一种可控释放银离子的抗菌多孔陶瓷材料及其制备方法和应用

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种可控释放银离子的抗菌多孔陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、银具有抗菌能力强、持久性好、抗菌谱广、安全性高的优点，其作为一种长效的抗菌材料，在医学领域中已经得到广泛应用。常见的银抗菌剂包括纳米银抗菌剂、银离子抗菌剂等，如公开号为cn106513704a的中国专利文献公开了一种可控释放银离子的纳米银及其制备的抗菌剂，如公开号为cn103222477a的中国专利文献公开了一种银离子无机抗菌剂。银在抗菌剂体系中的分散、润湿性等对其抗菌效果影响非常大，且进入环境中的银离子或纳米银若未有效控制在一定浓度范围内，将会对人体健康和生态环境造成影响。

2、现有技术中，为了实现银离子的可控释放，控制其在环境中的释放浓度并且保证其杀菌效果，有研究者尝试采用还原性石墨烯层(rgo)对纳米银颗粒进行保护(cn117106197a)，在还原性石墨烯层的保护作用下，银离子的释放得到了一定地控制，然而，还原性石墨烯层对纳米银颗粒不能形成完全的保护，只能在短时间内保持有效的杀菌浓度，导致纳米银颗粒更换频繁。

3、公开号为cn108939174a的中国专利文献公开了一种ph响应型聚噁唑啉-纳米银的层层自组装多层膜，该发明首先制备了功能性单体：2-(2-甲氧羰基)乙基-2-噁唑啉，然后通过共聚合反应制得了带负电荷的阴离子型聚噁唑啉；同时，利用儿茶酚接枝壳聚糖还原银离子，获得纳米银复合溶胶(css-agnps)；最后在起始层上利用静电层层自组装法，将带负电荷的聚噁唑啉和带正电荷的纳米银交替组装，制得一种ph响应型聚噁唑啉-纳米银的层层自组装多层膜；该自组装膜具有抗粘附作用，并具有ph响应性，从而实现抗菌剂纳米银的可控释放。但是该膜材料制备方法较为复杂，需要多种原料载体的作用。

4、公开号为cn111849233a的中国专利文献公开了一种超耐磨长效抗菌抗病毒纳米涂料及其制备方法，该超耐磨长效抗菌抗病毒纳米涂料按照重量份数包括：复合硅酸盐30-75份、抗菌剂2-6份、抗病毒剂1-3份、消泡剂1-3份、流平剂1-3份和去离子水150-350份，抗菌剂按照重量份数包括1-3份的ek50和1-3份硝酸银。该纳米涂料制得的涂层可持续不断从内部缓慢可控释放银离子，从而获得快速及长期的抗菌能力。

5、多孔陶瓷材料具有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等优点，被广泛用于过滤材料、保温隔热材料、吸波材料、建筑装饰等领域，现如今，抗菌陶瓷制品的应用领域和市场前景也日益扩大，如公开号为cn110698227a的中国专利文献公开了一种抗菌陶瓷砖及其制备方法，该抗菌陶瓷砖包括设置在陶瓷砖上表面的抗菌釉层，所述抗菌釉层由基础透明釉和磷酸锆负载复合抗菌剂组成，所述磷酸锆负载复合抗菌剂包括磷酸锆载体和复合抗菌剂，所述磷酸锆负载复合抗菌剂积聚于抗菌釉层上部，所述复合抗菌剂的抗菌有效成分为抗菌氧化物和抗菌离子。但是抗菌层的脱落、抗菌层与基体的结合力问题是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种可控释放银离子的抗菌多孔陶瓷材料，其制备工艺简单高效，烧结成型温度较低，该抗菌多孔陶瓷材料具有良好的孔隙结构，能够可控释放银离子，且具有较好的抗菌和抑制藻类生长的能力。

2、具体采用的技术方案如下：

3、一种抗菌多孔陶瓷材料，由质量比为1：4-18：0.3-3的抗菌剂、陶料和粘结料制备得到；

4、所述的抗菌剂的制备方法为：将氢氧化铝加入到可溶性银盐溶液中，混合均匀，使银离子均匀负载到氢氧化铝表面，得到混合物，将混合物在300-350℃加热2-3h，得到所述的抗菌剂；

5、以质量份计，所述的陶料包括氢氧化铝40-56份，碳酸铵0-5份，碳酸钠0-5份，氢氧化钙3-6份和偏硅酸钠20-33份，其中碳酸铵和碳酸钠不同时为0份；

6、以质量份计，所述的粘结料包括长石30-45份，高岭土2-6份，石灰石15-20份，石英25-30份和碳酸钠6-10份。

7、本发明使用均匀负载有银元素的氧化铝晶体作为抗菌剂，结合特定组分的陶料和粘结料制备得到抗菌多孔陶瓷材料，陶料中的碳酸盐起到成孔、扩孔的作用，特定组分的粘结料在弱碱性条件下同时起到降低烧结温度和粘结陶料的作用。

8、优选的，可溶性银盐溶液中，可溶性银盐与水的质量比为1：1.0-2.2；可溶性银盐与氢氧化铝的质量比为1：8.5-12.5。在上述参数下，有利于提高产品抗菌剂中氧化铝晶体上负载银元素的均匀性。

9、优选的，所述的可溶性银盐为硝酸银或醋酸银。

10、优选的，所述的抗菌剂、陶料和粘结料的粒径均≤300目。

11、本发明还提供了所述的抗菌多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：分别制备抗菌剂、陶料和粘结料，再将质量比为1：4-18：0.3-3的抗菌剂、陶料和粘结料混合均匀得到复合粉体，将复合粉体干法压制成型后得到陶瓷胚体，将陶瓷胚体高温煅烧后自然冷却，得到所述的抗菌多孔陶瓷材料。

12、优选的，干法压制压力25-30mpa，压制时间为1-5分钟。

13、优选的，陶瓷胚体高温煅烧在空气气氛下进行，梯度升温煅烧，首先在105-110℃第一阶段煅烧1-1.5h后，随后升温300-310℃第二阶段煅烧2-2.5h，再升温至850-860℃第三阶段煅烧1-1.5h，最后1200-1250℃第四阶段煅烧1-1.5h。上述四阶段的煅烧分别起到蒸发水分、成孔、部分烧结、烧成的作用。

14、进一步优选的，升温速率为10-15℃/min。

15、本发明还提供了所述的抗菌多孔陶瓷材料在抗菌领域中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明提供的抗菌多孔陶瓷材料的平均比表面积≥10.804m2/g，平均孔容≥0.054cc/g，平均孔径≥9.004nm，由于其具有良好的孔隙结构，能有效调控抗菌成分银元素从中持续有效溶出，且该抗菌多孔陶瓷材料具有一定的强度、耐水性，能够发挥恒定有效的抗菌、杀菌和抑制藻类生长的作用。

18、(2)抗菌剂、陶料和粘结料的相容性好，陶瓷烧成过程中使银分散在陶瓷晶格中，不会造成抗菌物质析出。

19、(3)本发明中特定方法制得的抗菌剂的加入不会引起陶瓷表面颜色的褪色、光泽度变化以及耐久性变化。

技术特征：

1.一种抗菌多孔陶瓷材料，其特征在于，由质量比为1：4-18：0.3-3的抗菌剂、陶料和粘结料制备得到；

2.根据权利要求1所述的抗菌多孔陶瓷材料，其特征在于，可溶性银盐溶液中，可溶性银盐与水的质量比为1：1.0-2.2；可溶性银盐与氢氧化铝的质量比为1：8.5-12.5。

3.根据权利要求1所述的抗菌多孔陶瓷材料，其特征在于，所述的可溶性银盐为硝酸银或醋酸银。

4.根据权利要求1所述的抗菌多孔陶瓷材料，其特征在于，所述的抗菌剂、陶料和粘结料的粒径均≤300目。

5.根据权利要求1-4任一所述的抗菌多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别制备抗菌剂、陶料和粘结料，再将质量比为1：4-18：0.3-3的抗菌剂、陶料和粘结料混合均匀得到复合粉体，将复合粉体干法压制成型后得到陶瓷胚体，将陶瓷胚体高温煅烧后自然冷却，得到所述的抗菌多孔陶瓷材料。

6.根据权利要求5所述的抗菌多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，干法压制压力25-30mpa。

7.根据权利要求5所述的抗菌多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，陶瓷胚体高温煅烧在空气气氛下进行，梯度升温煅烧，首先在105-110℃第一阶段煅烧1-1.5h后，随后升温300-310℃第二阶段煅烧2-2.5h，再升温至850-860℃第三阶段煅烧1-1.5h，最后1200-1250℃第四阶段煅烧1-1.5h。

8.根据权利要求7所述的抗菌多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，升温速率为10-15℃/min。

9.根据权利要求1-4任一所述的抗菌多孔陶瓷材料在抗菌领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种可控释放银离子的抗菌多孔陶瓷材料及其制备方法和应用，属于陶瓷材料领域，该抗菌多孔陶瓷材料由质量比为1：4‑18：0.3‑3的抗菌剂、陶料和粘结料制备得到；其中，抗菌剂的制备方法为：将氢氧化铝加入到可溶性银盐溶液中，混合均匀得到混合物，将混合物在300‑350℃加热2‑3h，得到所述的抗菌剂；同时陶料和粘结料采用特定的组分复配得到。该抗菌多孔陶瓷材料具有良好的孔隙结构，能有效调控抗菌成分银元素从中持续有效溶出，且具有一定的强度、耐水性，能够发挥恒定有效的抗菌、杀菌和抑制藻类生长的作用。技术研发人员：保积庆,邹官文,郝璐瑜,国昊,国嘉,薛良宝,马超,何欢受保护的技术使用者：嘉兴学院技术研发日：技术公布日：2024/6/2