[发明专利]特别是对聚合物复合材料具有杀真菌性能的二氧化硅纳米粉末的制备方法

说明书

本发明涉及一种特别是对聚合物复合材料具有杀真菌性能的二氧化硅纳米粉末的制备方法。

用于医学、药物、家用制品、纺织品和木材工业的材料的需求是必须赋予高分子化合物混合物杀微生物和杀真菌性能的原因。

在文献中可以发现关于使用铜纳米颗粒例如作为纤维素纤维的添加剂(Grace Mary，S.K.Bajpai，Navin Chand；Journal of Applied Polymer Science；vol.113 Issue 2，757-766)具有对大肠杆菌的杀微生物性能的信息。在出版物Nicola Cioffi，Luisa Torsi，Nicoletta Ditaranto，Giuseppina Tantillo，Lina Ghibelli，Luigia Sabbatini，Teresa Bleve-Zacheo，Maria D′Alessio，P.Giorgio Zambonin，Enrico Traversa；2005 American Chemical Society；vol.17(21)，5255-5262中记载了在聚合物复合材料中使用铜纳米颗粒形式的添加剂后，发现完全抑制或者减缓了活有机体例如病原真菌类和微生物的生长。

铜纳米颗粒比该元素的微粒具有明显更高的杀微生物活性。其实质问题在于在二氧化硅中固定了铜纳米颗粒。出版物(Optical properties of cooper-dopes silica gels；，Journal of Alloys and Compounds 262-263(1997)438-442)的作者(T.Lutz，C.Estrournes，J.C.Merle，J.L.Guille)声称一种有用的方法是通过使用合适波长(紫外)的激光植入离子。

使用含有固定到二氧化硅中的铜纳米颗粒的纳米粉末作为纳米复合物和纳米材料的组分是可能的，条件是它们具有可再现的和确定的组成和化学结构。

从专利US6,495,257的说明书，可以知道一种通过溶胶-凝胶法制备含有金属(尤其是Ag，Zn)氧化物纳米颗粒的球形SiO₂颗粒的方法，在水热分散的过程中引入二氧化硅和金属氧化物的水性悬浮液，水热分散包括在加压釜中于185-200℃的温度下搅拌几介小时。所得粉末的粒径在1-200μm的范围内。所述过程并不能解决制备粒径在200nm以下的包含金属纳米颗粒的二氧化硅纳米粉末的问题。这可能导致与它们作为纳米填料例如在聚合物复合材料中使用有关的一些限制。

与纳米填料颗粒的尺寸相关的聚合物纳米复合材料的性能与用颗粒尺寸在200nm以上的填料所得的复合材料的性能完全不同。在聚合物纳米复合材料中仅使用0.5-6％的少量纳米填料就能够提高机械、光学和阻碍性能以及更高的耐化学性和耐热性。降低线性膨胀系数和易燃性，这有利于最终的产品。使用标准量的填料(基于整个复合材料的约百分之几十)无法获得这些结果。

本发明的通过溶胶-凝胶法制备具有杀真菌性能的二氧化硅纳米粉末的方法，其特征在于，含有固定的纳米铜颗粒的二氧化硅溶胶由含有摩尔比为1∶5至1∶35的四烷氧基硅烷和乙醇或脂肪族C₁-C₄醇的混合物的水性反应混合物在铵化合物的存在下制备，其中烷氧基基团包含C₁-C₄碳原子，铵化合物的用量为每1mol四烷氧基硅烷使用0.001-0.05mol的铵化合物，在上述组分充分混合之后，以水溶液的形式、以每1mol四烷氧基硅烷0.0015-0.095mol的量引入可热分解的铜(II)盐，并且以每1mol铜(II)盐0.015-1mol的量加入来自碳官能化的烷氧基硅烷的集合的化合物，充分混合并且蒸发溶剂之后，在铜(II)盐的热分解温度下加热干燥残余物。

优选地，采用四甲基氢氧化铵或四乙基氢氧化铵作为铵化合物。

优选地，采用乙酸铜(II)盐或者甲酸铜(II)盐作为铜(II)盐。

优选地，采用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或者γ-(缩水甘油氧基)丙基三乙氧基硅烷作为来自碳官能化的烷氧基硅烷的集合的化合物。

通过本发明的方法在纳米粉末的表面上沉积的纳米铜颗粒的尺寸不超过50nm。本发明方法中含有颗粒尺寸为48nm的固定的铜颗粒的二氧化硅纳米粉末经过表征其堆积密度为86g/l，而类似颗粒尺寸的未改性的纳米二氧化硅的堆积密度为49.1g/l(根据PE-EN 1097-3：2000)。