CN111560198A

CN111560198A - 高效能物理态负离子涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN111560198A
Application number: CN202010304513.7A
Authority: CN
Inventors: 吴瑛; 吴春金; 曹晖
Original assignee: 吴瑛
Current assignee: Zhejiang Nawei Health Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-08-21

Abstract

本发明涉及一种高效能物理态负离子涂层及其制备方法，属于负离子涂层技术领域，解决了制备能有效利用纳米级电气石超细反应，成分简单稳定性较高的负离子涂层的问题，本发明由以下重量份的原料：电气石纳米复合浆料10‑15份、成膜助剂2‑8份、流平剂0.1‑0.3份、润湿剂0.1‑0.5份、功能助剂1‑1.5份和不小于10份的去离子水。本发明在充分利用电气石压电效应和热释电效应的基础上，提供了状态稳定的负离子涂层，还利用了纳米级电气石的超细反应，进一步增强负离子涂层的除醛杀菌功效。

Description

高效能物理态负离子涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于负离子涂层技术领域，涉及高效能物理态负离子涂层及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，人类生活方式的改变，生态环境遭到一定程度的破坏，人类生活的环境中被种类繁多的建筑装饰材料所包围，而这些化学材料会释放出甲醛、VOC等空气污染物，同时人类赖以生存的环境中充斥着不同种类的细菌；这些都严重影响着人们的身体健康和社会稳定。目前市场上大多数除醛、杀菌消毒产品是通过化学反应用来去除甲醛、杀死菌类，这种模式低效、易饱和并且会让微生物产生抵抗作用。电气石的热电性能和压电性能产生物体物理静电力场，并且能够释放一定量的负离子，可以对甲醛等空气污染物结构起到破坏作用，同时能够使病源微生物赖以生存的呼吸酶失去作用、蛋白质合成被抑制、细胞破裂分解，从而起到净化空气，消灭细菌病毒的作用。由电气石为主要原料的负离子涂层材料成为了近年来的热门领域。但是由于电气石表面具有丰富的官能团，难以保证涂层材料的稳定。

如中国发明专利【申请号：CN201711085498.6】公开了一种负离子涂层材料及其制备方法，其原料包含粉状原料、液体原料以及添加剂。粉状原料包含托玛琳石粉、盐晶石，液体原料包含水性聚醋酸乙烯酯、水性丙烯酸酯。添加剂包含防老化剂、防霉剂、阻聚剂、增韧剂、增塑剂、固化剂、胶水反应剂、片碱、矢量增稠剂以及胶水成膜增强剂。该发明通过大量的添加剂来保持涂层的稳定性，一方面不能有效利用纳米级电气石的超细反应，另一方面成分复杂不稳定，难以满足实际生产生活需要。

因此，如何制备能有效利用纳米级电气石超细反应，成分简单稳定性较高的负离子涂层成为了亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种高效能物理态负离子涂层。

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种高效能物理态负离子涂层的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种高效能物理态负离子涂层，由以下重量份的原料组成：电气石纳米复合浆料10-15份、成膜助剂2-8份、流平剂0.1-0.3份、润湿剂0.1-0.5份、功能助剂1-1.5份和不小于10份的去离子水。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的功能助剂为咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂，所述的咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂的重量比为3-5:1-3：2-3。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的成膜助剂为丙烯酸树脂、聚氨酯树脂和聚乙烯醇中的一种或多种，所述的流平剂为有机硅类流平剂，所述的润湿剂为有机硅氧烷共聚物。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的电气石纳米复合浆料由以下步骤制备而成，

S1电气石前处理：电气石原料预处理后，通过干法粉碎，过325目筛，反复清洗得到电气石粉体，

S2电气石粉体浆料制备：将前处理好的电气石粉体与吡啶鎓盐和去离子水按照比例1：(0.003-0.01)：(5-50)混合均匀并调节pH值至8-10，加入研磨介质进行粉碎，得到电气石粉体浆料，所述的研磨介质平均粒径为0.1mm-0.4mm，所述的研磨介质与电气石粉体质量比为4-20：1，

S3纳米复合浆料制备：向电气石粉体浆料中加入纳米电气石粉载体水溶液，继续进行粉碎直至完成，粉碎完成后去除沉淀物，即得到纳米复合浆料。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的步骤S3中，所述的电气石粉体浆料与纳米电气石粉载体水溶液的比例为1：0.01-1，所述的纳米电气石粉载体包括纳米纤维素，所述的纳米纤维素长径比≥50，直径5-100nm。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的步骤S3中，所述的矿粉纳米载体还包括天然高分子和纤维素衍生物，所述的天然高分子包括明胶、海藻胶和胶原蛋白中的一种或多种，所述的纤维素衍生物包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或多种，所述的矿粉纳米载体中纳米纤维素、天然高分子和纤维素衍生物的比例为10:1-2：2-3。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，所述的步骤S1中，电气石原料的预处理为首先将电气石原料去除表面杂质，去除表面杂质后加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为0.6-1.2：1，所述的干法粉碎包括初步粉碎及二级粉碎，在初步粉碎后二级粉碎前加入加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为1-1.5：1。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，步骤如下，

S1按照原料重量份准备上述原料，

S2制备电气石纳米复合浆料，

S3向电气石纳米复合浆料中依次添加成膜助剂、流平剂、润湿剂、功能助剂并搅拌均匀进行复合，

S4复合完成的混合物，出料、灌装，即制得所述的高效能物理态负离子涂层。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，在所述的步骤S4中，在出料前加入去离子水，进行0.5-2h的活化。

在上述的高效能物理态负离子涂层中，在所述的步骤S2中，向制备完成的电气石纳米复合浆料进行粒度检测，所述的电气石纳米复合浆料的平均粒度大小小于50nm。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明在充分利用电气石压电效应和热释电效应的基础上，提供了状态稳定的负离子涂层，还利用了纳米级电气石的超细反应，进一步增强负离子涂层的除醛杀菌功效。

2、本发明无需额外添加增稠剂、分散剂等成分，成分简单，最大程度保留电气石的特性，负离子释放值大于2500个/cm³。

3、本发明提供的负离子涂层24小时甲醛去除率超过90％，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于99％。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。所利用的原料除说明外均为市售，表列数据均为三次测试值的平均值。

实施例1

本实施例提供了一种高效能物理态负离子涂层，由以下重量份的原料：电气石纳米复合浆料10份、成膜助剂2份、流平剂0.1份、润湿剂0.1份、功能助剂1份和去离子水10份。本实施例由于使用自制的电气石纳米复合浆料，因此无需额外添加增稠剂及分散剂。

所述的功能助剂为咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂，所述的咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂的重量比为3:1：2。本实施例主要利用咪唑类助剂和胺类助剂的固化作用，硅烷类助剂的偶联改性作用。胺类助剂由于容易在涂料中出现硬沉淀，降低体系的防沉淀性能，因此一般需要添加防沉助剂。然而本实施例中，由于电气石纳米复合浆料本身偏碱性，且为凝胶态，所以无需额外添加防沉助剂。

所述的成膜助剂为丙烯酸树脂，所述的流平剂为有机硅类流平剂，所述的润湿剂为有机硅氧烷共聚物。本实施例因为电气石纳米复合浆料为凝胶态体系，所以可以仅使用单重成膜助剂。

本实施例中电气石纳米复合浆料由以下步骤制备而成，

S1电气石前处理：电气石原料预处理后，通过干法粉碎，过325目筛，反复清洗得到电气石粉体。所述的电气石优选彩色电气石，更优选的为彩色碧玺，电气石原料需要对表面杂质进行处理。彩色电气石压电效应和热释电效应更好，并且也更具美观性。

S2电气石粉体浆料制备：将前处理好的电气石粉体与吡啶鎓盐和去离子水按照比例1：0.003：5混合均匀并调节pH值为8，加入研磨介质进行粉碎，得到电气石粉体浆料，所述的研磨介质平均粒径为0.1mm，所述的研磨介质与电气石粉体质量比为4：1，由于电气石粒子表面官能团较多，在碱性环境下更适宜粒子的分散，所述的研磨介质与电气石粉体质量比过小影响粉碎质量，所述的研磨介质材质可为氧化锆。

所述的粉碎为将前处理好的电气石粉体与分散剂和去离子水的混合物放入纳米研磨设备，向纳米研磨设备中加入研磨介质进行粉碎，所述的纳米研磨设备转速为1000转/分钟，所述的研磨时间为4h。

S3纳米复合浆料制备：向电气石粉体浆料中加入纳米电气石粉载体水溶液，继续进行粉碎直至完成，粉碎完成后去除沉淀物，即得到平均粒径小于50nm的纳米复合浆料。

所述的电气石粉体浆料与纳米电气石粉载体水溶液的比例为1：0.01。所述的纳米电气石粉载体包括纳米纤维素，所述的纳米纤维素长径比为100，直径5nm。所述的纳米电气石粉载体水溶液为纳米纤维素水溶液。加入纳米纤维素水溶液后，继续进行粉碎0.5-1h，之后通过离心，去掉沉淀物。即得到粒度小于50nm的纳米复合浆料。

实施例2

本实施例提供了一种高效能物理态负离子涂层，由以下重量份的原料：电气石纳米复合浆料15份、成膜助剂8份、流平剂0.3份、润湿剂0.5份、功能助剂1.5份和去离子水15份。

所述的咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂的重量比为5:3：3。

所述的成膜助剂为丙烯酸树脂，所述的流平剂为有机硅类流平剂，所述的润湿剂为有机硅氧烷共聚物。

本实施例纳米复合浆料的制备方法如下:

S2电气石粉体浆料制备：将前处理好的电气石粉体与吡啶鎓盐和去离子水按照比例1：0.01：50混合均匀并调节pH值为10，加入研磨介质进行粉碎，得到电气石粉体浆料，所述的研磨介质平均粒径为0.4mm，所述的研磨介质与电气石粉体质量比为20：1，

所述的粉碎为将前处理好的电气石粉体与分散剂和去离子水的混合物放入纳米研磨设备，向纳米研磨设备中加入研磨介质进行粉碎，所述的纳米研磨设备转速为2500转/分钟，所述的研磨时间为6h。

所述的电气石粉体浆料与纳米电气石粉载体水溶液的比例为1：1。所述的纳米电气石粉载体包括纳米纤维素，所述的纳米纤维素长径比为100，直径100nm。所述的纳米电气石粉载体水溶液为纳米纤维素水溶液。加入纳米纤维素水溶液后，继续进行粉碎1h，之后通过离心，去掉沉淀物。即得到粒度小于50nm的纳米复合浆料。

实施例3

实施例3与实施例2基本相同，区别之处在于纳米复合浆料的制备方法：

所述的步骤S1中，电气石原料的预处理为首先将电气石原料去除表面杂质，去除表面杂质后加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为0.6：1，所述的干法粉碎包括初步粉碎及二级粉碎，在初步粉碎后二级粉碎前加入加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为1：1.

阴离子型聚羧酸钠分散剂相容剂好，在电气石粒径较大时分散效果好，还能与电气石表面官能团进行部分反应，且易于溶解，通过反复清洗，避免了阴离子型聚羧酸钠分散剂容易产生的气泡问题，且残余的少量阴离子型聚羧酸钠分散剂利于电气石粒子在溶液中的分散。

所述的步骤S3中，所述的纳米电气石粉载体还包括天然高分子和纤维素衍生物，所述的天然高分子由明胶、海藻胶和胶原蛋白按照1:2:0.7组成，所述的纤维素衍生物由羧甲基纤维素、乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素按照1:1:1组成，所述的矿粉纳米载体中纳米纤维素、天然高分子和纤维素衍生物的比例为10:2：3。

所述的纳米电气石粉载体水溶液制备方法如下，首先将天然高分子和纤维素衍生物在去离子水中充分溶解，再加入纳米纤维素，混合均匀后即得到纳米电气石粉载体水溶液。

通过天然高分子和纤维素衍生物，混合物形成凝胶态，分散性能更好，还保证体系的稳定效能。

实施例4

实施例4与实施例3基本相同，不同之处如下：

所述的步骤S1中，电气石原料的预处理中，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为1.2：1，所述的二级粉碎前加入的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为1.5：1。

所述的步骤S3中，所述的矿粉纳米载体中纳米纤维素、天然高分子和纤维素衍生物的比例为10:2：3。

实施例5

本实施例基于实施例1-4的高效能物理态负离子涂层，提供了一种高效能物理态负离子涂层的制备方法，

步骤如下，

S1按照原料重量份准备上述原料，

S2制备电气石纳米复合浆料，

在所述的步骤S4中，在出料前加入去离子水，进行2h的活化。即向复合完成的混合物加入去离子水，进行机械搅拌混合，利用电气石热电性能和压电性能活化混合物的物理静电力场，并且活化释放负离子。

实施例6

本实施例提供了一种高效能物理态负离子涂层的制备方法，与实施例5基本相同，不同之处在于：

在所述的步骤S2中，向制备完成的电气石纳米复合浆料进行粒度检测，所述的电气石纳米复合浆料的平均粒度大小小于50nm。电气石纳米复合浆料的平均粒度小于50nm使得体系更加稳定，也可以判定电气石纳米复合浆料中的纳米电气石粒子未发生团聚。

在所述的步骤S4中，在出料前加入去离子水，进行1h的活化。

对比例1

对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于电气石纳米复合浆料的制备，

S1电气石粉体前处理：取市售50nm电气石粉体，反复清洗，

S2电气石粉体浆料制备：将市售50nm电气石粉体与吡啶鎓盐和去离子水按照比例1：0.003：5混合均匀并调节pH值为7，得到电气石粉体浆料，将混合物在搅拌机进行搅拌，搅拌机转速为1000转/分钟，搅拌时间为4h。

S3纳米复合浆料制备：向电气石粉体浆料中加入纳米电气石粉载体水溶液，混合完成后去除沉淀物，即完成。

所述的电气石粉体浆料与纳米电气石粉载体水溶液的比例为1：0.01。所述的纳米电气石粉载体包括纳米纤维素，所述的纳米纤维素长径比为100，直径5nm。所述的纳米电气石粉载体水溶液为纳米纤维素水溶液。加入纳米纤维素水溶液后，搅拌混合0.5-1h，之后通过离心，去掉沉淀物。即得到对比例1的纳米复合浆料。

对比例2

对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于，所述的高效能物理态杀菌消毒涂层的原料还包括聚乙烯醇0.5份增稠剂聚乙烯醇。

对比例3

对比例3与实施例1基本相同，不同之处在于，所述的高效能物理态杀菌消毒涂层的原料不包括胺类助剂。

对比例4

对比例4与实施例5基本相同，不同之处在于，在所述的步骤S4中不进行活化。

测试例1-8

测试例1-8的原料组分及制备方法见表1

表1测试例1-8的原料组分及制备方法

将测试例1-8进行负离子测试，测试设备为深圳万仪科技有限公司负离子测试设备；将测试例1-8进行24小时甲醛测试和TVOC测试，测试设备为空气质量检测仪，测试结果见表2。

表2测试例1-8负离子测试结果

由表2可知，测试例1-4负离子释放、除甲醛及降低TVOC明显优于测试例5-8。其中，测试例5测试结果最差，推测因为直接利用了市售50nm电气石粉体，电气石特性受到了限制。测试例6测试结果略差于测试例1，推测本发明提供的组分配比较为科学，额外添加增稠剂并不利于负离子的释放及物理态电场。测试例7没有添加胺类助剂反而差于测试例1-4。测试例8由于没有进行活化，也影响了涂层材料的性能。测试例4-5明显由于测试例1-2，推测因为涂层体系更加稳定。

对测试例1进行抑菌外检，将测试例1样品送至广东省检测分析研究所对测试例1针对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率性能测试，报告编号(2020001163-3a)。检测标准GB/T31402-2015塑料塑料表面抗菌性能试验方法。检测结果见表3。

表3测试例1抑菌性能检测

由表3可知，本发明提供的涂层对大肠杆菌抑菌率达到99.98％,，对金黄葡萄球菌抑菌率达到99.96％，对白色念珠菌抑菌率达到99.98％；

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高效能物理态负离子涂层，其特征在于：由以下重量份的原料组成：电气石纳米复合浆料10-15份、成膜助剂2-8份、流平剂0.1-0.3份、润湿剂0.1-0.5份、功能助剂1-1.5份和不小于10份的去离子水。

2.根据权利要求1所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的功能助剂为咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂，所述的咪唑类助剂、胺类助剂和硅烷类助剂的重量比为3-5:1-3：2-3。

3.根据权利要求1所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的成膜助剂为丙烯酸树脂、聚氨酯树脂和聚乙烯醇中的一种或多种，所述的流平剂为有机硅类流平剂，所述的润湿剂为有机硅氧烷共聚物。

4.根据权利要求1所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的电气石纳米复合浆料由以下步骤制备而成，

5.根据权利要求4所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的步骤S3中，所述的电气石粉体浆料与纳米电气石粉载体水溶液的比例为1：0.01-1，所述的纳米电气石粉载体包括纳米纤维素，所述的纳米纤维素长径比≥50，直径5-100nm。

6.根据权利要求4所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的步骤S3中，所述的矿粉纳米载体还包括天然高分子和纤维素衍生物，所述的天然高分子包括明胶、海藻胶和胶原蛋白中的一种或多种，所述的纤维素衍生物包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或多种，所述的矿粉纳米载体中纳米纤维素、天然高分子和纤维素衍生物的比例为10:1-2：2-3。

7.根据权利要求4所述的高效能物理态负离子涂层，其特征在于：所述的步骤S1中，电气石原料的预处理为首先将电气石原料去除表面杂质，去除表面杂质后加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为0.6-1.2：1，所述的干法粉碎包括初步粉碎及二级粉碎，在初步粉碎后二级粉碎前加入加入阴离子型聚羧酸钠分散剂，所述的阴离子型聚羧酸钠分散剂与电气石原料的质量比为1-1.5：1。

8.根据权利要求1-7所述的高效能物理态负离子涂层的制备方法，其特征在于：步骤如下，

S1按照原料重量份准备上述原料，

S2制备电气石纳米复合浆料，

9.根据权利要求8所述的高效能物理态负离子涂层的制备方法，其特征在于：在所述的步骤S4中，在出料前加入去离子水，进行0.5-2h的活化。

10.根据权利要求8所述的高效能物理态负离子涂层的制备方法，其特征在于：在所述的步骤S2中，向制备完成的电气石纳米复合浆料进行粒度检测，所述的电气石纳米复合浆料的平均粒度大小小于50nm。