CN109505142A - 织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开公开了一种用于织物材料表面的疏水疏油阻燃抗菌涂料，由以下摩尔比的各组分：甲基三乙氧基硅烷：全氟辛基三乙氧基硅烷：改性纳米二氧化硅：水=3～4：4～5：3～4：7～9及占涂料0.1～5wt%的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐制备而成。本发明通过以特定的预处理工艺对布匹材料进行清洗，并进行涂料的浸涂，并采用特定工艺进行固化处理，得到疏水疏油阻燃抗菌涂层。本发明得到的疏水疏油阻燃抗菌涂层具有良好的附着力，自清洁能力强，强力的疏水疏油性能、阻燃性和抗菌性，适用于各种布匹材料，能有极强的自我保护能力，布匹表面表现出来的憎水憎油的特点，能有效增强抗污特性，具有较大的应用前景。

Description

织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层制备方法
技术领域
本发明属于材料表面改性技术领域，更具体地，涉及织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层制备方法。
背景技术
现有的石油基包装材料的大量使用给人们生活带来便利的同时，也产生了一系列的负面影响，即包装废弃物造成的环境污染和石油不可再生资源的加剧消耗。为此，生物质绿色环保材料逐渐被研究者开发和利用，布类材料作为生物质材料的一种，无论从经济效益还是环保效益等方面都具有得天独厚的优势，且布料种类繁多，价格为大众所接受，从它的生产到寿命结束，都是无污染，无公害的。因此，绿色包装的呼声越来越高。人们更钟爱于无公害包装和环境友好包装，我国在《固体废物污染环境防治法》中也提出了“减量化、无害化、资源化”的三化原则，随后，“物尽其用、废物利用、循环利用”的口号也应运而生，呼唤我们用“绿色”的角度来看待生活和工作。从环境来讲，绿色包装不会破坏生态平衡、污染环境，还可以循环利用，废弃后的包装材料更容易降解腐化，符合当今时代的发展主题，走可持续发展的道路；从人类身体健康来讲，绿色包装对我们身体无害，让我们不再担心石油基塑料包装对我们周围的环境和身体造成的各种各样的危害和疾病，让我们身心都得到放松，不再忧虑包装污染。
布是指植物棉、麻类及棉型化学短纤维经纺纱工艺后的织成物，按其原材料不同一般分为：棉布、化纤布、麻布、丝绸以及无纺布。原材料以及织布工艺的差异造成布料性能上的区别，也使得应用在不同领域。布类包装材料的原制作材料多数来源于自然界中的棉花、麻类、植物纤维等，属于天然生物质材料，有良好的生物相容性、环保性和可再生性等优点，并且自然中的存储量丰富。布类材料凭借质地柔软、艺术效果佳等优点广泛应用于各个行业。与其他包装材料相比，布类包装材料有着无法比拟的优势。
与纸塑、金属等包装材料相比，布类包装材料除了防潮性能差以外，其他性能均优于纸塑、金属等包装材料，布类材料的柔软性决定的其优越的可塑性，使得包装设计师在短时间能够进行造型制作和效果再现，缩短设计时间；同时原材料的含量丰富、绿色环保符合当下设计师们的绿色设计原则，这些优势为布类材料在包装方面的应用拓宽了范围。
但在目前的技术中，对布料的抗湿性，拒油性还是不能完整的表达，致使在材料运用中容易导致因为潮湿导致布匹的拉伸强度降低，易破损；因为拒油性不佳导致布料在使用的过程被油污污染，而导致包装或使用的不美观性，造成不必要的损失；同时，布匹材料属于易燃品，在存放和使用的过程中要时刻预防火灾危险的发生；对于生活中食品包装带的使用，大量生活物的接触，容易在布料表面形成微生物吸附层，对人的安全健康造成影响。
在目前公开的技术中，有采用布料改性，通过与布料表面羟基的脱水缩合反应，将疏水性基团链接在布料分子表面末端，由基团的疏水作用去抵抗外界水的干扰，但是，表面改性并不能改变布匹材料内部性质，仍属于易燃品；也有的对布料改性，先用TiO2对布匹材料表面改性，这样，可以通过TiO2提高材料的阻燃性能，然后在通过表面修饰技术，在表面嫁接低表面能的材料，最终得到疏水和阻燃材料，但是，使用TiO2改变布料表面粗糙度的过程中，可能改变布匹材料颜色，影响外观和陈列效果。同时，由于料表面易形成微生物吸附层，因此，如何能提高布料的抗菌性也迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中织物材料表面改性中存在的缺陷和不足，提供一种新的用于织物材料表面改性的方法。
本发明的第一个目的是提供一种用于织物材料表面的疏水疏油阻燃抗菌涂料。
本发明的第二个目的是提供所述疏水疏油阻燃抗菌涂料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供所述疏水疏油阻燃抗菌涂料在制备织物材料表面疏水疏油阻燃抗菌涂层中的应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种用于织物材料表面的疏水疏油阻燃抗菌涂料，由以下摩尔比的各组分：甲基三乙氧基硅烷：全氟辛基三乙氧基硅烷：改性纳米二氧化硅：水=3～4：4～5：3～4：7～9及占涂料0.1～5wt%的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐制备而成。
本发明的疏水疏油阻燃抗菌涂料采用硅烷化试剂-甲基三乙氧基硅烷和全氟辛基三乙氧基硅烷，以纳米二氧化硅作为中间分子，与硅烷偶联剂反应；采用硅烷化试剂形成疏水疏油的涂层，形成的涂层的疏水角可达150°，疏油角也能超过140°，且涂层全覆盖，阻燃性能高；同时，涂料中加入月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐，是一种氨基酸表面活性剂，目前主要用于食品、医药、化妆品行业等，是一种安全可靠的抗菌剂，在本发明的涂料中可以保证布匹材料在使用的过程中不会因为污垢或其他微生物的附着产生菌落；另外，硅烷化试剂不含有害的重金属及其他有害成分，在处理的过程中仅会产生极少量的硅烷渣、渣处理的成本极低；硅烷的处理上面，较少的生产步骤和较短的处理时间都有助于提高工厂的产能，且整个生产过程中，能耗低，节约资源。
优选地，所述疏水疏油阻燃抗菌涂料由以下摩尔比的各组分：甲基三乙氧基硅烷：全氟辛基三乙氧基硅烷：改性纳米二氧化硅：水=3：4：3：7及占涂料0.8wt%的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐制备而成。
具体地，所述改性纳米二氧化硅为用异丙酮改性后的纳米二氧化硅分散液。
所述疏水疏油阻燃抗菌涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将甲基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷和改性纳米二氧化硅混匀，25～35℃搅拌1～2h，然后逐滴加入水，持续加热搅拌4～5h，得硅烷溶液；
S2.向S1的硅烷溶液中加入月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐，25～35℃继续搅拌0.5～1h，制得疏水疏油阻燃抗菌涂料。
优选地，所述月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐为其醇溶液，具体为含10%月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐的异丙醇溶液。
同时，本发明还请求保护所述疏水疏油阻燃抗菌涂料在制备织物材料表面疏水疏油阻燃抗菌涂层中的应用。
一种织物材料表面疏水疏油阻燃抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1.预处理：将基材用表面洗脱液在室温条件下浸泡10～15min，用超纯水冲洗表面，然后置于强碱性电解水中浸泡1～2min，取出用超纯水冲洗表面，再用35～40℃的乙醇溶液浸泡4～6min，最后用超纯水冲洗，烘干，密封保存。
S2.制备涂层：将S1预处理后的基材浸入到上述的疏水疏油阻燃抗菌涂料中，浸涂成膜后进行干燥固化，即得疏水疏油阻燃抗菌涂层。
优选地，S1所述烘干为60～70℃干燥4～5h。
优选地，S1所述表面洗脱液由以下重量百分数的各组分组成：碳酸氢钠1.5%，乙醇10%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7.5 w/%，十二烷基苯磺酸钠8w/%，椰油酸二乙醇酰胺0.6w/%，纯水72.4%。
优选地，S1所述强碱性电解水由以下重量百分数的各组分组成：：NaOH 0.5%，碳酸氢钠1%，磷酸钠2%，乙醇6.5%，纯水90%。
优选地，S2浸涂温度为20～25℃，湿度为60～65%，浸泡时间为5～8min。
优选地，S2干燥固化的温度为140～160℃，干燥时间为4～5h。
优选地，所述织物材料为化纤地毯、无纺壁布、亚麻布、尼龙布、彩色胶布、或法兰绒。
本发明还保护上述任一项所述制备方法制备得到的带有疏水疏油阻燃抗菌涂层的织物材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种用于织物材料表面的疏水疏油阻燃抗菌涂料，采用喷涂工艺，将涂层溶液均匀喷涂在织物表面，得到疏水疏油阻燃抗菌涂层。本发明得到的疏水疏油阻燃抗菌涂层具有良好的附着力，自清洁能力强，强力的疏水疏油性能、阻燃性和抗菌性，适用于各种布匹材料，能有极强的自我保护能力，布匹表面表现出来的憎水憎油的特点，能有效增强抗污特性，具有较大的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层的制备方法，所选用的基材为布匹，具体包括如下步骤：
1、预处理：基材采用表面洗脱液在室温条件下超声5min，表面洗脱液的组成为：碳酸氢钠（1.5%）、乙醇（10%）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（7.5 w/%）、十二烷基苯磺酸钠（8w/%）、椰油酸二乙醇酰胺（0.6w/%）、纯水（72.4%）；然后用超纯水冲洗表面，再置于强碱性电解水中浸泡1min，强碱性溶液的成分为：NaOH（0.5%）、碳酸氢钠（1%）、磷酸钠（2%）、乙醇（6.5%）、纯水（90%）。取出用超纯水冲洗表面，再用40℃的乙醇溶液浸泡5min，最后用超纯水冲洗，放入70℃的烘箱中干燥4h，取出密封保存。
2、涂层溶液的制备：取摩尔比为3：4：3的甲基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷和改性纳米二氧化硅，在30℃的水浴中加热搅拌1h，然后逐滴加入水（与硅烷偶联剂的比例为1：1），持续加热搅拌4h制得涂层溶液；所述改性纳米二氧化硅为异丙酮改性后的纳米二氧化硅分散液。
3、将预处理后的基材浸入涂层溶液中，控制室温在25℃，湿度控制在65%，浸泡5min；再将浸泡后的基材取出，放入鼓风干燥箱中，控制干燥温度为150℃，烘干时间为4h，即得带有疏水疏油阻燃抗菌涂层的织物材料。
实施例2
一种织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层的制备方法，所选用的基材为布匹，具体包括如下步骤：
1、预处理：基材采用表面洗脱液在室温条件下超声5min，表面洗脱液的组成为：碳酸氢钠（1.5%）、乙醇（10%）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（7.5 w/%）、十二烷基苯磺酸钠（8w/%）、椰油酸二乙醇酰胺（0.6w/%）、纯水（72.4%）；然后用超纯水冲洗表面，然后再放置在强碱性电解水中浸泡1min，强碱性溶液的成分为：NaOH（0.5%）、碳酸氢钠（1%）、磷酸钠（2%）、乙醇（6.5%）、纯水（90%）。取出再用超纯水冲洗表面，再用40℃的乙醇溶液浸泡5min，最后用超纯水冲洗，放入70℃的烘箱中干燥4h，取出密封保存。
2、涂层溶液的制备：取摩尔比为3：4：3的甲基三乙氧基硅烷，全氟辛基三乙氧基硅烷，改性纳米二氧化硅，在30℃的水浴中加热搅拌1h，然后逐滴加入水（与硅烷偶联剂的比例为1：1），持续加热搅拌4h。然后加入含LAE10%的异丙醇溶液（VLAE：m（硅烷偶联剂）=0.5：10），在30℃下继续搅拌30min，制得涂层溶液；所述改性纳米二氧化硅为异丙酮改性后的纳米二氧化硅分散液。
3、将预处理后的基材浸入涂层溶液中，控制室温在25℃，湿度控制在65%，浸泡5min；再将浸泡后的基材取出，放入鼓风干燥箱中，控制干燥温度为150℃，烘干时间为4h，即得带有疏水疏油阻燃抗菌涂层的织物材料。
实施例3
一种织物材料表面的疏水疏油抗菌涂层的制备方法，所选用的基材为布匹，具体包括如下步骤：
1、预处理：基材采用表面洗脱液在室温条件下超声5min，表面洗脱液的组成为：碳酸氢钠（1.5%）、乙醇（10%）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（7.5 w/%）、十二烷基苯磺酸钠（8w/%）、椰油酸二乙醇酰胺（0.6w/%）、纯水（72.4%）；然后用超纯水冲洗表面，然后再放置在强碱性电解水中浸泡1min，强碱性溶液的成分为：NaOH（0.5%）、碳酸氢钠（1%）、磷酸钠（2%）、乙醇（6.5%）、纯水（90%）。取出再用超纯水冲洗表面，再用40℃的乙醇溶液浸泡5min，最后用超纯水冲洗，放入70℃的烘箱中干燥4h，取出密封保存。
2、涂层溶液的制备：取摩尔比为3：4：3的甲基三乙氧基硅烷，全氟辛基三乙氧基硅烷，改性纳米二氧化硅，在30℃的水浴中加热搅拌1h，然后逐滴加入水（与硅烷偶联剂的比例为1：1），持续加热搅拌4h。然后加入含LAE10%的异丙醇溶液（VLAE：m（硅烷偶联剂）=1：10），在30℃下继续搅拌30min，制得涂层溶液；所述改性纳米二氧化硅为异丙酮改性后的纳米二氧化硅分散液。
3、将预处理后的基材浸入涂层溶液中，控制室温在25℃，湿度控制在65%，浸泡5min。再将浸泡后的基材取出，放入鼓风干燥箱中，控制干燥温度为150℃，烘干时间为4h，即得带有疏水疏油阻燃抗菌涂层的织物材料。
性能测试
将实施例1～3制备得到的带涂层的布匹进行相应的性能测试，以未涂覆涂层的布匹作为对照样，其测试结果如下表1所示：
表1 实施例1～3制备得到的涂层的测试结果
上述结果表明，本发明得到的疏水疏油阻燃抗菌涂层具有良好的附着力，自清洁能力强，强力的疏水疏油性能、阻燃性和抗菌性，适用于各种布匹材料，能有极强的自我保护能力，布匹表面表现出来的憎水憎油的特点，能有效增强抗污特性，具有较大的应用前景。

Claims (10)

1.一种用于织物材料表面的疏水疏油阻燃抗菌涂料，其特征在于，由以下摩尔比的各组分：甲基三乙氧基硅烷：全氟辛基三乙氧基硅烷：改性纳米二氧化硅：水=3～4：4～5：3～4：7～9及占涂料0.1～5wt%的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐制备而成。
2.根据权利要求1所述的疏水疏油阻燃抗菌涂料，其特征在于，由以下摩尔比的各组分：甲基三乙氧基硅烷：全氟辛基三乙氧基硅烷：改性纳米二氧化硅：水=3：4：3：7及占涂料0.8wt%的月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐制备而成。
3.权利要求1或2所述疏水疏油阻燃抗菌涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将甲基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷和改性纳米二氧化硅混匀，25～35℃搅拌1～2h，然后逐滴加入水，持续加热搅拌4～5h，得硅烷溶液；
S2.向S1的硅烷溶液中加入月桂酰精氨酸乙酯盐酸盐，25～35℃继续搅拌0.5～1h，制得疏水疏油阻燃抗菌涂料。
4.权利要求1或2所述疏水疏油阻燃抗菌涂料在制备织物材料表面疏水疏油阻燃抗菌涂层中的应用。
5.一种织物材料表面疏水疏油阻燃抗菌涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.预处理：将基材用表面洗脱液在室温条件下浸泡10～15min，用超纯水冲洗表面，然后置于强碱性电解水中浸泡1～2min，取出用超纯水冲洗表面，再用35～40℃的乙醇溶液浸泡4～6min，最后用超纯水冲洗，烘干，密封保存；
S2.制备涂层：将S1预处理后的基材浸入到权利要求1或2所述的疏水疏油阻燃抗菌涂料中，浸涂成膜后进行干燥固化，即得疏水疏油阻燃抗菌涂层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1所述表面洗脱液由以下重量百分数的各组分组成：碳酸氢钠1.5%，乙醇10%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7.5 w/%，十二烷基苯磺酸钠8w/%，椰油酸二乙醇酰胺0.6w/%，纯水72.4%。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1所述强碱性电解水由以下重量百分数的各组分组成：：NaOH 0.5%，碳酸氢钠1%，磷酸钠2%，乙醇6.5%，纯水90%。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2浸涂温度为20～25℃，湿度为60～65%，浸泡时间为5～8min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S2干燥固化的温度为140～160℃，干燥时间为4～5h。
10.权利要求5～9任一项所述制备方法制备得到的带有疏水疏油阻燃抗菌涂层的织物材料。
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