再繼續(xù)攪拌30min，之后再加入1g銅粉，攪拌10min得a；
同時將鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒溫80℃電磁攪拌器上攪拌約1h得b；將a轉(zhuǎn)移到溫度80攝氏度的水浴三口瓶中，保溫約10分鐘左右；在攪拌條件下，將b以極緩慢速度(約10滴/min)滴加入a中，待滴加完畢后，再升溫至80度，攪拌陳化半個小時。將取出的二氧化鈦包覆的溶膠體系放入烘箱中，在120℃下干燥8小時。取出研磨后，再放入馬弗爐中升溫保溫程序300℃進(jìn)行粉體的焙燒，取出經(jīng)研磨得抗菌粉體。
實施例三：
包括下列重量份組成：
sio2：25份
鎂粉：1份
氧化釔：0.5份
銅粉：8份
鋇鐵氧體：2份；
二氧化鋇：1份。
稱取二氧化硅粉體，溶于200ml水中配成懸浮液，以200r/min的速度攪拌30min，此時ph＝6。再精確稱取鎂粉(精確至0.0002g)，用去離子水配成50ml溶液，加入上述二氧化硅懸浮液中，高速攪拌30min。再精確稱取銅粉5g，用去離子水配成50ml溶液，緩慢滴入上述sio2懸浮液中，中速攪拌，最后稱氧化釔、二氧化鋇和鋇鐵氧體，加入溶液濃度為5％硝酸鐵溶液15ml，待硝酸鐵溶液滴加完畢后，再繼續(xù)攪拌30min，之后再加入3g銅粉，攪拌10min得a；
同時將鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒溫80℃電磁攪拌器上攪拌約1h得b；將a轉(zhuǎn)移到溫度80攝氏度的水浴三口瓶中，保溫約10分鐘左右；在攪拌條件下，將b以極緩慢速度(約10滴/min)滴加入a中，待滴加完畢后，再升溫至80度，攪拌陳化半個小時。將取出的二氧化鈦包覆的溶膠體系放入烘箱中，在120℃下干燥8小時。取出研磨后，再放入馬弗爐中升溫保溫程序700℃進(jìn)行粉體的焙燒，取出經(jīng)研磨得抗菌粉體。
實施例四：
包括下列重量份組成：
sio2：20份
鎂粉：4份
氧化釔：2份
銅粉：3份
鋇鐵氧體：2份。
稱取二氧化硅粉體，溶于200ml水中配成懸浮液，以200r/min的速度攪拌30min，此時ph＝6。再精確稱取鎂粉(精確至0.0002g)，用去離子水配成50ml溶液，加入上述二氧化硅懸浮液中，高速攪拌30min。再精確稱取銅粉1g，用去離子水配成50ml溶液，緩慢滴入上述sio2懸浮液中，中速攪拌，最后稱氧化釔和鋇鐵氧體，加入溶液濃度為5％硝酸鐵溶液15ml，待硝酸鐵溶液滴加完畢后，再繼續(xù)攪拌30min，之后再加入2g銅粉，攪拌10min得a；
同時將鈦酸四丁酯、乙醇和冰醋酸按1∶1∶2的比例配成溶液，放入恒溫80℃電磁攪拌器上攪拌約1h得b；將a轉(zhuǎn)移到溫度80攝氏度的水浴三口瓶中，保溫約10分鐘左右；在攪拌條件下，將b以極緩慢速度(約10滴/min)滴加入a中，待滴加完畢后，再升溫至80度，攪拌陳化半個小時。將取出的二氧化鈦包覆的溶膠體系放入烘箱中，在120℃下干燥8小時。取出研磨后，再放入馬弗爐中升溫保溫程序700℃進(jìn)行粉體的焙燒，取出經(jīng)研磨得抗菌粉體。
將實施例中制備的抗菌劑，以1％的含量加入到pvc塑料粒子中混合，通過雙螺桿擠出機混合擠出抗菌pvc顆粒。用于以下實驗：
抗菌性能測試：
準(zhǔn)確稱取0.1g樣品，加入到裝有99ml無菌水的三角瓶中，用超聲波分20min。加入1ml濃度為107cfu/ml菌懸液。另取一個裝有99ml無菌水的三角瓶作為空白對照，只加入1ml菌懸液。將上述三角瓶置于振蕩培養(yǎng)箱，于37℃、200r/min條件下振蕩培養(yǎng)30min。三角瓶中各取0.2ml混合液，適當(dāng)稀釋后，涂布在培養(yǎng)皿上，于35℃下恒溫培養(yǎng)48～72h，進(jìn)行菌落計數(shù)。上述兩組樣品各做3個平行實驗，抗菌率按以下公式計算：r＝[(a-b)/a]*100％
r——抗菌率，
a——空白對照組的平均菌落數(shù)；
b——加入待測抗菌樣品的平均菌落數(shù)。
菌種的選擇上選用金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。
同時將實施例中的pvc抗菌顆粒在紫外燈下照射30分鐘、2小時、24小時模擬日常使用狀態(tài)后，再次進(jìn)行抗菌性能測試。
表一：無紫外燈照射抗菌率
表二：紫外燈照射30分鐘抗菌率
表三：紫外燈照射2小時抗菌率
表四：紫外燈照射24小時抗菌率
微磁電無機抗菌高分子材料利用離子抗菌原理和微磁電場技術(shù)原理，形成了一種新型高效高分子抗菌添加材料。有效的提高了高分子材料的抗菌性能和使用壽命，避免了傳統(tǒng)高分子抗菌材料的抗菌性低下、使用壽命低和溫度依賴性太強等問題，使一般的高分子材料符合了更為廣泛的應(yīng)用需求。
離子抗菌技術(shù)與普通的抗菌技術(shù)不同就在于離子材料的抗菌作用對微生物的生命活力所產(chǎn)生的不良影響和后果。這些不良影響和后果，最集中的表現(xiàn)就是影響微生物的生長、繁殖以致死亡。也就是抑制微生物的生長、繁殖或殺死微生物的作用?？咕牧虾臀⑸镏g的關(guān)系可看作微生物與環(huán)境的關(guān)系，特別是對微生物有毒性的環(huán)境，離子抗菌劑作用機理有以下幾個方面：
1、干擾細(xì)胞壁的合成。細(xì)菌細(xì)胞壁重要組分為肽聚糖，離子抗菌劑對細(xì)胞壁的干擾作用，主要抑制多糖鏈與四肽交聯(lián)有連結(jié)，從而使細(xì)胞壁失去完整性，失去了對滲透壓的保護(hù)作用，損害菌體而死亡。
2、可損傷細(xì)胞膜。細(xì)胞膜是細(xì)菌細(xì)胞生命活動重要的組成部分。因此，如細(xì)胞膜受損傷、破壞，將導(dǎo)致細(xì)菌死亡。
3、抑制蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的合成過程變更、停止、使細(xì)菌死亡。
4、干擾核酸的合成?？偟恼f是阻礙遺傳信息的復(fù)制，包括dna、rna的合成，以及dna模板轉(zhuǎn)錄mrna等。
本發(fā)明通過磁場加強了復(fù)合金屬離子的電離活性和強度，有效的提高了抗菌滅菌性能，有效的防止細(xì)菌的滋生。在添加入高分子材料中之后，能夠有效提高高分子材料的抗菌性能。
優(yōu)點：1.微磁電離子抗菌高分子材料通過離子抗菌的方法來提高抗菌能力。針對上述三種抗菌劑出現(xiàn)的問題，微磁電離子抗菌高分子材料在磁電的基礎(chǔ)上，通過離子抗菌的手段，吸附交換各種離子，穩(wěn)定了r1鏈的長短，將其控制在可控范圍內(nèi)，使抗菌性達(dá)到最活躍的狀態(tài)。而對于離子出現(xiàn)緊密的狀態(tài)造成抗菌活性差的問題，在離子交換中可以將單個的季膦鹽單體含量提高以提高抗菌活性。而離子單體共聚可以使用離子交換法來打破這種局面，并且可以添加各種對人體無害的離子來使抗菌性能提高。
2.微磁電離子抗菌高分子材料可以有效抑制細(xì)菌生長。離子交換可以抑制細(xì)菌細(xì)胞壁中重要的組分部為肽聚糖中的多糖鏈與四肽交聯(lián)連接，從而使細(xì)胞壁失去完整性，也就失去了對滲透壓的保護(hù)作用，直至損害菌體而死亡。
對于細(xì)菌來說，細(xì)胞膜是其生命活動重要的組成部分。離子交換法使細(xì)菌細(xì)胞膜受損傷、破壞，這將導(dǎo)致細(xì)菌直接死亡。
蛋白質(zhì)對于細(xì)菌來說是物質(zhì)基礎(chǔ)，是有機大分子，是構(gòu)成細(xì)胞的基本有機物，是生命活動的主要承擔(dān)者。沒有蛋白質(zhì)就沒有生命，而離子交換法破環(huán)了蛋白質(zhì)的合成過程，使整個過程變更或者停止，這樣細(xì)菌就停止生長或者死亡。
3.微磁電離子抗菌高分子材料的使用壽命長。材料的使用壽命一般和抗氧化直接相關(guān)，抗氧化能力越好，使用壽命就越長；反之則相反。而微磁電離子抗菌高分子材料的抗氧化加強是通過離子抗菌的技術(shù)來實現(xiàn)的，加強了耐氧化性，會讓其在一定時間內(nèi)保持其固有的屬性，不被氧化，延長其使用壽命。而且離子交換可以加入抗氧化的離子，使材料隔絕氧氣，提升材料的抗氧化，增加使用壽命。所以對比于其他的材料，微磁電離子抗菌高分子材料的使用壽命會比較長。
通過本發(fā)明制備的抗菌劑，在高分子材料的應(yīng)用中，具有較好的抗菌效果的同時，還能夠保證在長期使用環(huán)境中，仍然能夠保持其抗菌效果。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。