两步法制备抗菌纳米CaCO3@TiO2@Ag复合材料的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2025-0038

摘要/Abstract

摘要：

为提高碳酸钙的附加值并开拓其新的应用市场，以钛酸四丁酯、硝酸银为壳层原料，采用两步法制备抗菌纳米CaCO₃@TiO₂@Ag复合材料。考察反应温度、搅拌速率、银的负载量、反应时间、陈化时间等因素对银负载效果的影响并探讨负载机理。采用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等对产物进行表征。结果显示，最佳银负载的条件为反应温度为30 ℃、搅拌速率为350 r/min、Ag负载量为10%（质量分数）、反应时间为80 min、无需陈化。在最佳的负载条件下，无定形TiO₂通过形成Ca—O—Ti化学键均匀负载在纳米碳酸钙表面，形成CaCO₃@TiO₂，然后Ag⁺在有机硅分子作用下经吸附-还原生成5~10 nm的银颗粒包覆在CaCO₃@TiO₂表面，获得纳米CaCO₃@TiO₂@Ag核壳结构。抗菌测试表明，在粉末涂料中纳米CaCO₃@TiO₂@Ag的抗菌性能达到GB/T 21866—2008《抗菌涂料（漆膜）抗菌性测定法和抗菌效果》中的I级标准。

关键词: 纳米CaCO₃@TiO₂@Ag, 核-壳结构, 抗菌性能

Abstract:

To enhance the value of calcium carbonate and develop its new application market，antibacterial nano-CaCO₃@TiO₂@Ag composites were fabricated by a two-step method using butyl titanate and silver nitrate as shell materials.The effects of reaction temperature，stirring speed，Ag loading capacity，reaction time，and aging time on the silver loading effect and loading mechanism were investigated.The products were characterized by transmission electron microscopy（TEM），scanning electron microscopy（SEM），energy dispersive X-ray spectroscopy（EDS），X-ray diffraction（XRD），X-ray photoelectron spectroscopy（XPS） and Fourier transform infrared spectroscopy（FT-IR）.The results showed that the optimal loading conditions for Ag were as follows：reaction temperature of 30 ℃，stirring speed of 350 r/min，Ag loading capacity of 10%（mass fraction），reaction time of 80 min，without aging time.Under the optimized loading conditions，amorphous TiO₂ was uniformly loaded on the surface of nano-calcium carbonate by forming Ca—O—Ti chemical bonds to form CaCO₃@TiO₂.Then Ag⁺ was adsorbed and reduced under the action of organosilicon molecules to produce 5~10 nm silver particles coated on the surface of CaCO₃@TiO₂，and nano-CaCO₃@TiO₂ @Ag core-shell structure was obtained.The antibacterial tests demonstrated that the antimicrobial performance of nano-CaCO₃@TiO₂@Ag in powder coatings met the class I standard as outlined in GB/T 21866—2008 “Test method and effect for antibacterial capability of paints film”.

Key words: nano-CaCO₃@TiO₂@Ag, core-shell structure, antibacterial property

中图分类号:

TQ62

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图/表 14

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参考文献 29

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抗菌剂	检测项目	判定标准	测定结果	判定
市售银系抗菌剂	抗细菌性能≥	99.00（Ⅰ级） 99.00（Ⅰ级）	大肠杆菌（AS1.90）99.98% 金黄色葡萄球菌（AS1.89）99.92%	合格
市售银系抗菌剂	抗细菌耐久性能≥	95.00（Ⅰ级） 95.00（Ⅰ级）	大肠杆菌（AS1.90）93.01% 金黄色葡萄球菌（AS1.89）89.22%	不合格
CaCO₃@TiO₂@Ag	抗细菌性能≥	99.00（Ⅰ级） 99.00（Ⅰ级）	大肠杆菌（AS1.90）99.99% 金黄色葡萄球菌（AS1.89）99.99%	合格
CaCO₃@TiO₂@Ag	抗细菌耐久性能≥	95.00（Ⅰ级） 95.00（Ⅰ级）	大肠杆菌（AS1.90）95.37% 金黄色葡萄球菌（AS1.89）95.12%	合格

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两步法制备抗菌纳米CaCO₃@TiO₂@Ag复合材料的研究

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