一種新型碳納米管抗菌涂料及其制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種抗菌涂料之組分及其配置方法的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型碳納米管抗菌涂料及其制作工藝，該涂料通過特殊組分的研發(fā)以及制作，具備顯著的抗菌和環(huán)境保護(hù)效果，該特性可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、家庭及其人群眾多的環(huán)境之中，例如各建材扶手、門窗、散熱片等容易滋生細(xì)菌的地方。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，該特殊結(jié)構(gòu)徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上處于封閉狀態(tài)，碳納米管因其小尺寸效應(yīng)和獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，一維分子材料和六邊形完美連接結(jié)構(gòu)使碳納米管具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)；較大長(zhǎng)徑比及sp2、sp3雜化幾率的不同使碳納米管具有優(yōu)良的彈性；直徑、螺旋角以及層間作用力等存在的差異使碳納米管兼具導(dǎo)體和半導(dǎo)體的特性；獨(dú)特的螺旋狀分子結(jié)構(gòu)使碳納米管構(gòu)筑的吸波材料具有比一般吸收材料高得多的吸收率，此外，碳納米管還具有獨(dú)特的光學(xué)性能，良好的熱傳導(dǎo)性，極高的耐酸、堿性和熱穩(wěn)定性；
[0003]近年來，新型納米材料和納米技術(shù)在涂料工業(yè)中獲得了大量應(yīng)用，為提高涂料性能和賦予其特殊功能開辟了一條新途徑，作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图{米材料，碳納米管具有金屬或半導(dǎo)體的導(dǎo)電性、極高的機(jī)械強(qiáng)度、儲(chǔ)氫能力、吸附能力和較強(qiáng)的微波吸收能力等特性，將其應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，可使傳統(tǒng)涂層的性能得到質(zhì)的飛躍，并能賦予涂料以新的生命；2007年，耶魯大學(xué)E1教授實(shí)驗(yàn)室從碳納米管的生物毒性結(jié)果中得到啟發(fā)，研究了單壁碳納米管與細(xì)菌的相互作用，結(jié)果令人振奮，單壁碳納米管表現(xiàn)了很好的抗菌性能，隨后，該實(shí)驗(yàn)室又對(duì)碳納米管抗菌性展開了一系列深入的研究，結(jié)果表明，無論在制備膜上還是在懸浮液中，單壁碳納米管的直徑和長(zhǎng)度都較多壁碳納米管小，并且表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗菌活性，因?yàn)?
[0004]1、小直徑的碳納米管有利于穿透細(xì)菌細(xì)胞壁；
[0005]2、比表面積大的碳納米管更易與細(xì)菌的細(xì)胞表面發(fā)生相互作用；
[0006]3、獨(dú)特的化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)可以傳遞更多的化學(xué)反應(yīng)。
[0007]碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)表明，碳納米管的抑菌性與其尺寸和比表面積密切相關(guān)，隨著碳納米管尺寸的減小，比表面積逐漸增大，細(xì)菌與其直接接觸并攝入的可能性也隨之增大，因而顯示出更強(qiáng)的抗菌性能；
[0008]但是，由于碳納米管質(zhì)量輕，可以在空氣中傳播，尤其是可以吸入肺部沉積，從而能造成對(duì)肺部的不利影響，這引起了人們對(duì)碳納米管的生物效應(yīng)和安全性的高度重視，目前為止國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多位學(xué)者闡述了關(guān)于碳納米管的毒理學(xué)研究，碳納米管對(duì)于體外細(xì)胞和體內(nèi)細(xì)胞均有一定的毒性作用，生物毒性的主要原因是氧化應(yīng)激，即碳納米管的電子活性點(diǎn)(受電子或給電子基團(tuán))能和氧分子發(fā)生相互作用形成超氧陰離子等一些氧自由基，再通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生額外的的活性氧(R0S)，產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致體內(nèi)氧化-抗氧化拮抗體系失衡，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或組織發(fā)生急慢性炎癥反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是，提供一種新型碳納米管抗菌涂料及其制作工藝，該發(fā)明充分發(fā)揮了碳納米管的各項(xiàng)長(zhǎng)處，解決了傳統(tǒng)碳納米管使用過程中的生物毒性以及漂浮性問題，本發(fā)明開發(fā)出來的新型的、非抗生素應(yīng)用狀態(tài)下的抗菌涂料，還很好的解決了當(dāng)今抗生素濫用狀態(tài)下超級(jí)細(xì)菌的產(chǎn)生和普通細(xì)菌的抗藥性的問題，而且通過涂料的特殊制作工藝，大大增強(qiáng)了該涂料在常規(guī)條件下的抗菌效果；
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型碳納米管抗菌涂料及其制作工藝，其中：
[0011]—種新型碳納米管抗菌涂料，包括：環(huán)保涂料、碳納米管、多肽分子和紅外線吸收劑；
[0012]—種優(yōu)選實(shí)施例，所述環(huán)保涂料為硅藻泥涂料系列，通過涂料的固定方式會(huì)很輕易的將可能懸浮狀態(tài)的碳納米管進(jìn)行有效的涂覆固定，避免了其在空氣中的傳播對(duì)人類肺部健康所造成的損害；
[0013]所述硅藻泥具備獨(dú)特的“分子篩”結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的物理吸附性和離子交換功能，可以有效去除空氣中的游離甲醛、苯、氨等有害物質(zhì)及因?qū)櫸?、吸煙、垃圾所產(chǎn)生的氣味，凈化室內(nèi)空氣；
[0014]一種優(yōu)選實(shí)施例，所述碳納米管為單壁碳納米管；
[0015]經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選用單壁碳納米管的制作產(chǎn)品的穩(wěn)定性及抗菌效果都是最佳，下面細(xì)介紹單壁碳納米管的優(yōu)勢(shì)所在；
[0016]碳納米管可以看成是石墨烯片層卷曲而成，因此按照石墨烯片的層數(shù)可分為：?jiǎn)伪谔技{米管和多壁碳納米管，多壁管在開始形成的時(shí)候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性；
[0017]所述單壁碳納米管直徑一般在0. 6-2nm，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，本發(fā)明優(yōu)選直徑為lnm的單壁碳納米管，此種直徑的碳納米管經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，具備更好的殺菌效果；
[0018]—種優(yōu)選實(shí)施例，所述多肽分子為人工合成多肽分子；
[0019]當(dāng)昆蟲受到外界環(huán)境刺激時(shí)產(chǎn)生大量的具有抗菌活性的陽離子多肽，已篩選出百余種抗菌肽，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，多個(gè)抗菌肽不僅有很強(qiáng)的殺菌能力還能殺死腫瘤細(xì)胞，例如，從蠶體內(nèi)篩選的抗菌肽D表現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景，并能利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)，但自然多肽獲取量低，不適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，故本發(fā)明優(yōu)選采用人工合成多肽分子；
[0020]作為一種舉例說明，所述紅外線吸收劑為吸收波段在750 - lOOOnm.該吸收劑采用離子晶體作為主體，能聚攏自然環(huán)境中物體表面發(fā)出的紅外觀線或者直接采用特殊設(shè)備照射的紅外光線，離子晶體中的長(zhǎng)光學(xué)波由于產(chǎn)生了一定的電偶極矩，具備強(qiáng)烈地吸納聚攏遠(yuǎn)紅外光[吸收系數(shù)可達(dá)10cm]的作用，離子晶體中的自由載流子在能帶內(nèi)各個(gè)能級(jí)之間的躍迀也可吸納聚攏紅外光；
[0021]作為一種舉例說明，所述離子晶體是由正、負(fù)離子或正、負(fù)離子集團(tuán)按一定比例通過離子鍵結(jié)合形成的晶體，所述離子晶體硬而脆，通常具有較高的熔沸點(diǎn)，熔融或溶解時(shí)可以導(dǎo)電；
[0022]本發(fā)明將多肽分子加入到本發(fā)明之碳納米管抗菌涂料中，通過所述離子晶體對(duì)紅外線的采集，大大增強(qiáng)了該抗菌涂料在自然環(huán)境和特殊設(shè)備紅外光照射下，對(duì)有害細(xì)菌蛋白質(zhì)的吸附能力，例如炭疽桿菌、癌細(xì)胞等，這些細(xì)菌被吸附后將被殺死，而周圍的有益活體組織不會(huì)受到影響，因?yàn)槎嚯姆肿泳邆溥x擇性粘附能力，這就很好的避免了碳納米管對(duì)人體和動(dòng)物表皮接觸式的傷害；
[0023]—種優(yōu)選實(shí)施例，所述本發(fā)明之一種新型碳納米管抗菌涂料按質(zhì)量百分比的添加量分別是:85%的環(huán)保涂料、5%的碳納米管、3%的多肽分子和7%的紅外線吸收劑；此種配制是經(jīng)過多次試驗(yàn)后選擇的最優(yōu)結(jié)果，即達(dá)到本發(fā)明目的之最佳配比；
[0024]—種新型碳納米管抗菌涂料的制作工藝，包括如下步驟:
[0025]步驟一、通過攪拌裝置的底部，向裝有環(huán)保涂料的攪拌裝置內(nèi)緩慢推入碳納米管；
[0026]此舉通過從環(huán)保涂料液體的底部由下至上的加入所述碳納米管，可以很好的避免所述碳納米管對(duì)環(huán)境的外泄，使得所述碳納米管可以更好的融入所述環(huán)保涂料中；
[0027]步驟二、開啟所述攪拌裝置中的攪拌器，并緩緩加入多肽分子；
[0028]作為一種舉例說明，所述步驟二中的攪拌器攪拌時(shí)間為10分鐘，攪拌條件為常溫和常壓；
[0029]作為一種舉例說明，所述步驟二中的攪拌器先是順時(shí)針方向攪拌5分鐘，然后逆時(shí)針方向攪拌五分鐘，通過控制攪拌器的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到最佳的均勻攪拌效果；
[0030]步驟三、對(duì)按步驟二中的操作規(guī)定完成的所述攪拌裝置中緩緩加入紅外線吸收劑，并繼續(xù)攪拌20分鐘；
[0031]作為一種舉例說明，所述步驟三中的攪拌條件為常溫、常壓以及避光；
[0032]作為一種舉例說明，所述步驟三中的攪拌器先是順時(shí)針方向攪拌10分鐘，然后再逆時(shí)針方向攪拌10分鐘，通過控制攪拌器的正反轉(zhuǎn)來達(dá)到最佳的均勻攪拌效果；
[0033]步驟四、對(duì)涂料進(jìn)行密封、避光包裝、生產(chǎn)完畢；
[0034]實(shí)驗(yàn)證明，碳納米管與所述紅外線吸收劑的配合，能夠更好的增加普通環(huán)境下的抗菌效果，無需特殊的紅外光發(fā)生器的照射；而且實(shí)驗(yàn)證明，延長(zhǎng)細(xì)菌與碳納米管的接觸時(shí)間能增強(qiáng)碳納米管的抗菌性能，在一定條件下，碳納米管與細(xì)菌作用時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)菌死亡率越高，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更能證明本發(fā)明之抗菌涂料的優(yōu)越性和環(huán)保性，涂料具備大面積、長(zhǎng)時(shí)間接觸外部的各種條件，應(yīng)用于抗菌領(lǐng)域，前景十分廣闊；
[0035]作為一種舉例說明，所述碳納米管可以采用石墨電弧法、催化裂解法、離子蒸發(fā)法或激光蒸發(fā)法制作而成；
[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037]1、該發(fā)明解決了傳統(tǒng)制備工藝所制造出的涂料不具備抗菌效果的不足，開拓了涂料界的新領(lǐng)域；
[0038]2、拓寬了碳納米管的使用領(lǐng)域，降低了其對(duì)人體肺部以及皮膚的傷害，在抗菌的同時(shí)，降低了抗生素的濫用對(duì)人體和未來的風(fēng)險(xiǎn)；<