CN108690448A - 一种医疗器械用变色涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种医疗器械用变色涂料及其制备方法和应用，其包括以下重量份数配比的原料：水性羟基丙烯酸乳液25～50份、固化剂5～20份、助溶剂2～5份、有机硅酮粉1～5份、纳米氧化铝1～5份、纳米氧化锆0.05～0.5份、纳米负离子粉0.1～3份、钛白粉4～8份、纳米氧化锌0.05～0.5份、感温变色粉1～6份、硅溶胶0.1～1份、pH调节剂0.1～0.2份、消泡剂0.1～0.2份、成膜助剂2～5份、分散剂0.3～0.5份、基材润湿剂0.3～0.5份、去离子水5～10份、增稠剂0.5～1.0份。所得涂料VOCs含量低，涂层具备良好的耐光性、耐化学性、硬度、抗菌性、空气净化性能和变色指示效果。

Description

一种医疗器械用变色涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料领域，尤其涉及一种医疗器械用变色涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着生活水平的提高，医疗器械应用越来越广泛，大到医院的医疗床小到家庭的坐便器。由于医疗设备应用环境的特殊性且客户以病人或体弱者为主，医疗器械对涂料的环保要求越来越高，传统的油漆含有大量的有机挥发物(volatile organic compounds，VOCs)，常温下可以释放出甲苯、苯、二甲苯等多种挥发性有机化合物。当空气中VOCs达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果，对人体尤其是病人或体弱者会造成严重的健康危害。VOCs的长期释放还会污染环境，加重光化学烟雾污染、区域灰霾、酸雨等大气复合污染，给更多人带来健康威胁。
医疗器械多处于开放式环境中，有些安置于户外，在日晒或严寒天气下，其表层温度的极冷极热会给使用者带来触感上的严重不适，高温灭菌尚未冷却的医疗器械甚至会造成使用者烫伤。另一方面，医疗器械经过长时间、高频率使用以及多次接触清洁剂、消毒剂之后，往往会因日晒、日光灯照射、汗液侵蚀、化学品侵蚀等出现漆膜变色、老化等情况。与人体皮肤经常接触的医疗器械如坐便器、功能床、康复训练器械等，在使用过程中若维护不当、消毒不及时，皮肤接触部位的器械上残留的汗液或皮肤脱落碎屑中的细菌会滋生繁殖，还有可能诱发使用者之间的交叉感染，存在潜在的健康隐患。此外，医疗器械由于使用频率较高，还容易因磕碰、摩擦而出现漆膜磨损的情况。
发明内容
针对现有医疗器械用涂料的VOCs含量高、医疗器械的温度影响使用者的舒适度和安全度、涂层易于变色、老化、滋生细菌、磨损的问题，本发明提供一种医疗器械用变色涂料。
以及，本发明还提供一种医疗器械用变色涂料的制备方法。
以及，本发明还提供一种上述医疗器械用变色涂料在医疗器械涂料中的应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：
一种医疗器械用变色涂料，包括以下重量份数配比的原料：
本发明为水性涂料，相对于传统涂料来说，VOCs含量低，具有更好的环保特性；通过添加感温变色粉，使涂层可随患者的体温、外界环境变化而变色，便于使用者对医疗器械或使用者体温进行判断，提高使用的舒适度和安全度；通过选用高性能水性羟基丙烯酸乳液和固化剂及其他配方，使固化后的涂层具有较好的耐光性、耐化学品性、抗菌性和较高的硬度，不易老化变色和磨损，此外还具有空气净化作用。
以及，本发明还提供一种医疗器械用变色涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、按照上述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将1/2～2/3配方量的去离子水、1/2～2/3配方量的pH调节剂、分散剂、1/2～2/3配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合均匀；
步骤b、在搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，预混均匀后加入到步骤a所得混合物中，混合均匀，加入增稠剂调节粘度，作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
本发明提供的医疗器械用变色涂料的制备方法操作简单，适宜于大生产操作。临用前现混合A、B组份混合物，可以避免A、B组份提前反应，从而延长了涂料的保存期限。
以及，本发明实施例还提供上述医疗器械用变色涂料在医疗器械涂料中的应用。医疗器械上涂刷本发明所提供的涂料后，可随外界环境和使用者体温而变色，提高了使用舒适度和安全度，同时，对光、化学品的耐受性更佳，硬度高、耐磨损性良好，并具有抗菌性和空气净化效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种医疗器械用变色涂料，包括以下重量份数配比的原料：
本发明为水性涂料，相对于传统涂料来说，VOCs含量低，具有更好的环保特性。通过添加感温变色粉，使涂层可随患者的体温、外界环境变化而变色，从而指示医疗器械表面温度，便于使用者在使用医疗器械前根据需要采取降温或避寒措施，还可以指示出使用者与医疗器械接触部位的体温，如深圳市幻彩变色科技有限公的100系列变色粉，能够可逆感温，达到变色粉变色温度时，变色粉微胶囊开始变透明，随温度下降慢慢变回原来本身颜色，可反复变色。通过选用高性能水性羟基丙烯酸乳液和固化剂，使固化后的涂层硬度高、柔韧性好、光泽高、丰满度高，具有较好的耐光性、耐化学品性的特点，水性羟基丙烯酸乳液如拜耳的A2695，固化剂如拜耳的401-70；同时添加钛白粉和纳米氧化锌，使漆膜具有杀菌抑菌、防污、除臭、自清洁的作用，且锌为人体必需元素，安全健康，纳米氧化锌还具有不影响涂层色光、在光和水存在的条件下依然可以起到很好抑菌灭菌效果的特点，且对接触的皮肤刺激小，如南通达西浓纳米科技有限公司的纳米氧化锌粉体；纳米氧化铝具有优异的耐磨、增硬、耐高温及绝缘等性能，如南京保克特新材料有限公司的纳米氧化铝，纳米氧化铝和纳米氧化镐同时使用，既提高了涂层的硬度，又能提高涂层的阻燃性能；纳米负离子粉有助于空气净化，使医疗器械所在空间的空气更好地保持清洁，有利于人体健康。通过添加有硅溶胶，能够减少沉降，使涂料兑水容忍度高，易于施工，如浙江开化龙邦硅溶胶厂的JN20-30-6。
具体地，所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和聚氨酯类成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和所述聚氨酯类成膜助剂的质量比为1∶1～2。所述的两种成膜助剂均为环保助剂，可以有效降低乳胶漆的最低成膜温度、提高涂层的耐擦洗性、明显改善涂料的成膜性能、提高涂层的光泽度、强度以及抗粉化性能，并能增进流平性，同时，这两种成膜助剂还具有优异的湿膜性能、提高涂层的耐候性及展色性。如广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12成膜助剂。
进一步优选地，所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷，具有不溶、不熔的热固性，集无机粉体和有机粉体的优点为一体，具有良好的润滑性，还能促进颜料分散，防止颜料和粉粒结块。配方中使用该材料能够增加涂料的使用温度、提高涂料的力学性能、防止金属粉等沉降团聚，使涂层具有良好的耐水、耐污效果、自清洁和耐擦洗性能，能够提高涂层的疏水、疏油渍，防滑痕、防指纹印记等效果。如广州巴泰化工有限公司的BT-9273硅酮粉。
进一步优选地，所述固化剂为亲水改性脂肪族聚异氰酸酯，与水性羟基丙烯酸乳液反应进行成膜，可改善涂料的性能，使固化后的涂层硬度高、柔韧性好、光泽高、丰满度高，具有较好的耐光性、耐化学品性的特点。
进一步优选地，所述纳米负离子粉中主要含有铁、硅、铝、钛、硼的氧化物，具有热电和压电效应，当外界条件发生变化，如温度差、湿度差、摩擦等情况时，能将空气中的氧气分子转化为负氧离子，有助于空气净化。如东莞市腾美纳米新材料有限公司的TM-310负离子粉。
进一步优选地，所述钛白粉为20～40nm粒径范围的金红石型钛白粉和200～300nm粒径范围的金红石型钛白粉的混合物，且所述20～40nm粒径范围的金红石型钛白粉和所述200～300nm粒径范围的金红石型钛白粉的质量比为1～7∶1。纳米钛白粉(TiO2)使得本发明的涂料具有杀菌、防污、除臭、自洁的功效，应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所时，可净化空气、防止感染、除臭除味，有效杀灭有害细菌。20～40nm粒径范围的金红石型钛白粉如杜邦公司的R-103或江沪钛白公司的JHNM-W，单用或搭配使用；200～300nm粒径范围的金红石型钛白粉如杜邦公司的R706或TPIAQUE公司的R-980，单用或搭配使用。两种不同粒径的金红石型钛白粉混和使用，除节约成本外，还能够达到遮盖以及荷叶仿生的自清洁效果。
所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，是性能优良的低毒高级工业溶剂，在本发明配方中可以高效而完全地溶解固化剂，如美国陶氏化工的丙二醇甲醚醋酸酯。
所述pH调节剂为具有中和作用的胺类助剂，不仅可以调节体系的酸碱性，还具有一定的辅助成膜的特性，如德国巴斯夫公司的二甲基乙醇胺、美国陶氏化工的多功能助剂AMP-95，单用或搭配使用。
所述消泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，其中所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和所述有机硅类消泡剂的混合物的质量比为0.8～1.2∶1，磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂的铺展能力很强，能瞬间使泡沫大量破裂，达到消泡作用，如MOUSSEX公司的941PL，但由于磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂极易溶解于溶液中而失去消泡作用，因而其抑泡能力很弱，单独作为消泡剂使用时需要连续不断地添加或增加来维持消泡作用；有机硅类消泡剂难以与水及多数有机溶剂混溶，不易溶入各种发泡介质，因此可以在相当长的时间内发挥消泡抑泡作用，如比克公司的消泡作用助剂BYK-028或BYK024。本发明将两种消泡剂混合使用，在发挥快速消泡作用的同时，还能维持较长时间的消泡、抑泡作用。
所述分散剂为聚酯聚酰胺类分散剂，尤其适用于含有钛白粉的涂料中，能够帮助润湿、分散无机颜料和填料，减低分散时间、提高颜料量、促进光泽和流平性、降低涂料黏度，如埃夫科纳的AFCONA-5010。
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂，可以改善溶液的流动性，并可使漆膜具有光滑手感，同时还具有高相容性，可以与其他物料很好地相容，如迪高的Tego-100、埃夫科纳的AFCONA-3031，单用或搭配使用。
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂，能够提高涂料粘度使之达到所需物理特性，改变涂料流动性使漆膜达到更优良的外观效果，防止涂料流挂以保证涂层的机械性能和稳定性，并可以提高产品固含量，降低用料成本，如宁柏迪的聚氨酯型增稠剂PS202。
以及，本发明实施例还提供一种医疗器械用变色涂料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
步骤a、按照上述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将1/2～2/3配方量的去离子水、1/2～2/3配方量的pH调节剂、分散剂、1/2～2/3配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合均匀；
步骤b、在搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，预混均匀后加入到步骤a所得混合物中，混合均匀，加入增稠剂调节粘度，作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
本发明提供的医疗器械用变色涂料的制备方法操作简单，适宜于大生产操作。临用前现混合A、B组份混合物，可以避免A、B组份提前反应，从而延长了涂料的保存期限。
具体地，步骤a中所述混合均匀为在800～1200r/min的速度下搅拌12～18min。优选的搅拌速度可在充分搅拌的过程中避免产生过多气泡，若搅拌速度过快则易增加气泡，需增加消泡剂用量，从而增加原料成本，搅拌速度过慢则不宜充分搅拌均匀，需延长搅拌时间，增加时间成本。
步骤b中，所述搅拌的速度为400～600r/min，原料在搅拌状态下依次加入混合液中，可以使各原料更为快速而均匀地分散在混合物中，并避免结块，提高混合效率和均匀度。所述预混均匀为在800～1200r/min的速度下搅拌9～12min，使原料混合均匀；所述混合均匀为在500～700r/min的速度下搅拌9～12min，使原料混合物与步骤a所得混合物更充分地混合；所述调节粘度为：先在400～600r/min的速度下搅拌9～12min，使增稠剂更快地发挥增稠作用，再调整粘度使混合物在25℃的涂-4杯粘度为60～90s，使涂料具备足够的粘稠度，以便防止涂料流挂、使涂层具有更优良的外观效果、机械性能和稳定性。
为了更好的说明本发明实施方式，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例提供一种医疗器械用变色涂料，包括以下重量份数配比的原料：
其中，钛白粉为杜邦公司R-103和R706的质量比为1∶1的混合物，消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和比克公司的BYK-028的质量比为1.2∶1的混合物，成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12的质量比为1∶1的混合物。
按照下述方法进行制备：
步骤a、按照上所述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将1/2配方量的去离子水、1/2配方量的pH调节剂、分散剂、1/2配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合，在800r/min的速度下搅拌12min；
步骤b、在400r/min的搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，在800r/min的速度下搅拌12min预混均匀后，加入到步骤a所得混合物中，在500r/min的速度下搅拌12min混合均匀，加入增稠剂，在400r/min的速度下搅拌12min，调节粘度，使混合物在25℃的涂-4杯粘度为60s作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
实施例2
本发明实施例提供一种医疗器械用变色涂料，包括以下重量份数配比的原料：
其中，钛白粉为江沪钛白公司的JHNM-W和TPIAQUE公司的R-980的质量比为4∶1的混合物，消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和比克公司的BYK-024的质量比为1∶1的混合物，成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12的质量比为1∶2的混合物。
按照下述方法进行制备：
步骤a、按照上所述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将1/2配方量的去离子水、1/2配方量的pH调节剂、分散剂、1/2配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合，在1000r/min的速度下搅拌10min；
步骤b、在500r/min的搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，在1000r/min的速度下搅拌10min预混均匀后，加入到步骤a所得混合物中，在600r/min的速度下搅拌10min混合均匀，加入增稠剂，在500r/min的速度下搅拌10min，调节粘度，使混合物在25℃的涂-4杯粘度为80s作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
实施例3
本发明实施例提供一种医疗器械用变色涂料，包括以下重量份数配比的原料：
其中，钛白粉为江沪钛白公司的JHNM-W和杜邦公司的R706的质量比为7∶1的混合物，消泡剂为MOUSSEX公司的941PL和比克公司的BYK-024的质量比为0.8∶1的混合物，成膜助剂为广州宇泰化工科技有限公司的环保净味型成膜助剂AF和美国伊士曼的醇酯-12的质量比为1∶1.5的混合物。
按照下述方法进行制备：
步骤a、按照上所述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将2/3配方量的去离子水、2/3配方量的pH调节剂、分散剂、2/3配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合，在1200r/min的速度下搅拌9min；
步骤b、在600r/min的搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，在1200r/min的速度下搅拌9min预混均匀后，加入到步骤a所得混合物中，在700r/min的速度下搅拌9min混合均匀，加入增稠剂，在600r/min的速度下搅拌9min，调节粘度，使混合物在25℃的涂-4杯粘度为90s作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
将实施例1～3所制得的医疗器械用变色涂料涂刷于医疗器械上，所得涂层具有爽滑的手感和清新的白色外观，可随环境和使用者体温而变色，并且具有一定的自清洁效果，可防指纹、污渍等印记，能够保持表面光洁。记录流平时间及涂层性能，结果见表1。
表1实施例1～3流平时间及涂层性能
由表1中的试验结果可见，本发明各实施例所提供的医疗器械用变色涂料流平时间短，涂层硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性、耐候性、耐光性均表现良好，且不需要涂层过厚。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种医疗器械用变色涂料，其特征在于：包括以下重量份数配比的原料：
2.根据权利要求1所述的医疗器械用变色涂料，其特征在于：所述成膜助剂为丙二醇苯醚类成膜助剂和聚氨酯类成膜助剂的混合物，且所述丙二醇苯醚类成膜助剂和所述聚氨酯类成膜助剂的质量比为1∶1～2。
3.根据权利要求1所述的医疗器械用变色涂料，其特征在于：所述有机硅酮粉为聚甲基硅倍半氧烷。
4.根据权利要求1所述的医疗器械用变色涂料，其特征在于：所述固化剂为亲水改性脂肪族聚异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的医疗器械用变色涂料，其特征在于：所述纳米负离子粉中主要含有铁、硅、铝、钛、硼的氧化物。
6.根据权利要求1所述的医疗器械用变色涂料，所述钛白粉为20～40nm粒径范围的金红石型钛白粉和200～300nm粒径范围的金红石型钛白粉的混合物，且所述20～40nm粒径范围的金红石型钛白粉和所述200～300nm粒径范围的金红石型钛白粉的质量比为1～7∶1；和/或
所述助溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯；和/或
所述pH调节剂为具有中和作用的胺类助剂；和/或
所述消泡剂为磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和有机硅类消泡剂的混合物，其中所述磷酸脂类疏水性消泡抑泡剂和所述有机硅类消泡剂的混合物的质量比为0.8～1.2∶1；和/或
所述分散剂为聚酯聚酰胺类分散剂；和/或
所述基材润湿剂为聚醚改性聚硅氧烷类润湿剂；和/或
所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂。
7.一种医疗器械用变色涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、按照权利要求1～6任一项所述医疗器械用变色涂料的原料配方称取各原料组分，将1/2～2/3配方量的去离子水、1/2～2/3配方量的pH调节剂、分散剂、1/2～2/3配方量的消泡剂、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化锌、感温变色粉、钛白粉、硅溶胶、有机硅酮粉、负离子粉混合均匀；
步骤b、在搅拌状态下将水性羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、剩余去离子水、剩余pH调节剂、剩余消泡剂以及基材润湿剂依次加入混合容器中，预混均匀后加入到步骤a所得混合物中，混合均匀，加入增稠剂调节粘度，作为A组份；
步骤c、将固化剂溶解在助溶剂中，作为B组份；
步骤d、临用前将A组份与B组份混合，即得。
8.根据权利要求7所述的医疗器械用变色涂料的制备方法，其特征在于，步骤b中所述搅拌的速度为400～600r/min；和/或
步骤b中所述预混均匀为在800～1200r/min的速度下搅拌9～12min；和/或
步骤b中所述混合均匀为在500～700r/min的速度下搅拌9～12min；和/或
步骤b中所述调节粘度为：先在400～600r/min的速度下搅拌9～12min，再调整粘度使混合物在25℃的涂-4杯粘度为60～90s。
9.根据权利要求7所述的医疗器械用变色涂料的制备方法，其特征在于，步骤a中所述混合均匀为在800～1200r/min的速度下搅拌12～18min。
10.一种如权利要求1～6任一项所述医疗器械用变色涂料在医疗器械涂料中的应用。
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