CN112409922A - 一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料 - Google Patents

一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料。本发明公开的类微脉管管体的内腔和球状腔体内均可以存储活性物质，活性物质通过微孔缓慢释放出来，长效持久发挥其功能。将类微脉管应用在缓释抗菌剂中，抗菌剂作为活性物质，常温环境下，相变材料和抗菌剂以固态的形式存储在类微脉管内腔，升温达到相变温度后，相变材料逐渐变为液体，抗菌剂从微孔中缓慢释放出来发挥抗菌作用。抗菌剂和相变材料的混合物会随着温度的改变，延长抗菌剂的释放时间，使得抗菌效果长效持久。将该缓释抗菌剂应用在涂料中，涂覆在电力设备，类微脉管内的液态抗菌剂会随着温度的升高缓慢渗出抵达涂料表面，可去除电力设备上的苔藓。

Description

一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料。
背景技术
在我国南方地区，气候潮湿，部分地区户外电力设备上容易生长苔藓，这些苔藓在潮湿的空气下会吸附空气中的水分和无机盐，使绝缘子表面形成导电层，在电场的作用下极易发生闪络。
目前，在涂料中加入抗菌剂是解决上述问题较好的办法。如：中国专利CN103468132A公开了一种通过有机-无机杂化技术将高分子有机相与无机粒子通过偶联剂和复合有机溶剂进行复配的防青苔型防污闪涂料，涂料中防霉抗藻剂倾向于在涂料层表层聚集，起到抗菌效果。中国专利CN108485359A公开了一种用于电力设备防鸟防青苔的涂料及其制备方法，该涂料以纳米TiO2和纳米ZnO为抗菌抑菌剂，它主要通过TiO2吸收近紫外光波形成电子-空穴对后与H2O和OH－离子反应形成具有强氧化性的羟基自由基和活性超氧离子自由基，进而破坏细胞膜质，阻止成膜物质的传输，从而有效杀死细菌。中国专利CN107880775A公开了绝缘子防青苔硅橡胶涂料，以银离子锌离子为抑菌剂，结合抗菌剂进行杀菌，通过银、锌离子与细胞基体中酶蛋白上巯基反应，使蛋白质凝固，细胞失活。然而，上述的几项专利中，抗菌剂/抑菌剂的释放较快，抑菌效果不持久。
发明内容
本发明提供了一种类微脉管及其制备方法、缓释抗菌剂和抗菌涂料，解决了现有的抗菌涂料中的抗菌剂释放较快，抑菌效果不持久的问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种类微脉管，由管体和球状腔体组成；
所述球状腔体位于相邻所述管体之间，且与相邻所述管体连通；
所述管体的表面设置有微孔；
所述类微脉管为一体化结构；
所述类微脉管由环氧树脂通过3D直写技术制备得到。
本发明提供的类微脉管的内腔可以存储活性物质，活性物质通过微孔缓慢释放，长效持久发挥其功能。
本发明对3D直写技术没有具体限定，采用本领域技术人员公知的方法即可。
本发明中，所述管体的内径为500-800μm，优选为500μm，所述球状腔体的内径为1000-1500μm，优选为1000μm，所述类微脉管的长度为3-4mm，优选为3mm；本发明提供的类微脉管的内腔既可以存储一定量的活性物质，应用在涂料中，又不会因为尺寸太大影响涂料的涂覆效果。
为了保证活性物质可以通过微孔进入微脉管内腔，同时避免类微脉管内的物质释放太快，本发明中类微脉管中所述微孔的孔径为20-100μm，优选为50μm，相邻微孔之间的间隔为20-100μm，相邻微孔之间的间隔相等，可以使得活性物质释放均匀，优选为50μm。
本发明还提供了上述类微脉管在制备缓释剂中的应用。
本发明还提供了一种缓释抗菌剂，包括上述类微脉管和储存在所述类微脉管内腔的相变材料和抗菌剂的混合物。
本发明中，相变材料为固液相变材料，当温度不高时，相变材料与抗菌剂一起呈固态被包裹在微脉管内腔，当温度较高时，相变材料会由固相逐渐变为液相，抗菌剂通过微孔缓慢释放，起到抗菌作用。抗菌剂和相变材料的混合物会随着温度的改变，延长抗菌剂的释放时间，使得抗菌效果长效持久。
本发明中，所述相变材料为40号相变石蜡；40号相变石蜡在温度达到40℃时从固态转变为液态，温度下降到一定值后重新凝固为固态，因此，当处于春天、秋天或冬天时，40号相变石蜡与抗菌剂呈固态，当处于夏天时，40号相变石蜡逐渐融化，抗菌剂会缓慢释放。
所述抗菌剂的包括噻菌灵、敌草隆和ROCIMA 350防霉防藻剂中的一种或两种以上，优选为噻菌灵和敌草隆混合物，所述噻菌灵和敌草隆的质量比优选为1：1。
本发明中，所述相变材料与所述抗菌剂的质量比为(5:1)-(1:1)，在该比值范围内，相变效果和抗菌效果较佳，优选为2：1、3：1或1：1。
本发明还提供了上述缓释抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：
将液态相变材料与抗菌剂混合，得到混合液，然后将类微脉管浸泡在所述混合液中，使混合液浸入所述类微脉管内腔，所述混合液中的相变材料凝固后，得到缓释抗菌剂。
本发明中，所述类微脉管浸泡的时间为30-60min；
浸泡完成后，缓慢降低温度，使得混合液呈半凝固态，取出类微脉管除去类微脉管表面多余的混合液，然后优选于20-25℃保存。
本发明还提供了上述缓释抗菌剂在抗菌涂料中的应用。
本发明缓释抗菌剂应用在涂料中，在高温条件下，类微脉管内的部分液态的抗菌剂会缓慢渗出抵达涂料表面，温度降低，相材变材料和抗菌剂的混合液呈凝固态存在，抗菌剂停止释放，以此来涂料内的抗菌剂缓慢释放，达到了长效持久的抗菌效果。
本发明还提供了一种抗菌涂料，按重量份数计，包括以下组分：
氟改性的端羟基二甲基硅氧烷50-60份；
所述缓释抗菌剂5-10份；
增塑剂3-5份；
补强剂10-20份；
催化剂0.1-0.5份；
交联剂3-5份；
阻燃剂5-10份；
溶剂100-150份。
优选地，氟改性的端羟基二甲基硅氧烷50份；
所述缓释抗菌剂5份；
增塑剂3份；
补强剂10份；
催化剂0.1份；
交联剂3份；
阻燃剂5份；
溶剂100份。
本发明中，所述氟改性的二甲基硅氧烷黏度为10000-40000mPa·s，优选为40000mPa·s；
所述增塑剂为甲基硅油类，优选甲基硅油；
所述补强剂为气相二氧化硅粉末；
所述催化剂为有机锡，优选为二月桂酸二丁基锡；
所述交联剂为正硅酸乙酯和甲基三丁酮肟基硅烷；
所述阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝；
所述溶剂为芳烃类溶剂，优选为甲苯和/或二甲苯。
本发明还提供了上述抗菌涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将氟改性的二甲基硅氧烷、补强剂、增塑剂和阻燃剂混合分散后进行脱水，得到混合物；
2)将混合物研磨后，与交联剂、催化剂、溶剂和类微脉管进行反应，得到抗菌涂料。
本发明中制得的抗菌涂料在涂覆过程中，在空气中水分的作用下即可硫化形成弹性体。类微脉管均匀分散在抗菌涂料中，从而可以在涂料中大面积的释放。
本发明步骤1)中，氟改性的二甲基硅氧烷、补强剂、增塑剂和阻燃剂优选采用强力分散机在2000r/min下混合分散30min；
所述分散后，优选升温至10℃，抽真空下保持2小时脱水，得到混合物。
本发明步骤2)中，混合物优选研磨至10-50微米，在该粒径范围下，涂覆效果佳，不会有颗粒感，优选为30微米。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种类微脉管，该类微脉管的管体的内腔和球状腔体内均可以存储活性物质，活性物质通过微孔缓慢释放出来，长效持久发挥其功能。将类微脉管应用在缓释抗菌剂中，抗菌剂作为活性物质，常温环境下，相变材料和抗菌剂以固态的形式存储在类微脉管内腔，升温达到相变温度后，相变材料逐渐变为液体，抗菌剂从微孔中缓慢释放出来发挥抗菌作用，抗菌剂和相变材料的混合物会随着温度的改变，延长抗菌剂的释放时间，使得抗菌效果长效持久。将该缓释抗菌剂应用在涂料中，该涂料涂覆在电力设备后，类微脉管内的液态抗菌剂会随着温度的升高缓慢渗出抵达涂料表面，发挥抗菌作用，有效去除电力设备上的苔藓。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1中类微脉管的示意图；
图2为图1的局部示意图；
其中，图示说明如下：
1、管体；2、微孔；3、球状腔体。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的试剂均为市购，其中，氟改性的二甲基硅氧烷选择黏度为40000mPa·s；抗菌剂为噻菌灵和敌草隆的混合物(质量比为1：1)；相变材料为40号相变石蜡；增塑剂为甲基硅油；补强剂为气相二氧化硅，粒径15nm，比表面积140±20m2/g，型号：日本德山REOLOSIL QS-10气相二氧化硅；催化剂为二月桂酸二丁基锡；交联剂为正硅酸乙酯和甲基三丁酮肟基硅烷(摩尔比为1：1)；阻燃剂为氢氧化镁；溶剂为二甲苯。
实施例1
本实施例为类微脉管的制备，具体制备步骤如下：
1、建模。采用3DMax软件对类微脉管进行三维建模。
2、切片处理。把3D模型进行切片处理，即转换为一组一步一步执行的指令，设计好打印的路径(填充密度，角度，外壳等)，并将切片后的文件储存成.gcode格式。
3、打印过程。把Gcode文件传送给3D打印机，同时，装入3D打印材料(即环氧树脂和硬化剂)，调试打印平台，设定打印参数，开始打印。
如图1和图2所示，本实施例类微脉管管体由多个管体和多个球状腔体组成，球状腔体位于相邻管体之间，串联连接。类微脉管管体的内径为500微米，球状腔体的内径为1000微米，类微脉管管体的长度为3毫米。
实施例2
本实施例为缓释抗菌剂的制备，具体制备步骤如下：
1、在45℃下将相变材料与抗菌剂按2:1的质量比均匀混合得到混合液；
2、将实施例1制得的类微脉管以1：3的质量比置于混合液中浸泡30min，保证混合液浸入类微脉管中，然后慢慢降低温度至混合液为半凝固态，取出类微脉管，将其呈层状放置在吸油纸上，再铺上一层吸油纸，轻轻压平，10分钟后，吸油纸即可除去类微脉管外部的混合液，得到缓释抗菌剂，低温(20-25℃)保存备用。
实施例3
本实施例为缓释抗菌剂的制备。
本实施例与实施例2的区别在于：相变材料与抗菌剂的质量比为3:1。
实施例4
本实施例为缓释抗菌剂的制备。
本实施例与实施例2的区别在于：相变材料与抗菌剂的质量比为1:1。
实施例5
本实施例为抗菌涂料的制备，具体制备步骤如下：
1、称取50份氟改性的端羟基二甲基硅氧烷、5份实施例2缓释抗菌剂、3份增塑剂、10份补强剂、0.1份催化剂、3份交联剂、5份阻燃剂、100份溶剂。
2、将氟改性的二甲基硅氧烷、补强剂、增塑剂和阻燃剂加入强力分散剂中2000r/min下分散30分钟，升温至150℃，抽真空下保持2小时脱水，得到混合物。
3、将分散机中混合物冷却到室温。将混合物转移至研磨机器中进行研磨，待其细度达到30μm后即可。
4、将研磨后的混合物转移至强力分散机中，分批次加入交联剂、催化剂、溶剂和类微脉管，此过程中保持在40℃以下，充分混合2小时后抽真空一段时间，得到抗菌涂料，装罐。
实施例6
本实施例为抗菌涂料的制备
本实施例与实施例5的区别在于：8份实施例2缓释抗菌剂。
实施例7
本实施例为抗菌涂料的制备
本实施例与实施例5的区别在于：10份实施例2缓释抗菌剂。
试验例
将本发明实施例5～7制得的抗菌涂料分别涂覆在绝缘子上(依次记为动作1、动作2和动作3)，将中国专利CN103468132A《一种防青苔型防污闪涂料及其制备方法》实施例1制得的涂料涂覆在绝缘子上(记为动作4)，将常规的PRTV涂料(河北硅谷化工有限公司PRTV涂料)涂覆在绝缘子上(记为动作5)和绝缘子上不涂覆涂料(记为动作6)，涂层的厚度均为0.5mm，将4个绝缘子放在容易生长青苔的某山区变电站内，在涂料表面采用接种针在涂料表面进行划线接种霉菌，人为接种，接种面为15％，一段时间后进行记录结果。测试结果如表1。
表1不同涂料耐霉性能测试结果
动作 接种半个月 接种三个月 接种半年 接种1年
动作1 O O O O
动作2 O O O O
动作3 O O O O
动作4 O O O √
动作5 √ √ √ √
动作6 O √ √ √
√——出现青苔，O——不出现青苔
表1中可以看出：绝缘子上涂覆本发明实施例5～7中的抗菌涂料后至少1年内无青苔生长；而涂覆中国专利CN103468132A《一种防青苔型防污闪涂料及其制备方法》实施例1中所述的涂料后，1年后检测到青苔生长；涂覆常规的PRTV涂料或不涂覆涂料时半个月或三个月内就生长青苔。说明从长期效果看，本发明实施例5～7所述的抗菌涂料耐霉效果持续时间长，说明实施例5～7提供的抗菌涂料具有良好的缓释效果。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种类微脉管，其特征在于，由管体和球状腔体组成；
所述球状腔体位于相邻所述管体之间，且与相邻所述管体连通；
所述管体的表面设置有微孔；
所述类微脉管为一体化结构；
所述类微脉管由环氧树脂通过3D直写技术制备得到。
2.根据权利要求1所述的类微脉管，其特征在于，所述管体的内径为500-800μm，所述球状腔体的内径为1000-1500μm，所述类微脉管的长度为3-4mm；
所述微孔的孔径为20-100μm。
3.权利要求1或2所述的类微脉管在制备缓释剂中的应用。
4.一种缓释抗菌剂，其特征在于，包括：权利要求1或2所述的类微脉管以及储存在所述类微脉管内腔的相变材料和抗菌剂的混合物。
5.根据权利要求4所述的缓释抗菌剂，其特征在于，所述相变材料与所述抗菌剂的质量比为(5:1)-(1:1)。
6.根据权利要求4所述的缓释抗菌剂，其特征在于，所述相变材料为40号相变石蜡；
所述抗菌剂的包括噻菌灵、敌草隆和ROCIMA 350防霉防藻剂中的一种或两种以上。
7.权利要求4所述的缓释抗菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将液态相变材料与抗菌剂混合，得到混合液，然后将类微脉管浸泡在所述混合液中，使混合液浸入所述类微脉管内腔，所述混合液中的相变材料凝固后，得到缓释抗菌剂。
8.权利要求4所述的缓释抗菌剂在抗菌涂料中的应用。
9.一种抗菌涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
氟改性的端羟基二甲基硅氧烷50-60份；
权利要求4所述的缓释抗菌剂5-10份；
增塑剂3-5份；
补强剂10-20份；
催化剂0.1-0.5份；
交联剂3-5份；
阻燃剂5-10份；
溶剂100-150份。
10.权利要求9所述的抗菌涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将氟改性的二甲基硅氧烷、补强剂、增塑剂和阻燃剂混合分散后进行脱水，得到混合物；
2)将混合物研磨后，与交联剂、催化剂、溶剂和类微脉管进行反应，得到抗菌涂料。
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