CN111995915A - 一种水溶性复合抗菌涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶性复合抗菌涂层及其制备方法，其中水溶性复合抗菌涂层按重量份包括水性树脂10‑60份、铝硅溶胶1‑10份、无机硅酸盐溶液1‑5份、纳米二氧化钛5‑20份、填料10‑60份、复合抗菌剂0.5‑5份、分散剂0.5‑3份、增稠剂0.5‑1份、成膜助剂0.3‑2份、防霉剂0.1‑1份、消泡剂0.3‑1份、乙二醇1‑2份、PH调节剂0.1‑0.5份和去离子水20‑40份，其中所述的复合抗菌剂的组分为季铵盐改性壳聚糖、Ag⁺和稀土复合纳米材料La³⁺/ZnO。本发明制得的复合抗菌涂层所使用的的原材料容易获取，且价格低廉，且涂层绿色环保，具备长效抑菌的效果，通过提供了复合抗菌涂层，将其涂覆在材料的表面，从而为材料提供了优秀的抗菌性能，对病菌进行抑制，避免病菌在公共场所加速传播。

Description

一种水溶性复合抗菌涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及水溶性涂层技术领域，具体涉及一种水溶性复合抗菌涂层及其制备方法。

背景技术

随着2019新型冠状肺炎病毒(COVID-2019)的全球性爆发，材料的抗菌问题得到高度重视。目前在人流密集处的办公场所、公共及居住环境中，所使用的材料没有抗菌的作用，且材料表面涂覆的涂层也没有提供抗菌的功能，导致人们在交流和接触的过程中加速了病菌病毒的传播，不利于对病菌的抑制。

发明内容

本发明的目的是解决上述的不足，提供一种水溶性复合抗菌涂层及其制备方法。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种水溶性复合抗菌涂层，按重量份包括如下组分：水性树脂10-60份、铝硅溶胶1-10份、无机硅酸盐溶液1-5份、纳米二氧化钛5-20份、填料10-60份、复合抗菌剂0.5-5份、分散剂0.5-3份、增稠剂0.5-1份、成膜助剂0.3-2份、防霉剂0.1-1份、消泡剂0.3-1份、乙二醇1-2份、PH调节剂0.1-0.5份和去离子水20-40份。

进一步的，所述水性树脂为有机硅树脂、水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、萜烯树脂、硅丙树脂、苯丙树脂、醋丙树脂、氯偏树脂中的一种或两种以上。

进一步的，所述铝硅溶胶为铝溶胶、硅溶胶、铝硅溶胶中的一种或两种以上；所述无机硅酸盐溶液为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸钙中的一种或两种以上。

进一步的，所述分散剂为OP-10、Triton X-405、HY-1608A、BS-12、聚山梨酯80的一种或两种以上；所述填料为石墨烯、电气石、麦饭石、沸石、重钙、轻钙、高岭土、云母、膨润土、重晶石、硅灰石、贝壳粉、硅藻土中的一种或两种以上。

进一步的，所述增稠剂为聚氨酯类缔合型增稠剂和/或碱溶胀型增稠剂；所述成膜助剂为Texanol和/或三乙二醇正丁醚。

进一步的，所述防霉剂为甘氨酸、茶多酚、溶菌酶、鱼精蛋白、聚六亚甲基双胍的一种或两种以上；所述PH调节剂为稀硝酸、盐酸、柠檬酸、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或两种以上；所述消泡剂为BYK023、W-205、AMP-19的一种或两种以上。

进一步的，所述复合抗菌剂的组分为季铵盐改性壳聚糖、Ag⁺和稀土复合纳米材料La³⁺/ZnO。

进一步的，所述复合抗菌剂的制备方法包括如下步骤：

(1)称取4g壳聚糖于三口烧瓶中，加入适量异丙醇，置于恒温磁力搅拌器上，温度为75℃，磁力旋转过程中，缓缓滴入12g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，冷凝回流24h后，进行真空抽滤得到滤渣，滤渣用无水乙醇浸泡后再次抽滤，所得滤渣在60℃下真空干燥，烘干后在脂肪提取器中以无水乙醇为萃取剂，萃取48h后过滤，将滤渣在60℃下真空干燥，得到季铵盐改性壳聚糖；

(2)称量10g纳米ZnO，添加适量去离子水，超声分散2h后，置于恒温磁力搅拌器上，设置温度为37℃，持续搅拌，将5g氯化镧缓慢加入，滴入适量盐酸，调节PH值为5，持续搅拌2h后，真空抽滤，将滤渣用去离子水反复洗涤，洗掉游离的Cl^-后，在180℃下真空干燥4h，冷却后进行研磨，得到稀土复合纳米材料La³⁺/ZnO；

(3)在醋酸-醋酸钠缓冲液中，缓慢加入1g季铵盐改性壳聚糖、 0.1gLa³⁺/ZnO，滴入稀硝酸调节PH值为4，持续搅拌2h后，缓慢滴入50ml 0.01mol/L的硝酸银溶液，继续旋转1h；反应结束后，用丙酮结晶，再用乙醇溶液多次洗涤，进行真空抽滤，在40℃下干燥12h后，进行研磨，得到复合抗菌剂。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种水溶性复合抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将增稠剂缓慢加入去离子水中，持续高速分散，直至完全溶解后，再加入复合抗菌剂、分散剂、乙二醇、部分消泡剂、防霉剂，充分搅拌均匀得到溶剂；

步骤2，在步骤1得到的溶剂中加入纳米二氧化钛和填料，高速分散30min；

步骤3，在步骤2高速分散后将搅拌速度调慢，之后缓慢加入成膜助剂、水性树脂、PH调节剂，充分搅拌均匀后，缓慢添加无机硅酸盐溶液及铝硅溶胶，始终保持搅拌，得到初品；

步骤4，用增稠剂或稀释液调节初品的粘度，再加剩余的消泡剂除泡，充分研磨、过滤，得到水溶性抗菌涂层。

对比现有技术，本发明具有如下的有益效果：本发明制得的复合抗菌涂层所使用的的原材料容易获取，且价格低廉，且涂层绿色环保，具备长效抑菌的效果，通过提供了复合抗菌涂层，将其涂覆在材料的表面，从而为材料提供了优秀的抗菌性能，对病菌进行抑制，避免病菌在公共场所加速传播。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/ 或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B 方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

水溶性复合抗菌涂层，按重量份包括如下组分：硅丙树脂10份、铝溶胶1 份、硅酸锂1份、纳米二氧化钛5份、石墨烯0.5份、电气石粉1.5份、麦饭石粉2份、绢云母粉2份、重钙2两份、煅烧高岭土2份、复合抗菌剂0.5份、 Triton X-405 0.5份、聚氨酯类缔合型增稠剂0.2份、碱溶胀型增稠剂0.3份、 Texanol 0.3份、茶多酚0.1份、聚六亚甲基双胍0.1份、BYK023 0.3份、乙二醇1份、PH调节剂0.1份和去离子水20份。

水溶性复合抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将碱溶胀型增稠剂缓慢加入去离子水中，持续高速分散，直至完全溶解后，再加入复合抗菌剂、Triton X-405、乙二醇、0.1份的BYK023、茶多酚、聚六亚甲基双胍，充分搅拌均匀得到溶剂；

步骤2，在步骤1得到的溶剂中加入纳米二氧化钛、石墨烯、电气石粉、麦饭石粉、绢云母粉、重钙和煅烧高岭土，高速分散30min；

步骤3，在步骤2高速分散后将搅拌速度调慢，之后缓慢加入Texanol、硅丙树脂、稀硝酸，充分搅拌均匀后，缓慢添加硅酸锂溶液及铝溶胶，始终保持搅拌，得到初品；

步骤4，用聚氨酯类缔合型增稠剂调节初品的粘度，再加剩余的0.2份的 BYK023除泡，充分研磨、过滤，得到水溶性抗菌涂层。

实施例2

水溶性复合抗菌涂层，按重量份包括如下组分：萜烯树脂20份、纯丙树脂 15份、硅溶胶5.5份、硅酸钾3份、纳米二氧化钛13份、石墨烯1.7份、电气石粉5.3份、麦饭石粉7份、膨润土7份、硅灰石7份、硅藻土7份、复合抗菌剂2.7份、HY-1608A 0.7份、BS-12 1份、聚氨酯类缔合型增稠剂0.8份、三乙二醇正丁醚1.1份、甘氨酸0.2份、溶菌酶0.3份、W-205 0.7份、乙二醇1.5份、氢氧化钠0.1份、碳酸钠0.2份和去离子水30份。

水溶性复合抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将0.4份聚氨酯类缔合型增稠剂缓慢加入去离子水中，持续高速分散，直至完全溶解后，再加入复合抗菌剂、HY-1608A、BS-12、乙二醇、0.3 份的W-205、甘氨酸、溶菌酶，充分搅拌均匀得到溶剂；

步骤2，在步骤1得到的溶剂中加入纳米二氧化钛、石墨烯、电气石粉、麦饭石粉、膨润土、硅灰石和硅藻土，高速分散30min；

步骤3，在步骤2高速分散后将搅拌速度调慢，之后缓慢加入三乙二醇正丁醚、萜烯树脂、纯丙树脂、氢氧化钠和碳酸钠，充分搅拌均匀后，缓慢添加硅酸钾溶液及硅溶胶，始终保持搅拌，得到初品；

步骤4，用剩余的0.4份聚氨酯类缔合型增稠剂调节初品的粘度，再加剩余的0.4份的W-205除泡，充分研磨、过滤，得到水溶性抗菌涂层。

实施例3

水溶性复合抗菌涂层，按重量份包括如下组分：有机硅树脂35份、水性醇酸树脂25份、铝硅溶胶10份、硅酸钠5份、纳米二氧化钛20份、石墨烯3 份、电气石粉9份、麦饭石粉12份、沸石12份、重晶石12份、贝壳粉12份、复合抗菌剂5份、OP-10 1份、聚山梨酯80 2份、碱溶胀型增稠剂1份、Texanol 1份、三乙二醇正丁醚1份、茶多酚0.2份、溶菌酶0.4份、鱼精蛋白0.4份、 AMP-19 1份、乙二醇2份、盐酸0.3份、柠檬酸0.2份和去离子水40份。

水溶性复合抗菌涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将0.5份碱溶胀型增稠剂缓慢加入去离子水中，持续高速分散，直至完全溶解后，再加入复合抗菌剂、OP-10、聚山梨酯80、乙二醇、0.5份的AMP-19、茶多酚、溶菌酶、鱼精蛋白，充分搅拌均匀得到溶剂；

步骤2，在步骤1得到的溶剂中加入纳米二氧化钛、石墨烯、电气石粉、麦饭石粉、沸石、重晶石和贝壳粉，高速分散30min；

步骤3，在步骤2高速分散后将搅拌速度调慢，之后缓慢加入Texanol、三乙二醇正丁醚、有机硅树脂、水性醇酸树脂、盐酸和柠檬酸，充分搅拌均匀后，缓慢添加硅酸钠溶液及铝硅溶胶，始终保持搅拌，得到初品；

步骤4，用剩余的0.5份碱溶胀型增稠剂调节初品的粘度，再加剩余的0.5 份的AMP-19除泡，充分研磨、过滤，得到水溶性抗菌涂层。

以铝板为基底，厚度约为0.5mm，清除表面浮灰、油污等污渍后，用无水乙醇擦拭干净，置于超净实验室备用，将实施例1、2、3制得的水溶性抗菌涂层，用涂刷的方式涂覆于铝板上，待第一遍涂层表干后，再进行第二遍涂刷，养护7天以上，然后将菌种接种到检测样板上，用贴膜的方法使细菌均匀接触样板，经过一段时间的培养后，检测样板上的活菌数，并计算其抗菌率。

抗菌试验：依据《抗菌涂料(漆膜)抗菌性测定法和抗菌效果》GB/T 21866-2008进行，检验菌种为金葡萄球菌、大肠杆菌及H1N1病毒，分别测试其抗细菌性能、抗菌耐久性能及抗病毒性能，其中耐久性采用紫外灯照射100h 后，然后用贴膜法测试其活菌数。结果如下表所示：

水溶性复合涂层抗菌性及耐久性能

从以上实施例中，可以看出，本发明制备的3种水溶性复合抗菌涂层，其抗菌性能、抗菌耐久性能优异，且均能满足国家相关技术指标，从抗菌性能和耐久性能上来看，复合抗菌剂的添加量为5份时最好，从经济适用性来看，复合抗菌剂的添加量为1份时较好。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：按重量份包括如下组分：水性树脂10-60份、铝硅溶胶1-10份、无机硅酸盐溶液1-5份、纳米二氧化钛5-20份、填料10-60份、复合抗菌剂0.5-5份、分散剂0.5-3份、增稠剂0.5-1份、成膜助剂0.3-2份、防霉剂0.1-1份、消泡剂0.3-1份、乙二醇1-2份、PH调节剂0.1-0.5份和去离子水20-40份。

2.如权利要求1所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述水性树脂为有机硅树脂、水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、萜烯树脂、硅丙树脂、苯丙树脂、醋丙树脂、氯偏树脂中的一种或两种以上。

3.如权利要求1或2所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述铝硅溶胶为铝溶胶、硅溶胶、铝硅溶胶中的一种或两种以上；所述无机硅酸盐溶液为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸钙中的一种或两种以上。

4.如权利要求1或2所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述分散剂为OP-10、Triton X-405、HY-1608A、BS-12、聚山梨酯80的一种或两种以上；所述填料为石墨烯、电气石、麦饭石、沸石、重钙、轻钙、高岭土、云母、膨润土、重晶石、硅灰石、贝壳粉、硅藻土中的一种或两种以上。

5.如权利要求1或2所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述增稠剂为聚氨酯类缔合型增稠剂和/或碱溶胀型增稠剂；所述成膜助剂为Texanol和/或三乙二醇正丁醚。

6.如权利要求1或2所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述防霉剂为甘氨酸、茶多酚、溶菌酶、鱼精蛋白、聚六亚甲基双胍的一种或两种以上；所述PH调节剂为稀硝酸、盐酸、柠檬酸、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或两种以上；所述消泡剂为BYK023、W-205、AMP-19的一种或两种以上。

7.如权利要求1或2所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述复合抗菌剂的组分为季铵盐改性壳聚糖、Ag⁺和稀土复合纳米材料La³⁺/ZnO。

8.如权利要求6所述的水溶性复合抗菌涂层，其特征在于：所述复合抗菌剂的制备方法包括如下步骤：

(1)称取4g壳聚糖于三口烧瓶中，加入适量异丙醇，置于恒温磁力搅拌器上，温度为75℃，磁力旋转过程中，缓缓滴入12g 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，冷凝回流24h后，进行真空抽滤得到滤渣，滤渣用无水乙醇浸泡后再次抽滤，所得滤渣在60℃下真空干燥，烘干后在脂肪提取器中以无水乙醇为萃取剂，萃取48h后过滤，将滤渣在60℃下真空干燥，得到季铵盐改性壳聚糖；

(2)称量10g纳米ZnO，添加适量去离子水，超声分散2h后，置于恒温磁力搅拌器上，设置温度为37℃，持续搅拌，将5g氯化镧缓慢加入，滴入适量盐酸，调节PH值为5，持续搅拌2h后，真空抽滤，将滤渣用去离子水反复洗涤，洗掉游离的Cl^-后，在180℃下真空干燥4h，冷却后进行研磨，得到稀土复合纳米材料La³⁺/ZnO；

(3)在醋酸-醋酸钠缓冲液中，缓慢加入1g季铵盐改性壳聚糖、0.1gLa³⁺/ZnO，滴入稀硝酸调节PH值为4，持续搅拌2h后，缓慢滴入50ml0.01mol/L的硝酸银溶液，继续旋转1h；反应结束后，用丙酮结晶，再用乙醇溶液多次洗涤，进行真空抽滤，在40℃下干燥12h后，进行研磨，得到复合抗菌剂。

9.如权利要求1-7任一项所述的水溶性复合抗菌涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将增稠剂缓慢加入去离子水中，持续高速分散，直至完全溶解后，再加入复合抗菌剂、分散剂、乙二醇、部分消泡剂、防霉剂，充分搅拌均匀得到溶剂；

步骤2，在步骤1得到的溶剂中加入纳米二氧化钛和填料，高速分散30min；

步骤3，在步骤2高速分散后将搅拌速度调慢，之后缓慢加入成膜助剂、水性树脂、PH调节剂，充分搅拌均匀后，缓慢添加无机硅酸盐溶液及铝硅溶胶，始终保持搅拌，得到初品；

步骤4，用增稠剂或稀释液调节初品的粘度，再加剩余的消泡剂除泡，充分研磨、过滤，得到水溶性抗菌涂层。