CN106497382B - 一种用于饮用水领域的抑菌涂料、抑菌水箱及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于饮用水领域的抑菌涂料、抑菌水箱及制备方法，包括壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水，还包括水性聚氨酯乳液；该方法先将壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水混合，搅拌均匀，然后加入水性聚氨酯乳液，搅拌条件下避光反应1小时，即可得到用于饮用水领域的抑菌涂料。将抑菌涂料涂覆在箱体内壁上，形成涂层，在涂层表面干燥后，用紫外光照射涂层，当涂层的颜色从乳白色完全变为黄棕色即可，形成抑菌涂层。本发明的抑菌涂料的附着力、稳定性和抑菌持久性均能达到技术标准要求，能够用于水箱中，本发明的抑菌水箱具有长时间不需清理，饮用水中微生物符合水质国家标准优点。

Description

一种用于饮用水领域的抑菌涂料、抑菌水箱及制备方法
技术领域
本发明属于饮用水领域，涉及饮用水的除菌，具体涉及一种用于饮用水领域的抑菌涂料、抑菌水箱及制备方法。
背景技术
近年来,水污染已经在某种程度上影响到居民的生活条件,特别是在一些发展中地区。目前,水污染主要来自重金属污染,有害微生物等。特别是微生物(细菌)污染，并没有引起重视。
在许多国家，城郊储水池和二次供水设施成为了常用的饮用水储存设备。但事实上,近50％的这些设施并没有经历过专业的清洗和消毒,导致过多的有害微生物进入饮用水系统。饮用后导致疾病传播，所以在此领域找到合适的水的净化和消毒的解决方案在环境保护中非常重要。
为了防止疾病通过饮用水的传播，中国颁布标准《饮用水质量标准GB5749-2006》,要求饮用水体中的菌群浓度不大于100CFU/毫升。但在许多地区很难达到这个标准，因此在此领域开发可以提供持久的抗菌效果,并对人体健康无害的抑菌材料是非常迫切和有益的。
常用防霉剂杀菌、抑菌效果差，不持久，容易产生二次生物毒性污染，因此应用受到限制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于饮用水领域的抑菌涂料，解决抑菌涂料的附着力、稳定性和抑菌持久性均衡达标的技术问题。
本发明的另一目的在于，提供一种用于饮用水领域的抑菌水箱，解决自来水作为直接饮用水过程中的抑菌问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种用于饮用水领域的抑菌涂料，包括壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水，还包括水性聚氨酯乳液；
所述的水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇为15～35份，异佛尔酮二异氰酸酯为35～50份，双羟甲基丙酸为10～20份，三乙胺为15～20份，固相中原料的摩尔份数之和为100份。
本发明还具有如下区别技术特征：
具体的，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液为100份，壳聚糖为3.5～4.5份，醋酸为4～6.4份，TiO2为0.2～0.3份，AgNO3为0.1～0.3份，水为89～92份。
优选的，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液为100份，壳聚糖为4.1～4.5份，醋酸为6～6.4份，TiO2为0.2～0.3份，AgNO3为0.2～0.3份，水为89份。
优选的，所述的水性聚氨酯乳液中的固含量为25％～35％。
最优选的，所述的水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
优选的，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇为15～20份，异佛尔酮二异氰酸酯为40～50份，双羟甲基丙酸为15～20份，三乙胺为15～20份，固相中原料的摩尔份数之和为100份。
具体的，所述的水性聚氨酯乳液按照以下步骤进行制备：
步骤一，在搅拌条件下，将异佛尔酮二异氰酸酯逐滴加入到80℃的聚丙二醇中，反应2h；
步骤二，将双羟甲基丙酸逐滴加入到步骤一的反应体系中，进行扩链反应，在65℃下反应2h；
步骤三，将反应体系降温至50℃，向反应体系中加入三乙胺，反应0.5h；
步骤四，在搅拌条件下向步骤四的反应体系中加入水进行乳化，获得水性聚氨酯乳液。
如上所述的抑菌涂料的制备方法，该方法先将壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水混合，搅拌均匀，然后加入水性聚氨酯乳液，搅拌条件下避光反应1小时，即可得到用于饮用水领域的抑菌涂料。
一种用于饮用水领域的抑菌水箱，包括箱体，在箱体内壁制备一层抑菌涂层，所述的抑菌涂层的制备过程为：将如权利要求1至6任一权利要求所述的抑菌涂料涂覆在箱体内壁上，形成涂层，在涂层表面干燥后，用紫外光照射涂层，当涂层的颜色从乳白色完全变为黄棕色即可，形成抑菌涂层。
所述的箱体为钢制的储水箱或塑料制的储水箱。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的抑菌涂料的附着力、稳定性和抑菌持久性均能达到技术标准要求，能够用于水箱中，具有附着力好，抑菌时间持久，疏水性能良好的特性，是一种性能良好的抑菌涂料，此涂料在使用时，无需其他辅料，可直接涂抹于水箱内壁，表面干燥后用紫外光照射即可。
本发明的抑菌水箱具有抑菌涂层，通过紫外光的照射将银离子转化为纳米银单质，抑菌效果好。与现有经常需进行水箱清理的净化和消毒的解决方案相比，本发明的抑菌水箱具有长时间不需清理，饮用水中微生物符合水质国家标准优点。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯体系,可用作涂料涂于水箱内壁形成膜层。然而，由于水性聚氨酯制品广泛存在着容易滋生微生物、老化并产生变色和气味，导致材料断裂等问题。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌涂料，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液(WPU)为100份，壳聚糖(CTS)为3.7份，醋酸为4份，TiO2为0.2份，AgNO3为0.1份，水为92份。
水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇(PPG-1000)为35份，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为35份，双羟甲基丙酸(DMPA)为15份，三乙胺15份。水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
水性聚氨酯乳液按照以下步骤进行制备：
步骤一，在搅拌条件下，将异佛尔酮二异氰酸酯逐滴加入到80℃的聚丙二醇中，反应2h；
步骤二，将双羟甲基丙酸逐滴加入到步骤一的反应体系中，进行扩链反应，在65℃下反应2h；
步骤三，将反应体系降温至50℃，向反应体系中加入三乙胺，反应0.5h；
步骤四，在搅拌条件下向步骤四的反应体系中加入水进行乳化，获得水性聚氨酯乳液。
聚丙二醇PPG-1000为无色透明油状粘稠液体，色泽≤20％Pt-Co，羟值为102～125mgKOH/g，数均分子量为900～1100，酸值≤0.5mgKOH/g，水份≤0.5％，质量浓度为1％的水液的pH值为5.0～7.0。
壳聚糖的脱乙酰度为80.0-95.0％。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的制备方法，该方法先将壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水混合，搅拌均匀，然后加入水性聚氨酯乳液，搅拌条件下避光反应1小时，即可得到用于饮用水领域的抑菌涂料。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的各项性能参数如表1所示。
实施例2：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌涂料，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液(WPU)为100份，壳聚糖(CTS)为3.5份，醋酸为5份，TiO2为0.3份，AgNO3为0.2份，水为91份。
水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇(PPG-1000)为30份，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为45份，双羟甲基丙酸(DMPA)为10份，三乙胺15份。水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
水性聚氨酯乳液的制备方法与实施例1相同，
原料聚丙二醇PPG-1000和壳聚糖的规格参数与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的制备方法与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的各项性能参数如表1所示。
实施例3：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌涂料，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液(WPU)为100份，壳聚糖(CTS)为4.1份，醋酸为6.4份，TiO2为0.2份，AgNO3为0.3份，水为89份。
水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇(PPG-1000)为20份，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为40份，双羟甲基丙酸(DMPA)为20份，三乙胺20份。水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
水性聚氨酯乳液的制备方法与实施例1相同，
原料聚丙二醇PPG-1000和壳聚糖的规格参数与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的制备方法与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的各项性能参数如表1所示。
实施例4：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌涂料，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液(WPU)为100份，壳聚糖(CTS)为4.2份，醋酸为6.4份，TiO2为0.2份，AgNO3为0.3份，水为89份。
水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇(PPG-1000)为20份，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为50份，双羟甲基丙酸(DMPA)为15份，三乙胺15份。水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
水性聚氨酯乳液的制备方法与实施例1相同，
原料聚丙二醇PPG-1000和壳聚糖的规格参数与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的制备方法与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的各项性能参数如表1所示。
对比例1：
本对比例给出一种涂料，其他组分与实施例4相同，区别仅仅在于，将实施例2中的水性聚氨酯乳液为更换为聚醚型水性聚氨酯乳液。
聚醚型水性聚氨酯乳液的制备方法为：
按照质量计：把脱水后的聚醚多元醇(N220)60份,甲苯二异氰酸酯12份分别加入三口烧瓶中,在75℃左右保温1.5个小时,再冷却至60℃,加入二羟甲基丙酸6份,在此温度下反应2-6小时。冷却至35℃左右,加入三乙胺3份及丙酮15份,反应5一10分钟,在激烈搅拌下,加入去离子水110份,继续搅拌几分钟,最后减压蒸出丙酮。
本对比例制备的涂料的各项性能参数如表1所示。
对比例2：
本对比例给出一种涂料，其他组分与实施例4相同，区别仅仅在于，将实施例2中的水性聚氨酯乳液为更换为丙烯酸聚氨酯复合乳液。
丙烯酸聚氨酯复合乳液的制备方法为：
按照质量计，取50份聚氨酯乳液(由甲苯二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯制得)，加入十二烷基苯磺酸钠和辛烷基酚聚氧乙烯醚复合的乳化剂5份，在50℃下保温0.5h，再将体系升温至80℃，低速搅拌下，均匀滴加43份的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸混合单体和引发剂偶氮二异丁腈2份，约2h滴完，在80℃下继续反应3h，得到丙烯酸聚氨酯复合乳液。
本对比例制备的涂料的各项性能参数如表1所示。
实施例5：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌涂料，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液(WPU)为100份，壳聚糖(CTS)为4.5份，醋酸为6份，TiO2为0.3份，AgNO3为0.2份，水为89份。
水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇(PPG-1000)为15份，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为45份，双羟甲基丙酸(DMPA)为20份，三乙胺20份。水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
水性聚氨酯乳液的制备方法与实施例1相同，
原料聚丙二醇PPG-1000和壳聚糖的规格参数与实施例1相同。
本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的制备方法与实施例1相同。本实施例的用于饮用水领域的抑菌涂料的各项性能参数如表1所示。
从表1中可以看出：对比例成膜的附着力较差，溶液的稳定性有待提高，其银离子的释放量较高，对水体有污染，不能作为饮用水箱内壁涂料。实施例中3、4和5中附着力，稳定性，银离子释放浓度等均较好，应用后均可达到抑菌及抑菌持久性等目的，能够满足使用性能，但从抑菌性能方面看，实施例4具有最优的效果。
实施例6至10：
本实施例给出一种用于饮用水领域的抑菌水箱，包括箱体，在箱体内壁制备一层抑菌涂层，抑菌涂层的制备过程为：将实施例1至5中的抑菌涂料涂覆在箱体内壁上，形成涂层，在涂层表面干燥后，用紫外光照射涂层，当涂层的颜色从乳白色完全变为黄棕色即可，形成抑菌涂层。
箱体为钢制的储水箱或塑料制的储水箱。
紫外光的能量强度(1米紫外线强度)为40μw/cm2，波长253.7nm。
表1用于饮用水领域的抑菌涂料的的试验结果

Claims (9)

1.一种用于饮用水领域的抑菌涂料，其特征在于，以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液为100份，壳聚糖为3.5～4.5份，醋酸为4～6.4份，TiO2为0.2～0.3份，AgNO3为0.1～0.3份，水为89～92份；
所述的水性聚氨酯乳液，包括固相和水，所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇为15～35份，异佛尔酮二异氰酸酯为35～50份，双羟甲基丙酸为10～20份，三乙胺为15～20份，固相中原料的摩尔份数之和为100份。
2.如权利要求1所述的抑菌涂料，其特征在于：以重量单位计，由以下原料组成：水性聚氨酯乳液为100份，壳聚糖为4.1～4.5份，醋酸为6～6.4份，TiO2为0.2～0.3份，AgNO3为0.2～0.3份，水为89份。
3.如权利要求1所述的抑菌涂料，其特征在于：所述的水性聚氨酯乳液中的固含量为25％～35％。
4.如权利要求3所述的抑菌涂料，其特征在于：所述的水性聚氨酯乳液中的固含量为30％。
5.如权利要求1所述的抑菌涂料，其特征在于：所述的固相中，以摩尔份数计，由以下原料制成：聚丙二醇为15～20份，异佛尔酮二异氰酸酯为40～50份，双羟甲基丙酸为15～20份，三乙胺为15～20份，固相中原料的摩尔份数之和为100份。
6.如权利要求1所述的抑菌涂料，其特征在于：所述的水性聚氨酯乳液按照以下步骤进行制备：
步骤一，在搅拌条件下，将异佛尔酮二异氰酸酯逐滴加入到80℃的聚丙二醇中，反应2h；
步骤二，将双羟甲基丙酸逐滴加入到步骤一的反应体系中，进行扩链反应，在65℃下反应2h；
步骤三，将反应体系降温至50℃，向反应体系中加入三乙胺，反应0.5h；
步骤四，在搅拌条件下向步骤四的反应体系中加入水进行乳化，获得水性聚氨酯乳液。
7.一种如权利要求1至5任一权利要求所述的抑菌涂料的制备方法，其特征在于：该方法先将壳聚糖、醋酸、TiO2、AgNO3和水混合，搅拌均匀，然后加入水性聚氨酯乳液，搅拌条件下避光反应1小时，即可得到用于饮用水领域的抑菌涂料。
8.一种用于饮用水领域的抑菌水箱，包括箱体，其特征在于：在箱体内壁制备一层抑菌涂层，所述的抑菌涂层的制备过程为：将如权利要求1至5任一权利要求所述的抑菌涂料涂覆在箱体内壁上，形成涂层，在涂层表面干燥后，用紫外光照射涂层，当涂层的颜色从乳白色完全变为黄棕色即可，形成抑菌涂层。
9.如权利要求8所述的抑菌水箱，其特征在于：所述的箱体为钢制的储水箱或塑料制的储水箱。
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