CN109401498A - 耐老化抗菌纳米涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:硅丙乳液40~50份、环氧树脂10~20份、滑石粉16~20份、硅藻土5~10份、改性纳米二氧化钛10~16份、成膜助剂2~6份、增稠剂0.1~0.5份、消泡剂0.1~0.5份及水20~30份;改性纳米二氧化钛主要由纳米二氧化钛掺杂锌之后再经过海藻酸钠表面处理制备获得。该抗菌涂料的纳米物质分散性好,并且具有很好的抗菌及耐老化性能。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域,具体涉及一种耐老化抗菌纳米涂料。
背景技术
涂料在中国传统名称为油漆或乳胶漆,是一种常用的表面装饰材料,在车辆、装饰、军事、交通、建筑等领域有着广泛的应用。其中建筑涂料是最常用的建材,在整个涂料市场中占据了大部分市场份额。传统的涂料通常由成膜物质、颜填料、溶剂、助剂等组成。
细菌等微生物存在于我们周围的各种场合。随着现代工业的迅猛发展,环境问题日趋严重。人们的环保意识逐渐提高,对功能性环保涂料的需求愈加迫切。传统的杀菌涂料是在涂料中加入杀菌剂,如取代芳烃类、杂环化合物、胺类化合物及有机金属化合物等有机物。但该类物质具有不同程度的毒性,自身对环境造成一定的污染,其安全性值得商榷。中国专利CN1454944A采用一种特殊制备的纳米二氧化钛光催化剂代替了传统的杀菌剂。该涂料在紫外光照射下不仅能起到杀菌消毒的作用,还能将甲醛、乙醛、甲硫醇等有机挥发性气体分解消除掉。在气相光催化中,低浓度有机挥发性物质在催化剂表面的吸附是整个光催化氧化过程的速率控制步骤,而该涂料对有机挥发性物质的吸附作用弱,限制了其光催化降解有机挥发性物质的效率。
我国城市空气质量普遍不佳,粉尘、汽车尾气、工业废气、工业酸雨等污染源众多,会对涂料漆膜造成不同程度的积灰和污染,使涂膜面目全非,失去装饰效果,甚至成为城市视觉污染,严重影响墙面的装饰和涂料正常使用年限。相比较涂料的“不耐脏”,“经久耐用”的瓷砖更受到人们的欢迎,这就使得涂料的推广应用举步维艰,这也是涂料墙面漆推广应用的主要障碍之一。面对我国如此严重的大气污染,涂料的耐沾污性和抗菌性能在几种物化性能中显得尤为重要。
目前所用的抗菌剂主要有天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂三大类。其中无机抗菌剂主要有银系抗菌剂和具有光催化作用的物质。无机抗菌剂无毒、无味、无刺激性、热稳定性好、不燃烧,已成为现用抗菌剂的主流。但是无机抗菌剂一般都为纳米材料,其与其他物质的均匀分散是比较难的急需解决的一个问题。
发明内容
本发明提出一种耐老化抗菌纳米涂料,该抗菌涂料的纳米物质分散性好,并且具有很好的抗菌及耐老化性能。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液40~50份、环氧树脂10~20份、滑石粉16~20份、硅藻土5~10份、改性纳米二氧化钛10~16份、成膜助剂2~6份、增稠剂0.1~0.5份、消泡剂0.1~0.5份及水20~30份;所述改性纳米二氧化钛主要由纳米二氧化钛掺杂锌之后再经过海藻酸钠表面处理制备获得。
优选地,所述改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤:
1)将纳米二氧化钛浸渍在0.3~0.6mol/L的锌离子溶液中超声搅拌2~6h,然后加入足够量的稀氨水溶液使得锌离子转变成氢氧化锌,过滤后在300~400℃下焙烧3~6h,得到掺杂锌的纳米二氧化钛;
2)将掺杂锌的纳米二氧化钛加入到0.8~1.6mol/L的海藻酸钠溶液中浸渍0.5~2h,然后升温至60℃~70℃,再加入硅烷偶联剂,搅拌反应2~6h,结束后离心真空干燥即可。
优选地,所述纳米二氧化钛与所述硅烷偶联剂的质量之比为25~35:1。
优选地,所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲(乙)氧基硅烷与乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的一种或者多种。
优选地,所述成膜助剂为醇酯十二或者丙二醇丁醚。
优选地,所述增稠剂为羟乙基纤维素或者羟丙基纤维素。
优选地,所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、乳化甲基硅油、乳化苯甲基硅油中的一种或者多种的组合。
本发明的耐老化抗菌纳米涂料的制备方法,包括以下步骤:
1)先将部分的硅丙乳液、部分的环氧树脂、成膜助剂与改性纳米二氧化钛混合后进行超声分散,超声分散时间为20~40min,得到分散液;
2)将步骤1)的分散液水浴升温至50~60℃,加入余下组分,搅拌混合后。冷却至室温即可。
本发明的有益效果:
本发明的耐老化抗菌纳米涂料中添加主要由纳米二氧化钛掺杂锌之后再经过海藻酸钠表面处理制备获得的改性纳米二氧化钛,将锌离子通过浸渍焙烧掺杂进纳米二氧化钛的结构中,其提高了纳米二氧化钛的表面活化能,更容易受紫外线诱导,在可见光、氧气、水的作用下即可以发生光化学反应,生成理想浓度的过氧化氢(H2O2),使得涂料表面具有抗菌普适性。进一步,掺杂锌的纳米二氧化钛经过海藻酸钠的表面处理,将纳米二氧化钛互相之间物理隔离开来,从而使纳米二氧化钛在硅丙乳液与环氧树脂中不发生粉体之间的团聚,也更容易分散和稳定;另外,发明人还惊奇地发现,这种改性纳米二氧化钛能够有效改善成膜后涂层的表面性能,降低漆膜对灰尘的黏附和吸入,从而提高涂料耐沾污性。
具体实施方式
实施例1
改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤:
1)将纳米二氧化钛浸渍在0.3mol/L的锌离子溶液中超声搅拌6h,然后加入足够量的稀氨水溶液使得锌离子转变成氢氧化锌,过滤后在300℃下焙烧6h,得到掺杂锌的纳米二氧化钛;
2)将掺杂锌的纳米二氧化钛加入到0.8mol/L的海藻酸钠溶液中浸渍2h,然后升温至60℃,再加入氨丙基三乙氧基硅烷,搅拌反应6h,结束后离心真空干燥即可。纳米二氧化钛与氨丙基三乙氧基硅烷的质量之比为25:1。
实施例2
改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤:
1)将纳米二氧化钛浸渍在0.6mol/L的锌离子溶液中超声搅拌2h,然后加入足够量的稀氨水溶液使得锌离子转变成氢氧化锌,过滤后在400℃下焙烧6h,得到掺杂锌的纳米二氧化钛;
2)将掺杂锌的纳米二氧化钛加入到1.6mol/L的海藻酸钠溶液中浸渍0.5h,然后升温至70℃,再加入乙烯基三乙氧基硅烷,搅拌反应2h,结束后离心真空干燥即可。纳米二氧化钛与乙烯基三乙氧基硅烷的质量之比为35:1。
实施例3
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液46份、环氧树脂14份、滑石粉18份、硅藻土7份、实施例1的改性纳米二氧化钛13份、醇酯十二4份、羟丙基纤维素0.3份、乳化甲基硅油0.2份及水26份。
实施例4
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液40份、环氧树脂18份、滑石粉16份、硅藻土10份、实施例2的改性纳米二氧化钛10份、醇酯十二2份、羟丙基纤维素0.1份、乳化甲基硅油0.1份及水20份。
实施例5
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液42份、环氧树脂20份、滑石粉17份、硅藻土5份、实施例1的改性纳米二氧化钛12份、丙二醇丁醚3份、羟乙基纤维素0.2份、磷酸三丁酯0.2份及水22份。
实施例6
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液50份、环氧树脂10份、滑石粉20份、硅藻土6份、实施例2的改性纳米二氧化钛16份、丙二醇丁醚6份、羟乙基纤维素0.5份、磷酸三丁酯0.5份及水30份。
对比例1
一种耐老化抗菌纳米涂料,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液46份、环氧树脂14份、滑石粉18份、硅藻土7份、纳米二氧化钛13份、醇酯十二4份、羟丙基纤维素0.3份、乳化甲基硅油0.2份及水26份。
试验例1
抗菌性能评价方法:耐老化抗菌纳米涂料抗菌能力检测方法参照国家《消毒产品鉴定和检测技术规范》,实验菌种为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念球菌。涂层经100W照明灯光照射1h后测试。
光催化活性评价方法:在20cm×20cm的铝片上涂覆试样,涂层厚度控制在12μm左右,放入一40cm×40cm×40cm的密闭光催化反应器中,并向反应器中注入一定量有机污染物,待全部气化后,用市售20W紫外灯(主波长365nm)照射1h。空气中污染物的浓度用SP-6890气相色谱(山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)分析测定。污染物为:甲醛、苯、甲苯,反应前浓度控制在0.2mg/l左右。光催化活性用纳米介孔二氧化钛涂层光降解有机物的效率来衡量。光催化效率按以下公式计算:光催化效率=(光照前空气中污染物的浓度-光照后空气中污染物的浓度)/光照前空气中污染物的浓度。
将实施例3至6的耐老化抗菌纳米涂料以及对比例1的耐老化抗菌纳米涂料进行抗菌性能评价与光催化活性评价,结果见表1。
表1
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,按照重量份数计算,包括以下组分:
硅丙乳液40~50份、环氧树脂10~20份、滑石粉16~20份、硅藻土5~10份、改性纳米二氧化钛10~16份、成膜助剂2~6份、增稠剂0.1~0.5份、消泡剂0.1~0.5份及水20~30份;所述改性纳米二氧化钛主要由纳米二氧化钛掺杂锌之后再经过海藻酸钠表面处理制备获得。
2.根据权利要求1所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述改性纳米二氧化钛的制备方法包括以下步骤:
1)将纳米二氧化钛浸渍在0.3~0.6mol/L的锌离子溶液中超声搅拌2~6h,然后加入足够量的稀氨水溶液使得锌离子转变成氢氧化锌,过滤后在300~400℃下焙烧3~6h,得到掺杂锌的纳米二氧化钛;
2)将掺杂锌的纳米二氧化钛加入到0.8~1.6mol/L的海藻酸钠溶液中浸渍0.5~2h,然后升温至60℃~70℃,再加入硅烷偶联剂,搅拌反应2~6h,结束后离心真空干燥即可。
3.根据权利要求2所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述纳米二氧化钛与所述硅烷偶联剂的质量之比为25~35:1。
4.根据权利要求2所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲(乙)氧基硅烷与乙二胺丙基三乙氧基硅烷中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述成膜助剂为醇酯十二或者丙二醇丁醚。
6.根据权利要求1所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述增稠剂为羟乙基纤维素或者羟丙基纤维素。
7.根据权利要求1所述的耐老化抗菌纳米涂料,其特征在于,所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、乳化甲基硅油、乳化苯甲基硅油中的一种或者多种的组合。
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