CN101041756A - 涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种涂料及其制备方法，该涂料至少含有甲壳素以及用来结合前述甲壳素微粒子的聚乙烯醇，并利用水为主的溶剂予均匀调和成水性涂料混合液，由该甲壳素氨基来吸附空气中的甲醛并予固定化达到净化空气及防霉抗菌效能；该涂料的制备方法包含：将聚乙烯醇与水混合在温度约85℃下持续搅拌直到聚乙烯醇完全溶解于水中，然后再将该混合物冷却至30℃以下备用；将甲壳素与水混合搅拌并加入抗菌保存剂以及有机酸后，持续搅拌直到甲壳素完全溶解；然后将前述聚乙烯醇混合液缓慢地添加到前述甲壳素混合液中持续搅拌直到使该二种混合液均匀混合后，再令该搅拌操作渐次地减慢搅拌速度直到停止即可完成涂料的制备。

Description

涂料及其制备方法

发明领域

本发明是有关于一种涂料及其制备方法，特别是有关于一种可短时间吸附分解室内空气中对人体有危害的化学物质以达无害状态，并可在涂覆表面上形成防霉抗菌效能的涂料及其制备方法。

背景技术

如所知，一般建筑构材在产制过程中，为了美观及性能考量，常需添加各种化学物质以达到涂装、硬化、胶合及防腐等作用，而且一般室内装潢广泛使用的建材包括表面涂装材料，黏着剂，填缝剂(胶合地板、安装地毯、壁纸、窗框、门等)以及溶剂(胶、漆、涂料等)等，均含有甲醛等发挥性的有机化合物(volatile organic compounds，VOC)，以致房屋装修完成后，这些化学物质随着时间和温度变化，大量地逸散在空气中影响室内环境品质；然而，据统计人们一生中约有超过90％以上的时间是处于广义的建筑室内空中，因此室内环境品质的良窳对人体的健康影响很大。

从许多研究报告中已经证实，建材内所含的VOC是室内环境品质的主要污染源之一，例如，经调查显示在一般新建成未装修的住宅以及装修不久的房屋内，甲醛和其它有害气体的检出率为100％，而且是世界卫生组织(WHO)规定的最高容许浓度0.08mg/m3的40倍以上，在装修5天后室内的甲醛浓度也是标准值的30倍以上，即使6个月以后也超标3倍以上，事实上，这些建材内所含的甲醛等发挥性有机化合物的释放期通常可以长达3～15年，换言之，它对室内环境品质的污染是非常长久的。此外，医学研究报告更进一步指出，前述甲醛等VOC是-种在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害，通常浓度达到0.01～1.6ppm范围便会开始刺激眼睛，浓度达到2～3ppm便会让眼睛产生刺痛感、10～20ppm则会严重流泪、危险浓度高达30ppm后便会危害生命，此外，VOC中有些化合物具有基因毒性，能引起机体免疫水平失调，以及残害中枢神经系统和消化系统的功能，造成身体变异性的伤害；由此可知，潜藏在室内周遭的VOC对人体健康的严重危害实已不容忽视。

近年来为因应室内不良空气品质所引发的种种人体健康危机，及建筑装潢行为所引致的甲醛等VOC逸散对室内人员的健康危害，世界各主要先进国家也多针对其建材与家具相关商品等，建立VOC逸散管制的规范与检测机制。例如台灣的环保署业已公布「室内空气品质建议值」，日本厚生劳动省亦制定了「环境基本法」，来限定室内的VOC浓度值，以便促进降低室内空气污染、确保舒适健康的室内空间。而面对人们高涨的环保意识，以及对健康、安全保障的强烈需求，提供不含有害物质的室内装修涂料，甚至是具有消除VOC效能的涂料，已经成为涂料产制业界的首要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可短时间吸附分解室内空气中对人体有危害的化学物质以达无害状态，并可在涂覆表面上形成防霉抗菌效能的涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的涂料，至少包含有甲壳素(Chitosan)以及用来结合(bind)前述甲壳素微粒子的聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol，PVA)，并利用水(H₂O)为主的溶剂予均匀调和成水性涂料混合液，由该甲壳素氨基(-NH₂)来吸附空气中的甲醛(HCHO)并予固定化达到净化空气效能。

所述的涂料，其中该甲壳素由含氮多醣类生物性高分子经过高度去乙醯化反应后所得到的聚葡萄醣胺。

所述的涂料，其中在涂料中该甲壳素占0.5％～5％重量。

所述的涂料，其中在涂料中该聚乙烯醇占5％～15％重量。

本发明提供的制备上述涂料的方法，其包含：

将聚乙烯醇(PVA)与水(H₂O)混合盛装在第一搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，将该混合物加热升温至约85℃继续搅拌约100至140分钟使聚乙烯醇完全溶解于水中，然后再将该混合物冷却至室温或30℃以下备用，据此调制成第一混合液；

将甲壳素(Chitosan)与水(H₂O)混合盛装在第二搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，于连续搅拌运作中加入抗菌保存剂并持续搅拌2至5分钟后，再以缓慢地添加方式加入有机酸，然后持续搅拌25至35分钟使甲壳素完全溶解，据此调制成第二混合液；以及

在前述第二混合液持续搅拌运作中，将前述第一混合液缓慢地加入到第二混合液中并持续搅拌25至35分钟，使第一混合液与第二混合液均匀混合后，再令该搅拌操作渐次地减慢搅拌速度直到停止。

详细地说，本发明由在涂料中所包含的甲壳素对甲醛等有害化学物质的强大吸附并固定化的能力，使达到对室内空气的净化效果。

根据本发明，该涂料中至少包含有甲壳素(Chitosan)以及用来结合(bind)前述甲壳素微粒子的聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol，PVA)，并利用水(H₂O)为主的溶剂予均匀调和呈水性涂料混合液。

最好，在涂料中甲壳素约占0.5％～5％重量，而聚乙烯醇则约占5％～15％重量。

且其中，该甲壳素由含氮多醣类生物性高分子～几丁质(chitin)经过高度去乙醯化反应(deacetylation，也就是将乙醯基去掉，形成胺基)后而得到的聚葡萄醣胺～几丁聚醣(Chitosan)，这种甲壳素的氨基(-NH₂)对甲醛(HCHO)等有害物质特别具有高度吸附能力，因此可达空气净化效果，且其在生态系中有易于分解、易于再生的优良特性，所以没有造成二次污染的虞。而前述聚乙烯醇(PVA)则是一种具优良水溶性，不会在表面上形成皮膜，且具生物分解性，又聚乙烯醇还具有卓越的耐油性、耐有机溶剂性，且聚乙烯醇也在急毒性、变异原性、皮肤刺激性的毒性实验上被确认出并未无问题；而且，本发明涂料是利用水为主的溶剂将前述甲壳素和聚乙烯醇均匀混合而成，涂料本身为完全不含VOC的水性混合液，因此涂装使用上安全无害。

应用本发明涂料来净化室内空气时，是将该涂料以均匀地涂布在一表面，例如是建物的墙面或家具的表面上，并暴露于有害化学物质的环境中，该涂料在涂布表面会形成一透明薄膜，在该涂层薄膜中的甲壳素微粒子表面不会因水性乳胶(聚乙烯醇)而覆盖，而且会露出一部份用以吸附环境中的有害化学物质，以达空气净化和抗菌除霉的效果；在此，将由后附的参考图来进一步解析，说明本发明涂料中的甲壳素对于空气净化和抗菌除霉的作用原理：如下分子式所示，该甲壳素具有氨基(-NH₂)：

而下列分子式则为聚乙烯醇：

再请参阅图1所示，前述甲壳素及聚乙烯醇被均匀混合，利用聚乙烯醇结合甲壳素微粒子以形成均匀混合且物性稳定的涂料，由甲壳素的强大吸附有害物质等功能性特长，可将甲醛、VOC或细菌吸附并将其转换为无害的物质。其作用机制详述如下：

(1)涂料与甲醛的作用机制

甲壳素的带有正电荷的氨基(-NH₂)，可吸附甲醛(HCHO)并固定化，因此可将空气中有害化学物质转化成无害的物质，达到空气净化目的；其反应机构为：

[其中，R’＝Chitosan]

(2)涂料与细菌的作用机制

利用甲壳素的带有正电荷的氨基(-NH₂)与菌体表面负电荷部位结合，借着分子构行展开后的长链造成菌体穿孔，细胞内溶液流出而死亡，因此可以达到防霉抗菌效能。

基于前述解析说明可知，由本发明涂料吸附有害化学物质，确可达改善室内环境的效果；再者，非但形成本发明涂料的混合物原料，不会影响人体健康，也不因时间而起变化，而且本发明涂料可将甲醛、VOC或细菌吸附并将其转换为水(H₂O)及其它无害的物质，因此反应后的衍生物也不会对人体带来不良影响，因此本发明涂料可谓是一种令人安心涂布于居住空间的安全涂料。

另外，本发明亦提供一种有关前述涂料的制备方法，其包含：

将聚乙烯醇(PVA)与水(H₂O)混合盛装在第一搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，将该混合物加热升温至约85℃继续搅拌约100至140分钟使聚乙烯醇完全溶解于水中，然后再将该混合物冷却至室温或30℃以下备用，据此调制成第一混合液；

将甲壳素(Chitosan)与水(H₂O)混合盛装在第二搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，于连续搅拌运作中加入抗菌保存剂并持续搅拌约2至5分钟后，再以缓慢地添加方式加入有机酸，以避免造成溶解不全或产生结块状态，然后持续搅拌约25至35分钟使甲壳素完全溶解，据此调制成第二混合液；

然后于前述第二混合液持续搅拌运作中，将前述第一混合液缓慢地加入到第二混合液中并持续搅拌约25至35分钟，使第一混合液与第二混合液均匀混合后，再令该搅拌操作渐次地减慢搅拌速度直到停止，以避免在混合液中产生气泡，最后再将完成均匀混合的涂料混合液加以分装，并密封为涂料成品。

本发明并非局限于以上所述形式，很明显地，就熟习此项技艺人士而言，在参考上述说明后，能有更多的改良与变化，是以，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴，并予陈明。而紧接于后将以一具体实施例继续说明，以进一步阐明本发明的创新特征。

附图说明

图1为本发明涂料吸附有害物质的运作示意图；以及

图2显示本发明涂料去除甲醛气体效果的甲醛浓度-时间变化图表。

附件一为本发明涂料去除甲醛气体效果的检验报告参考数据。

具体实施方式

本发明涂料包含甲壳素以及用来结合前述甲壳素微粒子的聚乙烯醇，并利用水为主的溶剂予均匀调和成水性涂料混合液。其中，该甲壳素乃采用由含氮多醣类生物性高分子经过高度去乙醯化反应后而得到的聚葡萄醣胺为原料；而该涂料的调制：先将聚乙烯醇与水混合盛装在第一搅拌槽中作约15分钟的初步混合搅拌后，将该混合物加热升温至约85℃继续搅拌约120分钟使聚乙烯醇完全溶解于水中，然后再将该混合物冷却至30℃以下备用；次将前述特别选用的甲壳素与水混合盛装在第二搅拌槽中作约15分钟的初步混合搅拌后，于连续搅拌运作中加入抗菌保存剂并持续搅拌约3分钟后，再以缓慢地添加方式加入有机酸，以避免造成溶解不全或产生结块状态，然后持续搅拌约30分钟使甲壳素完全溶解；然后接续前述搅拌运作，将前述聚乙烯醇混合液缓慢地加入到前述甲壳素混合液中并持续搅拌约30分钟，使该二种混合液均匀混合后，再令该搅拌操作渐次地减慢搅拌速度直到停止，以避免在混合液中产生气泡。

在前述涂料调制步骤中所添加的抗菌保存剂可以选用氨基甲酸酯碘或聚赖氨酸或山梨酸或聚磷酸盐复盐。另外，调制步骤中所添加的有机酸系用作为促进该甲壳素溶解的目的，而该有机酸可以是稀醋酸或甲酸或乙酸或苯甲酸或乙二酸(草酸)或柳酸。

又，从诸多的试验成果中得知，前述涂料混合液中在甲壳素约占0.5％～5％重量以及聚乙烯醇约占5％～15％重量时，具有最符合期待的特征。

将本发明涂料以涂布呈薄膜的方式暴露于有害化学物质的环境中，可达净化空气以及抗菌除霉的效果，主要是该涂料利用均匀分布在涂布薄膜表面的甲壳素的氨基(-NH₂)来吸附甲醛(HCHO)并固定化，因此可将空气中有害化学物质转化成水(H₂O)及其它无害的物质，达到空气净化目的，且藉由甲壳素的带有正电荷的氨基(-NH₂)与菌体表面负电荷部位结合来杀死细菌，因此在涂布薄膜表面可达到防霉抗菌效能。

从附件一的「超微量工业安全实验室」(Ultra Trace & Industrial SafetyHygiene)的编号UE/2005/C0009-1的检验报告，以及依据该检验报告结论所制成的图表(如图2所示)可知，本发明涂料可在甲醛等有害气体产生瞬间将其去除71.5％，于1小时后去除率更高达93％，其后持续保持并加强抑制速度，因此本发明涂料能高效率地净化室内有害化学物质，其成效性已不容怀疑。

另外，由前述说明可知本发明涂料系利用水为主的溶剂将前述甲壳素和聚乙烯醇均匀混合而成，涂料本身为完全不含发挥性的有机化合物的水性混合液，因此涂装使用时不会危害人体健康，也不因时间而起变化，而且本发明涂料可将甲醛、VOC或细菌吸附并将其转换为水(H₂O)及其它无害的物质，因此反应后的衍生物也不会对人体带来不良影响；是故，此本发明涂料可谓是一种令人安心涂布于居住空间的安全涂料，对改善室内环境及人体健康均可作出巨大的贡献。

                                             附件一

Claims (5)

1、一种涂料，至少包含有甲壳素以及用来结合前述甲壳素微粒子的聚乙烯醇，并利用水为主的溶剂予均匀调和成水性涂料混合液，由该甲壳素氨基来吸附空气中的甲醛并予固定化达到净化空气效能。

2、如权利要求1所述的涂料，其中该甲壳素由含氮多醣类生物性高分子经过高度去乙醯化反应后所得到的聚葡萄醣胺。

3、如权利要求1所述的涂料，其中在涂料中该甲壳素占0.5％～5％重量。

4、如权利要求1所述的涂料，其中在涂料中该聚乙烯醇占5％～15％重量。

5、一种涂料的制备方法，其包含：

将聚乙烯醇与水混合盛装在第一搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，将该混合物加热升温至约85℃继续搅拌约100至140分钟使聚乙烯醇完全溶解于水中，然后再将该混合物冷却至室温或30℃以下备用，据此调制成第一混合液；

将甲壳素与水混合盛装在第二搅拌槽中作10至20分钟的初步混合搅拌后，于连续搅拌运作中加入抗菌保存剂并持续搅拌2至5分钟后，再以缓慢地添加方式加入有机酸，然后持续搅拌25至35分钟使甲壳素完全溶解，据此调制成第二混合液；以及

在前述第二混合液持续搅拌运作中，将前述第一混合液缓慢地加入到第二混合液中并持续搅拌25至35分钟，使第一混合液与第二混合液均匀混合后，再令该搅拌操作渐次地减慢搅拌速度直到停止。

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