CN112126282A - 一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于防雾涂料的制备领域，具体涉及一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层及其制备方法。该制备方法的步骤包括：将h‑BN超声分散得到纳米片后，在纳米片上以乙酸锌为原料负载ZnO‑QDs，然后将ZnO‑QDs/h‑BN纳米片和苯乙烯、甲基丙烯酸为原料，聚甲基丙烯酸‑2‑羟乙酯、十二烷基硫酸钠为助剂，并用KH‑550改性得到改性ZnO‑QDs/h‑BN/聚苯乙烯纳米微球，再将复合聚苯乙烯微球制成涂料，用浸涂法在基底上制得防雾涂层。本发明所述抗菌防雾涂层为疏水性涂层，不会在表面留下斑点，使用寿命长。

Description

一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于防雾涂料的制备领域，具体涉及一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高，透明材料已成为人们日常生活中不可分割的一部分。而伴随着这些透明材料一起到来的材料表面的起雾现象越来越困扰着人们。起雾现象的机理为透明基材的表面温度小于周围水蒸汽的露点时，饱和的水蒸汽会骤冷并凝结成水珠落在基材表面；最典型的例子就是汽车在驾驶过程中汽车内外产生温差，汽车玻璃表面温度低于露点温度发生了起雾现象。
起雾现象发生的领域极为广泛，经过长久的研究，其对应的防雾产品也有着众多的应用领域，如农用防雾膜、包装用防雾膜、冰柜用防雾膜等，但这些防雾膜都具有使用环境单一的不足。汽车和各种电器的除雾主要采用电加热除雾和空调系统除雾两种方式，这两种方式成本都比较高昂，都伴随着电力等能源地消耗。
在疫情的报道中我们可以经常看到医护人员由于长时间的工作，其护目镜上的起雾现象特别严重，极大的影响了工作效率。这些护目镜的佩戴过程中人员的出汗等导致局部的水含量极高，而且温度也高于常温；但是现有的防雾产品多采用亲水的物质，极易在表面上留下模糊的斑点，其使用寿命也并不让人满意。
发明内容
针对现有防雾产品易在表面上留下模糊的斑点、复杂环境中的使用寿命短的不足，本发明提供一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将一定量的h-BN分散在异丙醇/去离子水混合液中，在50-55℃的水浴下超声5-6h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于70-80℃的干燥箱中8-10h得到纳米片。再把纳米片加入适量的无水乙醇溶液中，超声5-6min后添加适量的乙酸锌，在65-70℃的环境下超声40-50min，随后降温至10-15℃并向溶液中滴入适量的KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌15-20min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于50-60℃的真空干燥箱中10-12h得到ZnO-QDs/h-BN纳米片。
步骤二：将步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和一定量的十二烷基硫酸钠加入适量去离子水中，混合均匀后，先后加入适量的单体苯乙烯和聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散20-30min，再加入适量过硫酸钾，搅拌10-12min后加入甲基丙烯酸，并在N2保护下在75-80℃下避光搅拌8-9h，搅拌后将样品加入NaCl溶液中室温搅拌20-30min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置12-15h，静置结束后用去离子水洗涤5次，60-70℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球。
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇-去离子水混合液中，超声50-60min得到涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于40-50℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料30-40s后快速提拉出涂料，并置于60-70℃的烘箱中干燥6-7h，干燥后再次浸于涂料中10-15s后提拉出来，置于40-45℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
所述步骤一中h-BN的添加量为3-4g，异丙醇/去离子水混合液中两者的体积比为1.5:1-2.3:1，h-BN和乙酸锌的质量比为1:1.4-1:1.7。
所述步骤二中ZnO-QDs/h-BN纳米片和单体苯乙烯的质量比为1:2.5-1:3，十二烷基硫酸钠和单体苯乙烯的质量比为1:10-1:12，苯乙烯和聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯的质量比为1:15-1:18，过硫酸钾的添加量为苯乙烯和甲基丙烯酸总质量的6-8％，苯乙烯和甲基丙烯酸的物质的量之比为5:1-4:1，NaCl溶液和去离子水的体积比为0.8:1-0.85:1
优选地，所述步骤一中h-BN在异丙醇/去离子水混合液中的浓度为0.02g/ml，h-BN在无水乙醇溶液中的浓度为0.025g/ml，KOH的乙醇溶液的浓度为0.08g/ml，
优选地，所述步骤二中十二烷基硫酸钠在去离子水中的浓度为0.01g/ml，NaCl溶液的浓度为25wt％，KH-550的乙醇溶液中KH-550和乙醇的体积比为1:1.5。
优选地，所述步骤三中复合聚苯乙烯微球在甲醇-去离子水混合液中的浓度为1.2wt％，甲醇-去离子水混合液中两者体积比为2:1-3:1。
优选地，本发明所述制备方法制得的涂层在基底上的厚度在120-140μm之间。
有益效果：
(1)现有的防雾的制备更多的侧重于制得的材料和水的接触角，且多是通过增强材料的亲水性实现的防雾效果；而本发明着眼于外部环境与基材表面存在温差这一起雾条件，以具有小的比热容和较好的导热能力的聚苯乙烯微球为基底材料，可以在温度发生变化后更快的调整材料表面的温度，从而达到优化防雾能力的目的。
(2)聚苯乙烯中掺杂的ZnO-QDs/h-BN纳米片具有增强所制得涂料的热传递能力和抗菌能力的作用，而且ZnO-QDs和随后的KH-550改性都能够增加涂料的疏水性。
(3)本发明制备的聚苯乙烯为纳米级别的微球状，这种结构可以优化涂层表面的温度变化的能力，避免了基底的温度对涂层表面的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
步骤一：将3g的h-BN分散在90ml异丙醇和60ml去离子水的混合液中，在50℃的水浴下超声5h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于80℃的干燥箱中10h得到纳米片。再把纳米片加入120ml无水乙醇溶液中，超声5min后添加5.1g的乙酸锌，在70℃的环境下超声50min，随后降温至15℃并向溶液中滴入适量的KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌15min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于60℃的真空干燥箱中10h得到ZnO-QDs/h-BN纳米片。
步骤二：将3.6g步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和1.08g十二烷基硫酸钠加入108ml去离子水中，混合均匀后，先后加入10.8g单体苯乙烯和0.72g聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散20min，再加入1.04g过硫酸钾，搅拌10min后加入2.2g甲基丙烯酸，并在N2保护下在80℃下避光搅拌8h，搅拌后将样品加入91.8ml的NaCl溶液中室温搅拌20min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置15h，静置结束后用去离子水洗涤5次，60℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球。
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇和去离子水的体积比为2:1的混合液中，超声60min得到浓度为1.2wt％的涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于50℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料30s后快速提拉出涂料，并置于60℃的烘箱中干燥7h，干燥后再次浸于涂料中15s后提拉出来，置于45℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
本实施例制备得到的涂层厚度为120μm，水滴接触角为157°。将涂有该涂层的基材置于加湿器上方8cm处，在湿度为70％的室温条件下防雾持续时间为53天，在湿度为70％、温度60℃下的防雾持续时间为19天。
实施例2
步骤一：将4g的h-BN分散在139.4ml异丙醇和60.6ml去离子水的混合液中，在55℃的水浴下超声5h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于70℃的干燥箱中9h得到纳米片。再把纳米片加入160ml无水乙醇溶液中，超声5min后添加5.6g的乙酸锌，在65℃的环境下超声45min，随后降温至14℃并向溶液中滴入适量的KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌20min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于50℃的真空干燥箱中11h得到ZnO-QDs/h-BN纳米片。
步骤二：将4.8g步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和1g十二烷基硫酸钠加入100ml去离子水中，混合均匀后，先后加入12g单体苯乙烯和0.67g聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散30min，再加入0.84g过硫酸钾，搅拌11min后加入1.98g甲基丙烯酸，并在N2保护下在76℃下避光搅拌9h，搅拌后将样品加入85ml的NaCl溶液中室温搅拌30min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置12h，静置结束后用去离子水洗涤5次，70℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球。
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇和去离子水的体积比为3:1的混合液中，超声50min得到浓度为1.2wt％的涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于45℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料33s后快速提拉出涂料，并置于70℃的烘箱中干燥7h，干燥后再次浸于涂料中14s后提拉出来，置于43℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
本实施例制备得到的涂层厚度为134μm，水滴接触角为152°。将涂有该涂层的基材置于加湿器上方8cm处，在湿度为70％的室温条件下防雾持续时间为51天，在湿度为70％、温度60℃下的防雾持续时间为20天。
实施例3
步骤一：将3.38g的h-BN分散在108.5ml异丙醇和60.5ml去离子水的混合液中，在53℃的水浴下超声6h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于73℃的干燥箱中8h得到纳米片。再把纳米片加入135.2ml无水乙醇溶液中，超声6min后添加5.41g的乙酸锌，在68℃的环境下超声47min，随后降温至12℃并向溶液中滴入适量的KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌18min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于54℃的真空干燥箱中12h得到ZnO-QDs/h-BN纳米片。
步骤二：将4.06g步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和0.95g十二烷基硫酸钠加入95ml去离子水中，混合均匀后，先后加入11.4g单体苯乙烯和0.72g聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散22min，再加入0.85g过硫酸钾，搅拌12min后加入2.28g甲基丙烯酸，并在N2保护下在75℃下避光搅拌9h，搅拌后将样品加入77.9ml的NaCl溶液中室温搅拌22min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置14h，静置结束后用去离子水洗涤5次，62℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球。
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇和去离子水的体积比为2.7:1的混合液中，超声54min得到浓度为1.2wt％的涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于47℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料38s后快速提拉出涂料，并置于62℃的烘箱中干燥6h，干燥后再次浸于涂料中12s后提拉出来，置于40℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
本实施例制备得到的涂层厚度为127μm，水滴接触角为160°。将涂有该涂层的基材置于加湿器上方8cm处，在湿度为70％的室温条件下防雾持续时间为55天，在湿度为70％、温度60℃下的防雾持续时间为21天。
实施例4
步骤一：将3.56g的h-BN分散在118.6ml异丙醇和59.3ml去离子水的混合液中，在52℃的水浴下超声6h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于78℃的干燥箱中8h得到纳米片。再把纳米片加入142.4ml无水乙醇溶液中，超声6min后添加5.26g的乙酸锌，在66℃的环境下超声40min，随后降温至10℃并向溶液中滴入适量的KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌17min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于57℃的真空干燥箱中10.5h得到ZnO-QDs/h-BN纳米片。
步骤二：将4.27g步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和0.97g十二烷基硫酸钠加入97ml去离子水中，混合均匀后，先后加入10.68g单体苯乙烯和0.62g聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散26min，再加入0.87g过硫酸钾，搅拌11.5min后加入1.87g甲基丙烯酸，并在N2保护下在77℃下避光搅拌8h，搅拌后将样品加入81.5ml的NaCl溶液中室温搅拌26min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置13h，静置结束后用去离子水洗涤5次，67℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球。
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇和去离子水的体积比为2.5:1的混合液中，超声57min得到浓度为1.2wt％的涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于40℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料40s后快速提拉出涂料，并置于67℃的烘箱中干燥6h，干燥后再次浸于涂料中10s后提拉出来，置于42℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
本实施例制备得到的涂层厚度为140μm，水滴接触角为155°。将涂有该涂层的基材置于加湿器上方8cm处，在湿度为70％的室温条件下防雾持续时间为49天，在湿度为70％、温度60℃下的防雾持续时间为22天。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将h-BN分散在异丙醇/去离子水混合液中，在50-55℃的水浴下超声5-6h，然后将溶液高速离心并过滤上清液，过滤得到的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤后置于70-80℃的干燥箱中8-10h得到纳米片；再把纳米片加入无水乙醇溶液中，超声5-6min后添加乙酸锌，在65-70℃的环境下超声40-50min，随后降温至10-15℃并向溶液中滴入KOH的乙醇溶液至溶液变澄清，搅拌15-20min后，将溶液离心并用无水乙醇洗涤三次后置于50-60℃的真空干燥箱中10-12h，得到ZnO-QDs/h-BN纳米片；
步骤二：将步骤一制备的ZnO-QDs/h-BN纳米片和十二烷基硫酸钠加入去离子水中，混合均匀后，先后加入单体苯乙烯和聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯，超声分散20-30min，再加入过硫酸钾，搅拌10-12min后加入甲基丙烯酸，并在N2保护下在75-80℃下避光搅拌8-9h，搅拌后将样品加入NaCl溶液中室温搅拌20-30min，然后离心并用去离子水洗涤3次，洗涤后将样品置于硅烷偶联剂KH-550的乙醇溶液中静置12-15h，静置结束后用去离子水洗涤5次，60-70℃的真空干燥箱中干燥得到疏水改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯纳米微球；
步骤三：将步骤二制备的复合聚苯乙烯微球加入甲醇-去离子水混合液中，超声50-60min得到涂料；同时将护目镜基底先后置于无水乙醇和去离子水中超声清洗，再置于40-50℃的烘箱中烘干，烘干后再将基底浸于涂料30-40s后快速提拉出涂料，并置于60-70℃的烘箱中干燥6-7h，干燥后再次浸于涂料中10-15s后提拉出来，置于40-45℃的烘箱中烘干得到改性ZnO-QDs/h-BN/聚苯乙烯防雾涂层。
2.根据权利要求1所述的一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤一中h-BN的添加量为3-4g。
3.根据权利要求1所述的一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤一中异丙醇/去离子水混合液中两者的体积比为1.5:1-2.3:1，h-BN和乙酸锌的质量比为1:1.4-1:1.7；h-BN在异丙醇/去离子水混合液中的浓度为0.02g/ml，h-BN在无水乙醇溶液中的浓度为0.025g/ml，KOH的乙醇溶液的浓度为0.08g/ml。
4.根据权利要求1所述的一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤二中ZnO-QDs/h-BN纳米片和单体苯乙烯的质量比为1:2.5-1:3，十二烷基硫酸钠和单体苯乙烯的质量比为1:10-1:12，苯乙烯和聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯的质量比为1:15-1:18，过硫酸钾的添加量为苯乙烯和甲基丙烯酸总质量的6-8％，苯乙烯和甲基丙烯酸的物质的量之比为5:1-4:1，NaCl溶液和去离子水的体积比为0.8:1-0.85:1。
5.根据权利要求1所述的一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤二中十二烷基硫酸钠在去离子水中的浓度为0.01g/ml，NaCl溶液的浓度为25wt％，KH-550的乙醇溶液中KH-550和乙醇的体积比为1:1.5。
6.根据权利要求1所述的一种基于医用护目镜的抗菌防雾涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤三中复合聚苯乙烯微球在甲醇-去离子水混合液中的浓度为1.2wt％，甲醇-去离子水混合液中两者体积比为2:1-3:1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的防雾涂层，其特征在于，涂层在基底上的厚度在120-140μm之间。
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