CN101892000A

CN101892000A - 一种抗菌防霉亲水涂料、铝箔以及其制备方法

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Publication number: CN101892000A
Application number: CN2010102335406A
Authority: CN
Inventors: 胡军辉; 汤皎宁; 曾伟华; 王勇
Original assignee: GUANGZHOU MENTE NANOMETER SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU MENTE NANOMETER SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明涉及材料化学技术领域，涉及一种抗菌防霉亲水涂料、铝箔及其制备方法，特别涉及一种分散有铜包覆的纳米二氧化钛的聚丙烯酸酯类涂料、喷涂有该涂料的铝箔以及它们的制备方法。一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该涂料包括：0.01％～1％纳米重金属微粒、5％～10％纳米金属氧化物微粒和89％～94％亲水树脂，该涂料的pH值为1～10，Zeta电位的绝对值为10～100。本发明通过选择合适的pH值、分散条件以及分散剂，将铜包覆的纳米二氧化钛溶胶分散在超亲水的聚丙烯酸酯类树脂乳液中，形成稳定的分散系涂料，不易产生团聚和沉淀现象，具有易保存的特点，而且该涂料涂覆到铝箔上成膜性好，附着力强。

Description

一种抗菌防霉亲水涂料、铝箔以及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及材料化学技术领域，涉及一种抗菌防霉亲水涂料、铝箔及其制备方法，特别涉及一种分散有铜包覆的纳米二氧化钛的聚丙烯酸酯类涂料、喷涂有该涂料的铝箔以及它们的制备方法。

【背景技术】

随着生活水平不断提高，空调的普及量越来越大。空调中热交换器散热片是用铝箔制成，在其表面容易形成水滴从而降低热交换效率，必须对其表面涂覆亲水性涂层使水完全铺展才能提高空调机的热交换效率，以满足空调机不断向小型化、轻量化和高性能化方向发展。目前市场上使用的大部分亲水涂层是基于聚丙烯酸酯类涂料，而空调机热交换器部分潮湿和冷热交替的恶劣工作环境使亲水涂层很容易受到细菌侵蚀而发生腐蚀、霉变，不但因此失去超亲水性而影响空调机的热交换效率导致能耗上升，而且使空气环境恶化，影响了人类的身体健康。

所以为了提高空调中热交换器散热片的热交换效率，不仅需要铝箔的涂层具有超亲水的作用，还具有抗菌防霉的作用。抗菌防霉剂有多种，与有机防霉抗菌剂相比，无机防霉抗菌材料具有广谱、持久、安全、高效等特点。其中，中国专利申请号为：200710073349.8的发明专利公开了一种金属包覆的纳米二氧化钛，结合了光触媒和金属离子的各自的抗菌防霉优点，抗菌防霉效果更好，成本较低廉。而且由于形成的是金属铜包覆纳米氧化钛粒子，铜在纳米尺度确保可以控制铜离子释放的速度而兼具长效抗菌和低副作用。纳米氧化钛粒子作为基体既降低了金属防霉抗菌材料的成本，又使铜粒子的表面积尽可能增大，提高了铜的利用率。纳米Cu缓慢氧化，在表面形成Cu₂O，可进一步提高基体材料的接触抗菌性能。

要制得用于喷涂在铝箔上的抗菌防霉亲水涂料的一个很简单的办法就是将抗菌防霉材料与超亲水的涂料复配制得具有抗菌防霉的超亲水涂料。将无机抗菌防霉材料混合在超亲水的有机物涂料中，会出现一个比较复杂的问题就是如何将无机防霉抗菌材料分散在有机物涂料中，使其不至于发生团聚和沉淀现象。现有技术中有很多记述了将二氧化钛或氧化锌等氧化物分散到丙烯酸类乳液中的方法，例如专利申请号为02111702.0的中国发明专利公开了一种通过超声分散法、剪切分散法、球磨分散法或其中的2种或3种方法，利用原位聚合法或共混法将纳米二氧化硅、二氧化锡、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米粉体分散到丙烯酸类乳液中得到纳米复合乳液。

利用上述的分散方法或者现有的其他技术将铜包覆的纳米二氧化钛分散到丙烯酸类乳液或涂料中却并没有将纳米二氧化钛分散到丙烯酸类乳液中这么简单，在混合过程中非常容易发生铜包覆的纳米二样糊涂团聚和沉淀现象。这是由于铜包覆纳米氧化钛尺寸粒子平均粒度一般为40nm，具有极大的表面能，而且密度比单独的二氧化钛要大，所以很容易产生聚集，不能长期稳定均匀分散在聚丙烯酸酯类涂料层中。

【发明内容】

本发明正是为了解决上述的技术问题提出了一种将铜包覆的纳米二氧化钛分散到超亲水的聚丙烯酸酯类涂料中的方法，并且提供了由此方法制备的抗菌防霉的亲水涂料。同时也一并提出了将此亲水涂料涂覆在铝制基层中形成具有抗菌防霉功能的亲水铝箔。本发明很关键的创新点在于如何将过渡重金属元素包覆的纳米二氧化钛分散在水性涂料中的方法，所以虽然本发明以铜包覆的纳米二氧化钛分散在超亲水的聚丙烯酸酯类树脂涂料中为例来详细说明，但是并不能就此理解为本发明的保护范围仅限于如此，本发明的保护范围应该等同扩展到过渡重金属元素包覆的纳米二氧化钛分散在水性树脂涂料的方法以及由此方法制得的抗菌防霉亲水涂料以及涂覆有此涂料的物件。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该涂料包括：0.01％～1％纳米重金属微粒、5％～10％纳米金属氧化物微粒和89％～94％亲水树脂，该涂料的PH值为1～10，Zeta电位的绝对值为10～100。

所述纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面，纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面形成的重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的平均粒径为1～100nm。

所述重金属占所述重金属包覆的纳米金属氧化物微粒为0.1％～20％。

该涂料还包括分散剂，按重量百分比计，各组分含量分别为：

纳米重金属微粒，0.01％～1％；纳米金属氧化物微粒，5％～10％；亲水树脂，89％～94％；分散剂，0.01％～1％。

所述纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面，纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面形成的重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的平均粒径为1～100nm，所述分散剂附着在重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的表面。

所述的分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。

所述的重金属为铜、银、锌中的一种或者多种，所述纳米金属氧化物微粒为纳米二氧化钛微粒、纳米氧化锌微粒中的一种或多种，所述亲水树脂为聚丙烯酸酯类树脂。

该涂料的初始亲水角为1～10°，持久亲水角为1～20°。

本发明还提供一种制备抗菌防霉亲水涂料的方法，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

按照重量份计，称取0.11～11份掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体和89～94份PH值为1～10的亲水树脂乳液，调节掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体的PH值为1～8，且与亲水树脂乳液的PH相差0～3，在1000～10000转/分钟的搅拌速度条件下缓慢的将掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后继续以1000～10000转/分钟的速度搅拌5～60分钟后静置。

较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤还包括如下步骤：

按照重量份计，称取0.11～11份铜包覆的纳米二氧化钛胶体和89～94份PH值为1～10的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜包覆的纳米光触媒胶体的PH值为1～8，且与聚丙烯酸酯亲水树脂乳液的PH相差0～3，向铜包覆的纳米二氧化钛溶胶中缓慢滴加0.01～1份分散剂形成分散液，并且边滴加，边以1000～10000转/分钟的速度搅拌，在滴加完成后，继续搅拌5～10分钟，然后在1000～10000转/分钟的搅拌速度条件下缓慢的将分散液滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以1000～10000转/分钟的速度搅拌5～60分钟后静置。

较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

按照重量份计，称取0.11～11份掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体和89～94份PH值为1～7的亲水树脂乳液，调节掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体的PH值为1～7，且与亲水树脂乳液的PH相差0～1，在3000～5000转/分钟的高转速条件下缓慢的将掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后继续以3000～5000转/分钟的速度搅拌15～45分钟后静置。

较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

按照重量份计，称取0.11～11份铜包覆的纳米二氧化钛胶体和89～99份PH值为1～7的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜包覆的纳米光触媒胶体的PH值为1～7，且与聚丙烯酸酯亲水树脂乳液的PH相差0～1，向铜包覆是纳米二氧化钛溶胶中缓慢滴加0.01～1份分散剂形成分散液，并且边滴加，边以3000～5000转/分钟的速度搅拌，在滴加完成后，继续搅拌5～10分钟，然后在3000～5000转/分钟的搅拌速度条件下缓慢的将分散液滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以3000～5000转/分钟的速度搅拌15～45分钟后静置。

掺杂有重金属的纳米金属氧化物胶体为铜包覆的纳米二氧化钛胶体，该胶体平均粒径为1～100nm；所述亲水树脂乳液为聚丙烯酸酯类树脂乳液，该乳液的初始亲水角为1～10°，持久亲水角为1～20°

本发明还提供一种抗菌防霉亲水铝箔，该铝箔包括铝制基层和如上所述的抗菌防霉亲水涂料层，该涂料层涂覆在铝制基层外围，该涂料层的厚度是1～2μm。

本发明还提供一种制备如上所述的抗菌防霉亲水铝箔的方法，该方法包括如下步骤：

将铝制基底经脱脂、漂洗、干燥后，再涂防腐底漆，然后经干燥、冷却后涂抗菌防霉亲水涂料，再干燥、冷却后制得成品。

本发明的有益的技术效果在于：

通过选择合适的PH值、分散条件以及分散剂，将铜包覆的纳米二氧化钛溶胶分散在超亲水的聚丙烯酸酯类树脂乳液中，形成稳定的分散系涂料，不易产生团聚和沉淀现象，具有易保存的特点，而且该涂料涂覆到铝箔上成膜性好，附着力强。

通过将铜包覆的纳米二氧化钛分散到超亲水的聚丙烯酸酯类树脂乳液中形成涂料，使得该涂料不仅具有亲水功能，还具有抗菌防霉功能。

通过选择铜包覆的纳米二氧化钛作为抗菌防霉材料，具有杀菌率高，而且具有持续时间长的特点。

【具体实施方式】

本发明涉及一种抗菌防霉亲水涂料、铝箔及其制备方法，特别涉及一种分散有铜包覆的纳米二氧化钛的聚丙烯酸酯类涂料、喷涂有该涂料的铝箔以及它们的制备方法。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述和说明：

实施例1

一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该抗菌防霉亲水涂料包括0.01％的纳米铜微粒、10％的纳米二氧化钛微粒、89.98％的聚丙烯酸酯亲水树脂和0.01％的分散剂，所述纳米铜微粒包覆在纳米二氧化钛微粒外，所述铜包覆的纳米二氧化钛的平均粒径为1nm，该铜包覆的纳米二氧化钛微粒均匀的分散在聚丙烯酸酯类亲水树脂乳液中，该涂料的Zeta电位绝对值为10。制备该抗菌防霉亲水涂料的方法如下：

按照重量份计，称取平均粒径为1nm的10.01份铜包覆的纳米二氧化钛胶体和89.98份PH值为1的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜包覆的纳米二氧化钛胶体的PH值为1，且与聚丙烯酸酯亲水树脂乳液的PH相等，向铜包覆的纳米二氧化钛溶胶缓慢滴加0.01份聚丙烯酰胺作为分散剂形成分散液，并且边滴加，边以1000转/分钟的速度搅拌，在滴加完成后，继续搅拌5分钟，然后在10000转/分钟的高转速条件下缓慢的将此分散液滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以10000转/分钟的速度搅拌5分钟后静置。

制得的抗菌防霉亲水涂料中，所述分散剂附着在铜包覆的纳米二氧化钛微粒的表面。

制得的该涂料的PH值为1。

将上述制得的抗菌防霉亲水涂料涂覆在铝制基层上形成抗菌防霉亲水铝箔，该铝箔可用于制成空调的热交换器的散热翅片，不仅具有非常好的亲水性能，同时还具有抗菌防霉的效果，具体制备方法如下：将铝制基底经脱脂、漂洗、干燥后，再涂防腐底漆，然后经干燥、冷却后涂抗菌防霉亲水涂料，再干燥、冷却后制得成品。

该抗菌防霉亲水涂料层涂覆在铝制基层外围，该涂料层的厚度是1μm。

对该铝箔的涂料层的各种性能进行测试，其结果如下：

1、超亲水抗菌防霉涂层的亲水性：初始亲水角1°≤θ≤10°；持久亲水角(循环水24hr)，1°＜θ＜20°；1000次干湿循环，1°＜6＜20°；

2、超亲水抗菌防霉涂层的耐碱性：20％NaOH浸泡3min，表面无明显变化；

3、涂膜附着力：J1SH4001网格试验，100％无剥落；

4、涂层耐热性：200℃，10min不变色；

5、涂层抗菌性能：对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑制浓度(MIC)小于800ug/ml。24小时的抗菌率在99％以上。

6、涂层防霉性能：防霉等级为0级。

实施例2

一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该抗菌防霉亲水涂料包括1％纳米铜微粒、5％纳米二氧化钛微粒、93％聚丙烯酸酯亲水树脂和1％分散剂，所述纳米铜微粒包覆在纳米二氧化钛微粒外，所述铜包覆的纳米二氧化钛的平均粒径为100nm，该铜包覆的纳米二氧化钛微粒均匀的分散在聚丙烯酸酯亲水树脂乳液中，该涂料的Zeta电位绝对值为100。制备该抗菌防霉亲水涂料的方法如下：

按照重量份计，称取平均粒径为100nm的6份铜包覆的纳米二氧化钛胶体和93份PH值为10的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜包覆的纳米二氧化钛胶体的PH值为7，向铜包覆的纳米二氧化钛溶胶缓慢滴加1份甲基戊醇，并且边滴加，边以10000转/分钟的速度搅拌，在滴加完成后，继续搅拌10分钟，然后在1000转/分钟的转速条件下缓慢的将此分散液滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以1000转/分钟的速度搅拌60分钟后静置。

制得的该涂料的PH值为9

该抗菌防霉亲水涂料层涂覆在铝制基层外围，该涂料层的厚度是2μm。

对该铝箔的涂料层的各种性能进行测试，其结果如下：

1、超亲水抗菌防霉涂层的亲水性：初始亲水角1°≤θ≤10°；持久亲水角(循环水24hr)，1°＜θ＜20°；1000次干湿循环，1°＜θ＜20°；

3、涂膜附着力：J1SH4001网格试验，100％无剥落；

4、涂层耐热性：200℃，10min不变色；

6、涂层防霉性能：防霉等级为0级。

实施例3

一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该抗菌防霉亲水涂料包括1％纳米铜微粒、10％纳米二氧化钛微粒、89％聚丙烯酸酯亲水树脂，所述纳米铜微粒包覆在纳米二氧化钛微粒外，所述铜包覆的纳米二氧化钛的平均粒径为50nm，该铜包覆的纳米二氧化钛微粒均匀的分散在聚丙烯酸酯亲水树脂乳液中，该涂料的Zeta电位绝对值为50。制备该抗菌防霉亲水涂料的方法如下：

按照重量份计，称取平均粒径为50nm的11份铜包覆的纳米二氧化钛胶体和89份PH值为7的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜包覆的纳米二氧化钛胶体的PH值为7，边以5000转/分钟的速度搅拌边将铜包覆的纳米二氧化钛溶胶缓慢滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以3000转/分钟的速度搅拌45分钟后静置。

制得的该涂料的PH值为7。

该抗菌防霉亲水涂料层涂覆在铝制基层外围，该涂料层的厚度是1.5μm。

对该铝箔的涂料层的各种性能进行测试，其结果如下：

1、超亲水抗菌防霉涂层的亲水性：初始亲水角θ≤10°；持久亲水角(循环水24hr)，θ＜20°；1000次干湿循环，θ＜20°；

3、涂膜附着力：J1SH4001网格试验，100％无剥落；

4、涂层耐热性：200℃，10min不变色；

6、涂层防霉性能：防霉等级为0级。

实施例4

一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该抗菌防霉亲水涂料包括0.5％纳米铜微粒、8％纳米二氧化钛微粒、91.5％聚丙烯酸酯亲水树脂，所述纳米铜微粒附着在纳米二氧化钛微粒上，所述铜附着的纳米二氧化钛的平均粒径为40nm，该铜附着的纳米二氧化钛微粒均匀的分散在聚丙烯酸酯亲水树脂乳液中，该涂料的Zeta电位绝对值为30。制备该抗菌防霉亲水涂料的方法如下：

按照重量份计，称取平均粒径为40nm的8.5份铜附着的纳米二氧化钛胶体和89份PH值为6的聚丙烯酸酯亲水树脂乳液，调节铜附着的纳米二氧化钛胶体的PH值为5，边以3000转/分钟的速度搅拌边将铜附着的纳米二氧化钛溶胶缓慢滴加到亲水树脂乳液中，滴加完成后再以1000转/分钟的速度搅拌60分钟后静置。

制得的抗菌防霉亲水涂料中，所述分散剂附着在铜附着的纳米二氧化钛微粒的表面。

制得的该涂料的PH值为5.8。

对该铝箔的涂料层的各种性能进行测试，其结果如下：

3、涂膜附着力：J1SH4001网格试验，100％无剥落；

4、涂层耐热性：200℃，10min不变色；

6、涂层防霉性能：防霉等级为0级。

上述实施例中只列举了以纳米铜作为纳米重金属微粒，实际上，还可以用纳米银、纳米金、纳米锌等代替纳米铜作为防霉抗菌的重金属离子的来源；也只列举了纳米二氧化钛胶体作为纳米金属氧化物，实际上，也可以用纳米氧化锌和其他纳米级光触媒材料来代替纳米二氧化钛胶体，纳米二氧化钛不仅具有光触媒的作用，还同时是纳米铜微粒的载体；采用其他聚丙烯酸酯类树脂也可以代替聚丙烯酸酯树脂，如：将丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯等单体，通过改变各单体的比例以及加入适量的交联助剂和氨基硅油亲水性加强剂，按自由基共聚机理和乳液聚合方法合成超亲水的聚丙烯酸酯类涂料，还可以用其他亲水树脂代替丙烯酸酯类亲水树脂。

所述纳米铜微粒可附着在纳米二氧化钛微粒上也可以包覆在纳米二氧化钛微粒外，这些情况统称纳米铜微粒掺杂纳米二氧化钛。

需要说明的是，普通的技术人员针对上述的实施例还可以很简单的想到其他的实施例，并且通过简单的多次实验，就能够得到一些改进。但是无论怎么改进，只要这些技术方案在本发明的构思范围内，应等同于本专利的技术方案，属于本专利的保护范围。

Claims

1.一种抗菌防霉亲水涂料，按照重量百分比计，该涂料包括：0.01％～1％纳米重金属微粒、5％～10％纳米金属氧化物微粒和89％～94％亲水树脂，该涂料的PH值为1～10，Zeta电位的绝对值为10～100。

2.根据权利要求1所述的抗菌防霉亲水涂料，其特征在于，所述纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面，纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面形成的重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的平均粒径为1～100nm。

3.根据权利要求2权利要求所述的抗菌防霉亲水涂料，其特征在于，所述重金属占所述重金属包覆的纳米金属氧化物微粒为0.1％～20％。

4.根据权利要求1所述的抗菌防霉亲水涂料，其特征在于，该涂料还包括分散剂，按重量百分比计，各组分含量分别为：

5.根据权利要求4所述的抗菌防霉亲水涂料，其特征在于，所述纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面，纳米重金属微粒包覆在所述纳米金属氧化物微粒的外面形成的重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的平均粒径为1～100nm，所述分散剂附着在重金属包覆的纳米金属氧化物微粒的表面。

6.一种制备抗菌防霉亲水涂料的方法，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

7.根据权利要求6所述的制备抗菌防霉亲水涂料的方法，其特征在于，较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤还包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的制备抗菌防霉亲水涂料的方法，其特征在于，较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

9.根据权利要求8所述的制备抗菌防霉亲水涂料的方法，其特征在于，较优的，制备该抗菌防霉亲水涂料的步骤如下：

10.一种抗菌防霉亲水铝箔，该铝箔包括铝制基层和如权利要求6-9任一所述的抗菌防霉亲水涂料层，该涂料层涂覆在铝制基层外围，该涂料层的厚度是1～2μm。