本發(fā)明涉及抗菌材料領域，尤其涉及一種多元離子抗菌材料。
背景技術：
高分子材料在我們的生活中無處不在，同樣細菌也嚴重威脅著人類的生命財產安全，每年有大約1700多萬人死于細菌感染。針對細菌越演越烈的這種情況，人們在研究過程中發(fā)現(xiàn)了可以在高分子材料中添加抗菌劑，這些抗菌劑對細菌有顯著的預防抵制作用，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：人們發(fā)現(xiàn)帶有長鏈烷基的季銨鹽基團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、化學穩(wěn)定性差等缺點，而且小分子抗菌劑會滲透進人體皮膚，給人的生命安全帶來更大隱患。
如申請?zhí)枮?01210313532.1的中國專利公開了一種抗菌高分子材料，由以下重量份數(shù)的成份組成：50-60份聚對苯二甲酸乙二酯，5-10份抗菌劑，0.5-1.5份氧化聚乙烯，1-3份聚丁二醇，0.5-0.8份抗氧劑168。本發(fā)明的抗菌劑為異噻唑酮衍生物或季銨鹽類。
第二種：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：有機錫類的抗菌劑。研究顯示，含有機錫抗菌團的抗菌劑對于革蘭氏陰性細胞的殺滅率較低，在單體共聚后，會導致抗菌基因團濃度的下降，抗菌活性也跟著下降。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種多元離子抗菌材料。本發(fā)明制得的多元離子抗菌材料能夠克服上述缺點，本發(fā)明的多元離子抗菌材料利用離子抗菌原理和微磁電場技術原理，穩(wěn)定性好，抗菌活性高，且具有吸附能力；能夠有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用壽命，避免了傳統(tǒng)高分子中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。
本發(fā)明的具體技術方案為：一種多元離子抗菌材料，由以下方法制得：
(1)先按質量比0.5-0.6:1將二氧化硅與水混合，再將其加入到0.4-0.6倍質量的水中，攪拌得到懸浮液；將硝酸銀、硝酸鋅和氧化鎂各自與懸浮液按質量比1.5-2:1混合，得到三種溶液；將三種溶液分別用水浴控制離子吸附溫度，然后將三種溶液混合并持續(xù)攪拌至完全溶解，得到溶液A。
將二氧化硅先與一部分水混合，然后再加入到水中，如此能夠形成穩(wěn)定的懸浮液，如 果直接將二氧化硅與全部水混合，便無法形成懸浮液。二氧化硅與各金屬離子結合后，作為載體，穩(wěn)定性好。
(2)先將銅熔融，接著添加鋅使鋅與銅熔融混合，然后添加木炭粉，其中銅、鋅、木炭粉的質量比為1:1.4-1.6:2.8-3.2；混合均勻后降溫冷卻，研磨得到復合黃銅粉。
當復合黃銅中鋅含量小于35％時，鋅能溶于銅內形成單相，成為單相黃銅。這種黃銅可塑性好，適于冷熱加壓加工，在材料中有助于穩(wěn)定材料的性能，也有助于抗菌劑的穩(wěn)定。
在制備過程中注意需要先溶解銅，因為銅與鋅的溶解溫度不同，如果先溶解鋅的話會導致在還沒達到銅的溶解溫度時鋅就被蒸發(fā)消耗。在黃銅中加入木炭，會使抗菌材料在原有的抗菌效果下具有吸附力，而木炭作為抗菌材料中的載體和骨架，讓抗菌材料中的各種金屬離子被吸附，對于在材料中的應用，更是在表面形成了抗菌膜，提高了滅菌率。
(3)按質量比1.1-1.3:2將復合黃銅粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制硝酸溶液，將混合物B加入到其1.8-2.2倍質量的硝酸溶液中；升溫至100-140℃；配制冰醋酸和二乙醇胺總濃度為30-40wt％的溶液，添加至硝酸溶液中，產生沉淀并洗滌沉淀，然后升溫、洗滌重復多次；向溶液中添加溶液質量0.3-0.4倍的二氧化鈦，烘干，冷卻后，得到多元離子抗菌材料。
將復合黃銅粉與溶液A混合，然后制得多元離子抗菌材料，抗菌材料中加入二氧化鈦，不僅能夠起到抗菌作用，而且能夠增加粉體白度和耐高溫性能的穩(wěn)定。
目前的高分子材料中所添加的抗菌劑一般為以下三類：季銨鹽類抗菌劑、季膦鹽類抗菌劑、含有機錫基團的抗菌劑。但是上述三種抗菌劑均存在各自的缺點：
(1)含季銨鹽類抗菌劑的高分子材料的抗菌能力受長鏈烷基的影響較大。是因為其中的R1鏈的長短對抗菌能力影響較大，特別是其中的碳原子數(shù)量沒在10-16之間時，抗菌劑對細菌基本沒有殺傷力，所以就必須要將碳原子控制在這之間，抗菌劑才會有效果，但這種技術和這種要求不僅成本高還很難達到。
(2)含有季膦鹽類的抗菌劑在離子緊密的情況下抗菌活性差。這種抗菌劑只有在形成自由離子的情況下，抗菌活性才會較為活躍，也就說，只有提高季膦鹽單體的含量，才能提高它的抗菌活性。雖然現(xiàn)在的技術可以合成含锍鹽基團的聚合物，比小分子抗菌活性要好，但這種抗菌劑的熱穩(wěn)定性較差。而且這種環(huán)境下的抗菌劑不僅效果差更重要的是不安全。
(3)含有機錫基團的抗菌劑對于革蘭氏陰性細胞的殺滅率較低。造成這種情況出現(xiàn)的原因是因為單體共聚后，由于抗菌基團濃度的下降，抗菌活性也隨之下降。這種離子單體共聚是借助催化劑的作用使幾種單體分子活化成離子而進行共聚的反應，這是現(xiàn)階段這種抗 菌劑主要的合成方法。因為這種合成方法對金黃色葡萄色球菌有很好的殺滅率，所以克服其對革蘭氏陰性細胞的殺滅率低的問題是現(xiàn)在要解決的重點。
本發(fā)明的多元離子抗菌材料利用離子抗菌原理和微磁電場技術原理，形成了一種新型高效高分子抗菌添加材料。有效地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，使一般的磁電高分子材料符合了社會需求。其優(yōu)點具體為：
(1)多元離子抗菌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，用于高分子材料的多元離子抗菌材料在磁電的基礎上，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，使抗菌性達到最活躍的狀態(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)多元離子抗菌材料可以有效干擾細胞壁的合成。細菌細胞壁重要組分為肽聚糖，離子抗菌劑對細胞壁的干擾作用，主要抑制多糖鏈與四肽交聯(lián)有連結，從而使細胞壁失去完整性，失去了對滲透壓的保護作用，損害菌體而死亡。
多元離子抗菌材料可損傷細胞膜。細胞膜是細菌細胞生命活動重要的組成部分。因此，如細胞膜受損傷、破壞，將導致細菌死亡。
多元離子抗菌材料能夠抑制蛋白質的合成。蛋白質的合成過程變更、停止、使細菌死亡。蛋白質對于細菌來說是物質基礎，是有機大分子，是構成細胞的基本有機物，是生命活動的主要承擔者。沒有蛋白質就沒有生命，而離子交換法破環(huán)了蛋白質的合成過程，使整個過程變更或者停止，這樣細菌就停止生長或者死亡。
多元離子抗菌材料能夠干擾核酸的合成?？偟恼f是阻礙遺傳信息的復制，包括DNA、RNA的合成，以及DNA模板轉錄mRNA等。
(3)添加有多元離子抗菌材料的高分子材料的使用壽命長。高分子材料的使用壽命一般和抗氧化直接相關，抗氧化能力越好，使用壽命就越長；反之則相反。而多元離子抗菌材料的抗氧化加強是通過離子抗菌的技術來實現(xiàn)的，加強了耐氧化性，會讓其在一定時間內保持其固有的屬性，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，添加有多元離子抗菌材料的高分子材料使用壽命會比較長。
本發(fā)明通過磁場加強了復合金屬離子的電離活性和強度，有效地提高了抗菌滅菌性 能，有效地防止細菌的滋生。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，水浴加熱至28-35℃。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，銅、鋅、木炭粉的質量比為1:1.5:3。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，復合黃銅粉與溶液A的質量比為1.2:2。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，所述硝酸溶液的pH值為4.2-5。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，每次洗滌時冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量為硝酸溶液質量的0.4-0.6倍。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，冰醋酸和二乙醇胺的溶液的洗滌次數(shù)為三次。
作為優(yōu)選，所述冰醋酸和二乙醇胺的溶液中，冰醋酸與二乙醇胺的質量比為1:1.5-2.5。
作為優(yōu)選，步驟(3)中，烘干溫度為80-100℃。
與現(xiàn)有技術對比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的多元離子抗菌材料利用離子抗菌原理和微磁電場技術原理，穩(wěn)定性好，抗菌活性高，且具有吸附能力；能夠有效地提高高分子材料的抗菌性能和使用壽命，避免了傳統(tǒng)高分子中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。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例1
一種多元離子抗菌材料，由以下方法制得：
(1)先按質量比0.55:1將二氧化硅與水混合，再將其加入到0.5倍質量的水中，攪拌得到懸浮液；將硝酸銀、硝酸鋅和氧化鎂各自與懸浮液按質量比1.8:1混合，得到三種溶液；將三種溶液分別用水浴加熱至30℃，然后將三種溶液混合并持續(xù)攪拌至完全溶解，得到溶液A。
(2)先將銅熔融，接著添加鋅使鋅與銅熔融混合，然后添加木炭粉，其中銅、鋅、木炭粉的質量比為1:1.5:3；混合均勻后降溫冷卻，研磨得到復合黃銅粉。
(3)按質量比1.2:2將復合黃銅粉加入到溶液A中，形成混合物B；pH值為4.6的硝酸溶液，將混合物B加入到其2倍質量的硝酸溶液中；升溫至120℃；配制冰醋酸和二乙醇胺總濃度為35wt％的溶液(冰醋酸與二乙醇胺的質量比為1:2)，添加至硝酸溶液中，產生沉淀并洗滌沉淀，然后升溫、洗滌重復三次；每次洗滌時冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量為硝酸溶液質量的0.5倍。向溶液中添加溶液質量1/3的二氧化鈦，90℃烘干，冷卻后，得到多元離子抗菌材料。
實施例2
一種多元離子抗菌材料，由以下方法制得：
(1)先按質量比0.5:1將二氧化硅與水混合，再將其加入到0.4倍質量的水中，攪拌得到懸浮液；將硝酸銀、硝酸鋅和氧化鎂各自與懸浮液按質量比1.5:1混合，得到三種溶液；將三種溶液分別用水浴加熱至28℃，然后將三種溶液混合并持續(xù)攪拌至完全溶解，得到溶液A。
(2)先將銅熔融，接著添加鋅使鋅與銅熔融混合，然后添加木炭粉，其中銅、鋅、木炭粉的質量比為1:1.4:2.8；混合均勻后降溫冷卻，研磨得到復合黃銅粉。
(3)按質量比1.2:2將復合黃銅粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制pH值為4.2的硝酸溶液，將混合物B加入到其1.8倍質量的硝酸溶液中；升溫至100℃；配制冰醋酸和二乙醇胺總濃度為30wt％的溶液(冰醋酸與二乙醇胺的質量比為1:1.5)，添加至硝酸溶液中，產生沉淀并洗滌沉淀，然后升溫、洗滌重復三；每次洗滌時冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量為硝酸溶液質量的0.4倍。向溶液中添加溶液質量0.3倍的二氧化鈦，80℃烘干，冷卻后，得到多元離子抗菌材料。
實施例3
一種多元離子抗菌材料，由以下方法制得：
(1)先按質量比0.6:1將二氧化硅與水混合，再將其加入到0.6倍質量的水中，攪拌得到懸浮液；將硝酸銀、硝酸鋅和氧化鎂各自與懸浮液按質量比2:1混合，得到三種溶液；將三種溶液分別用水浴加熱至35℃，然后將三種溶液混合并持續(xù)攪拌至完全溶解，得到溶液A。
(2)先將銅熔融，接著添加鋅使鋅與銅熔融混合，然后添加木炭粉，其中銅、鋅、木炭粉的質量比為1:1.6:3.2；混合均勻后降溫冷卻，研磨得到復合黃銅粉。
(3)按質量比1.1-1.3:2將復合黃銅粉加入到溶液A中，形成混合物B；配制pH值為5的硝酸溶液，將混合物B加入到其2.2倍質量的硝酸溶液中；升溫至140℃；配制冰醋酸和二乙醇胺總濃度為40wt％的溶液(冰醋酸與二乙醇胺的質量比為1:2.5)，添加至硝酸溶液中，產生沉淀并洗滌沉淀，然后升溫、洗滌重復三次；每次洗滌時冰醋酸和二乙醇胺的溶液的用量為硝酸溶液質量的0.6倍。向溶液中添加溶液質量0.4倍的二氧化鈦，100℃烘干，冷卻后，得到多元離子抗菌材料。
本發(fā)明多元離子抗菌材料處理前后的原水中各項指標如下：
原水：
原水過濾后：
本發(fā)明多元離子抗菌材料抗菌效果如下：(常用自來水)
本發(fā)明中所用原料、設備，若無特別說明，均為本領域的常用原料、設備；本發(fā)明中所用方法，若無特別說明，均為本領域的常規(guī)方法。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。