CN106085044B - 一种抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布 - Google Patents

一种抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布。该涂料包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳‑纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。本发明采用稻壳作为组分原料，来源广，相比石墨烯价格便宜，大大降低了生产成本，可以起到了抗菌作用，其中的少量颗粒碳和二氧化硅起到骨架的作用，提高了涂料的冲击强度。

Description

一种抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布
技术领域
本发明属于功能性材料技术领域，尤其涉及一种应用广泛的抗菌纳米涂料及其制备方法，还涉及一种基于该抗菌纳米涂料的涂布。
背景技术
涂料是国民经济发展不可缺少的材料之一，涂饰于物体表面能与基体材料很好粘结并形成完整而坚韧保护膜的物料，由于涂料的特殊作用较多，因而涂料品种繁多。
目前在市场上销售的化工部已颁发型号的涂料就多达近千种，其中可以根据功能进行分类，抗菌涂料其中的一种，具有良好的抗菌效果而被广泛使用，例如中国发明专利(CN105419495A)公开了一种具有阻燃抗菌功能的建筑涂料，由以下质量份数的组分组成：铝矾土48～52份、聚丙烯酰胺50～54份、邻苯二甲酸二丁酯46～50份、氯化石蜡50～54份、锌粉46～50份、邻苯二甲酸酐50～54份、纳米二氧化铝46～50份、醋酸纤维素52～56份、羟丙基甲基纤维素46～50份、乙二酸聚酯50～54份、乙二酸聚酯46～50份、氯菊酯50～54份、磷酸三丁氧基乙酯46～50份、聚乙烯醇缩丁醛50～54份、百菌清46～50份、硬脂酸锌50～54份、二甘醇丁醚46～50份、珍珠岩粉50～54份、水1000～2000份。本产品虽然具有较为优越的阻燃、耐酸碱、防水抗菌性能，适合在建筑领域使用，改善了产品性能，但是该涂料的组分多达19种，组分较为复杂，且本申请人通过实验室进行论证后，发现该种建筑涂料生产起来也较为困难，因此实用性较差，无法进行量产。
再如中国发明专利(CN105419495A)公开了一种石墨烯纳米银抗菌涂料，包括以下成份：水、纤维素、润湿剂、防冻剂、增稠剂、消泡剂、钛白浆、填料浆、多功能胺助剂、乳液、杀菌剂、成膜助剂、流平剂、抗甲醛助剂、含银抗菌剂，所述含银抗菌剂为石墨烯纳米银分散液。虽然本发明通过改进传统的配方，在配方中加入特制石墨烯纳米银分散液，具有抗菌作用，但是该发明采用的原料是石墨烯和纳米银，石墨烯目前使用更多是在航天或航空器材上，原因是其价格昂贵，将其应用到该发明的涂料，必然使其生产成本大大增加，降低了涂料的市场需求。
本发明的申请人基于目前市场的抗菌涂料的应用前景，通过积极探索，得出了本发明的抗菌纳米涂料。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抗菌纳米涂料，组分简单，降低了生产成本；还提供了一种抗菌纳米涂料的制备方法，工艺简单，易于操作；还提供了一种抗菌纳米涂料涂布，使用方便，可以应用在户外的临时设备上。
为了实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案：一种抗菌纳米涂料，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
优选的，所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合；所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部分醚化氨基树脂。
优选的，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体均选用粒径为30～60nm、固含量为15～25％的纳米水性浆料。
优选的，所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。
优选的，所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。
优选的，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体，其包含如下重量百分比的各组分：纳米粉体15～30％、润湿分散剂2～12％、去离子水60～70％，其中所述的润湿分散剂为德国毕克化学BYKT90、埃夫科纳的AFCONA4560、路博润Solseperse 20000的一种或几种的组合。
本发明还提供了一种抗菌纳米涂料的制备方法，包括以下具体步骤：
1)、制备四种纳米分散体
a、依次(按重量百分比)加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；
b、待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径(D50)在40～80nm之间时，停机得到纳米浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性；
2)、制备抗菌纳米涂料
a、把步骤1)中制得的纳米稻壳-纳米银分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，按组分重量百分比依次滴加到水性丙烯酸树脂中，搅拌分散15～30min；
b、按组分比例加入水性氨基树脂、流平剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀过滤即制得抗菌纳米涂料。
本发明还提供了一种抗菌纳米涂料涂布，该涂布包括基材和位于基材表面的抗菌纳米涂料层，该抗菌纳米涂料层通过喷涂、浸涂或旋涂中的任意一种方案涂覆在基材表面，其中所述的抗菌纳米涂料层中的各种组分百分比为：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
优选的，所述的基材是金属、纸、玻璃和塑料中的任意一种。
与现有技术相比，本发明能实现的有益效果至少包括以下几个方面：
1)本发明抗菌纳米涂料的组分种类大大减少，相应的制备方法工序简便化，操作方便快捷，提高了劳动效率，可以实现批量化生产，降低了劳动强度，节约了人工劳动成本；
2)本发明采用稻壳作为组分原料，来源广，相比石墨烯价格便宜，大大降低了生产成本；此外稻壳中含有一定量的杀菌物质、碳和二氧化硅，通过研磨成纳米颗粒添加到涂料中，分散均匀，不仅起到了抗菌作用，其中的少量颗粒碳和二氧化硅起到骨架的作用，提高了涂料的冲击强度。
具体实施方式
下面就通过这个给出的实施例来对本发明抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布进行示例性说明。
一种抗菌纳米涂料，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
作为优选方案，所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合；所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部分醚化氨基树脂。
作为优选方案，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体均选用粒径为30～60nm、固含量为15～25％的纳米水性浆料。
作为优选方案，所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。
作为优选方案，所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。
作为优选方案，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体，其包含如下重量百分比的各组分：纳米粉体15～30％、润湿分散剂2～12％、去离子水60～70％，其中所述的润湿分散剂为德国毕克化学BYKT90、埃夫科纳的AFCONA4560、路博润Solseperse 20000的一种或几种的组合。
一种抗菌纳米涂料的制备方法，包括以下具体步骤：
1)、制备四种纳米分散体
a、依次(按重量百分比)加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；
b、待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径(D50)在40～80nm之间时，停机得到纳米浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性；
2)、制备抗菌纳米涂料
a、把步骤1)中制得的纳米稻壳-纳米银分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，按组分重量百分比依次滴加到水性丙烯酸树脂中，搅拌分散15～30min；
b、按组分比例加入水性氨基树脂、流平剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀过滤即制得抗菌纳米涂料。
作为上述抗菌纳米涂料的应用，将其制作成涂布，该涂布包括基材和位于基材表面的抗菌纳米涂料层，该抗菌纳米涂料层通过喷涂、浸涂或旋涂中的任意一种方案涂覆在基材表面，其中所述的抗菌纳米涂料层中的各种组分百分比为：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
作为优选方案，所述的基材是金属、纸、玻璃和塑料中的任意一种。
实施例1
一种抗菌纳米涂料的制备方法，包括以下具体步骤：
1)、制备纳米分散体
a、纳米ATO分散体制备工艺如下：去离子水66％，润湿分散剂(T90)2％、润湿分散剂(AFCONA4560)7％、纳米ATO粉体25％，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为25％的纳米ATO分散体；
b、纳米稻壳-纳米银分散体制备工艺如下：去离子水64％，润湿分散剂(BYK90)2％、润湿分散剂(AFCONA4560)7％、纳米稻壳-纳米银粉体27％，其中纳米稻壳与纳米银的质量比为20：1，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在61nm左右、固含量为27％的纳米稻壳-纳米银分散体；
c、纳米LaB6分散体制备工艺如下：去离子水71％、润湿分散剂(T90)2％、润湿分散剂(AF4560)6％、纳米LaB6粉体21％，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在63nm左右、固含量为21％的纳米LaB6分散体；
d、纳米WO3分散体制备工艺如下：去离子水75％、润湿分散剂(Solseperse20000)5％、纳米WO3粉体20％，依次加入组分量的去离子水、润湿分散剂并搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到中位粒径在75nm左右、固含量为20％的纳米WO3分散体，依次(按重量百分比)加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；
2)、制备抗菌纳米涂料
a、在调漆桶中先加入水性环氧杂化丙烯酸树脂，然后一边搅拌一边缓慢滴加步骤1)中得到的纳米稻壳-纳米银分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，搅拌分散20～30min；
b、按组分比例加入甲醚化氨基树脂、流平剂、附着力促进剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀后过滤即制得抗菌纳米涂料。
本实施例的抗菌纳米涂料各组分的配比列于表1中。
实施例2
本实施例步骤同实施例1的制备工艺，抗菌纳米涂料各组分的配比列于表1中。
实施例3
本实施例步骤同实施例1的制备工艺，抗菌纳米涂料各组分的配比列于表1中。
实施例4
本实施例步骤同实施例1的制备工艺，抗菌纳米涂料各组分的配比列于表1中。
表1纳米透明隔热涂料各组分的配比(重量百分比)
原料名称 实例1 实例2 实例3 实例4
水性环氧杂化丙烯酸树脂 40 35 — —
纯硅丙丙烯酸树脂 — — 30 —
水性有机硅接枝丙烯酸树脂 — — — 40
甲醚化氨基树脂 15 — 12 12
水性部分醚化氨基树脂 — 15 — —
25％纳米ATO分散体 15 20 30 15
21％纳米LaB<sub>6</sub>分散体 8 10 8 10
20％纳米WO<sub>3</sub>分散体 10 8 8 10
流平剂 0.5 0.5 0.8 1.0
附着力促进剂 0.5 0.5 0.6 0.5
消泡剂 0.5 0.5 1 0.5
去离子水 10 10 9 10
27％纳米稻壳-纳米银分散体 0.5 0.5 0.6 1.0
纳米稻壳与纳米银的质量比 20:1 30:1 40:1 50:1
按照国家相关标准，对本发明抗菌纳米涂料的基本性能进行检测，测试结果如表2所示。
表2抗菌纳米涂料基本性能测试结果
结合上述的性能参数，本申请人对该发明的抗菌纳米涂料及涂布进行了系统的检测分析，通过分析得出，该涂料不仅保留了原有涂料的具体性能，同时增添了抗菌性能，此外与现有技术中的涂料硬度相比，在冲击强度和柔韧性方面的性能均有所提高，其中的少量颗粒碳和二氧化硅起到骨架的作用，提高了涂料的冲击强度。采用稻壳作为组分原料，来源广，相比石墨烯价格便宜，大大降低了生产成本。
以上仅以举例方式来详细阐明本发明抗菌纳米涂料、制备方法及抗菌纳米涂料涂布这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种抗菌纳米涂料，其特征在于，其包含如下重量百分比的各组分：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
2.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的水性丙烯酸树脂选用耐候性好的水性环氧杂化丙烯酸树脂、纯硅丙丙烯酸树脂、水性有机硅接枝丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的水性氨基树脂选用甲醚化氨基树脂或水性部分醚化氨基树脂。
4.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体均选用粒径为30～60nm、固含量为15～25％的纳米水性浆料。
5.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的流平剂选用水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的消泡剂选用水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的抗菌纳米涂料，其特征在于，所述的纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体、纳米稻壳-纳米银分散体，其包含如下重量百分比的各组分：纳米粉体15～30％、润湿分散剂2～12％、去离子水60～70％，其中所述的润湿分散剂为德国毕克化学BYKT90、埃夫科纳的AFCONA4560、路博润Solseperse 20000的一种或几种的组合。
8.一种根据权利要求1至7任一所述的抗菌纳米涂料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1)、制备四种纳米分散体
a、依次按重量百分比加入组分量的去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入纳米粉体；
b、待粉体加完后高速分散30min，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径(D50)在40～80nm之间时，停机得到纳米浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性；
2)、制备抗菌纳米涂料
a、把步骤1)中制得的纳米稻壳-纳米银分散体、纳米ATO分散体、纳米LaB6分散体、纳米WO3分散体，按组分重量百分比依次滴加到水性丙烯酸树脂中，搅拌分散15～30min；
b、按组分比例加入水性氨基树脂、流平剂、消泡剂和去离子水，搅拌混合均匀过滤即制得抗菌纳米涂料。
9.一种抗菌纳米涂料涂布，其特征在于，该涂布包括基材和位于基材表面的抗菌纳米涂料层，该抗菌纳米涂料层通过喷涂、浸涂或旋涂中的任意一种方案涂覆在基材表面，其中所述的抗菌纳米涂料层中的各种组分百分比为：水性丙烯酸树脂20～40％、水性氨基树脂10～20％、纳米ATO分散体15～30％、纳米LaB6分散体5～10％、纳米WO3分散体5～15％、流平剂0.5～1％、消泡剂0.5～1％、去离子水10～20％、纳米稻壳-纳米银分散体0.5～1％，其中所述的纳米稻壳与纳米银的质量比为(20～50)：1。
10.根据权利要求9所述的抗菌纳米涂料涂布，其特征在于，所述的基材是金属、纸、玻璃和塑料中的任意一种。
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