CN113234334A - 一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法，属于颜料制备技术领域。本发明通过水热反应将亮黄颜料钒酸铋包覆在铁黄颜料表面，这种包覆结构可以使包覆在铁黄表面的钒酸铋更好地发挥其作为黄色颜料的作用，同时两种黄颜料的复配不仅能够达到良好的抗菌效果，而且减少了钒酸铋的使用量；同时，采用硅烷化处理能够有效提高抗菌黄色颜料的疏水性，使其起到防潮的作用，抑制了细菌的繁殖，从而进一步提高了抗菌效果。实验结果表明，本发明对革兰氏阴性菌的抗菌率能够达到70.8～76％；同时，抗菌防潮黄色颜料在水中的活化指数能够达到94.2～98.8％，具有良好的疏水性能，能够达到防潮的效果。

Description

一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法
技术领域
本发明涉及颜料制备技术领域，具体涉及一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法。
背景技术
在雨天潮湿环境，尤其是南方的梅雨季节，木地板、墙壁等表面受潮会发霉产生霉菌，霉菌的滋生会影响人们的身体健康，也会影响居住环境的美观性。目前，常用的黄色颜料包括钒酸铋、氧化铁黄、铅铬黄等。其中，钒酸铋具有亮丽的黄色，除了作为着色剂使用外，它还具有光催化性能在接触太阳和荧光灯的光的时候能够促进化学反应，杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓杆菌、病毒等。但是钒酸铋的价格昂贵，单独使用成本较高；而氧化铁黄颜料虽然价格相对较低，但其遮盖力和着色力相对与钒酸铋要低，且不具有抗菌性；以及铅铬黄虽然在无机黄色颜料中占有难以动摇的位置，但因是含铅颜料，仍然会影响人们的身体健康。
因此，亟须研发一种能够发挥黄色颜料作用的同时，还能够达到优异抗菌防潮效果的黄色颜料，从而能够更适用于潮湿环境的使用，保证人们的身体健康。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌防潮黄色颜料及其制备方法，该制备方法制备得到的颜料在保留黄色颜料作用的前提下，还具有良好的抗菌性和疏水性，能够达到优异的抗菌防潮的效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抗菌防潮黄色颜料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在铁黄浆料中加入硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后调节pH值，得到混合浆料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料进行水热反应，得到钒酸铋包覆铁黄；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄进行硅烷化处理，得到抗菌防潮黄色颜料。
优选的，所述步骤(1)中的铁黄浆料在使用前进行分散处理。
优选的，所述分散处理的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的用量为铁黄浆料中铁黄质量的1～5％。
优选的，所述步骤(1)的铁黄浆料中铁黄的质量百分数为20～50％。
优选的，所述步骤(1)中调节pH值在6～8之间。
优选的，所述步骤(2)中水热反应的温度为140～180℃，水热反应的时间为1～3h。
优选的，所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄中钒酸铋的质量为铁黄质量的5～15％。
优选的，所述步骤(3)中硅烷化处理的处理剂为全氟硅烷的异丙醇溶液。
优选的，所述全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷的质量为钒酸铋包覆铁黄质量的1～5％。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的抗菌防潮黄色颜料。
本发明提供了一种抗菌防潮黄色颜料的制备方法，包括以下步骤：(1)在铁黄浆料中同时加入硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，调节pH值后，得到混合浆料；(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料进行水热反应，得到钒酸铋包覆铁黄；(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄进行硅烷化处理，得到抗菌防潮黄色颜料。本发明通过水热反应将亮黄颜料钒酸铋包覆在铁黄颜料表面，这种包覆结构可以使裸露在铁黄表面的钒酸铋更好地发挥其黄色颜料的作用，同时两种黄颜料的复配不仅能够达到良好的抗菌效果，而且减少了钒酸铋的使用量；同时，采用硅烷化处理能够有效提高抗菌黄色颜料的疏水性，使其起到防潮的作用，抑制了细菌的繁殖，从而进一步提高了抗菌效果。实验结果表明，本发明选择革兰氏阴性菌悬浮液(2.5×105CFU/mL)进行抗菌实验，培养4小时后，抗菌防潮黄色颜料的抗菌率能够达到70.8～76％；同时，抗菌防潮黄色颜料在水中的活化指数能够达到94.2～98.8％，具有良好的疏水性能，能够达到防潮的效果。
具体实施方式
本发明提供了一种抗菌防潮黄色颜料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在铁黄浆料中加入硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后调节pH值，得到混合浆料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料进行水热反应，得到钒酸铋包覆铁黄；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄进行硅烷化处理，得到抗菌防潮黄色颜料。
本发明在铁黄浆料中加入硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后调节pH值，得到混合浆料。
在本发明中，所述铁黄浆料在使用前优选进行分散处理。本发明通过对铁黄浆料进行分散处理，更有利于后续各组分混合均匀，从而获得包覆结构良好的抗菌防潮黄色颜料。
在本发明中，所述分散处理的分散剂优选为聚乙烯吡咯烷酮；所述聚乙烯吡咯烷酮的用量优选为铁黄浆料中铁黄质量的1～5％，更优选为2～4％，最优选为2.5～3.5％。本发明通过选择聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，利用其良好的水溶性更有利于各组分在铁黄浆料中分散均匀。
在本发明中，所述分散处理具体优选为将所述分散剂加入铁黄浆料中，然后进行搅拌。本发明对所述搅拌的操作没有特殊限定，能够保证物料混合均匀即可。
在本发明中，所述铁黄浆料中的溶剂优选为去离子水；所述铁黄浆料中铁黄的质量百分数优选为20～50％，更优选为25～45％，最优选为28～32％。本发明通过将铁黄制备成浆料的形式，更有利于提高铁黄与其他组分的混合均匀性。
在本发明中，所述硝酸铋溶液的质量浓度优选为8～12％，更优选为10％；所述偏钒酸铵溶液的浓度优选为8～12％，更优选为10％。
在本发明中，所述硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的加入顺序优选为同时加入；所述加入的操作优选为滴加。本发明对所述滴加的速率没有特殊限定，能够保证液体不发生飞溅即可。本发明通过同时滴加硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，可以使得添加量少的硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液在铁黄浆料中快速分散使得混合更加均匀。
在本发明中，所述调节pH值优选在6～8之间，更优选为6.5～7.5。本发明通过调节混合体系的pH值至6～8之间，可以使混合体系处于弱酸、弱碱或接近于中性的条件，可以提高偏钒酸铵的溶解性，更有利于后续水热反应形成钒酸铋并获得包覆于铁黄外表面的复合结构。
在本发明中，所述调节pH值的碱性溶液优选为NaOH溶液；所述NaOH溶液的浓度优选为0.8～1.5mol/L，更优选为1mol/L。
在本发明中，在所述调节pH值的同时还优选包括搅拌；本发明对所述搅拌的速率没有特殊要求；所述搅拌的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h。本发明通过在调节pH值的同时进行搅拌的操作可以更好的提高混合体系的均匀性。
得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料进行水热反应，得到钒酸铋包覆铁黄。
在本发明中，所述水热反应的温度优选为140～180℃，更优选为150～170℃，最优选为155～165℃；所述水热反应的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，最优选为1.8～2.2h。本发明通过控制水热反应的温度，可以使硝酸铋和偏钒酸铵反应在铁黄颗粒表面形成晶粒细小、分散度高的钒酸铋，从而形成包覆结构良好且钒酸铋壳层分布均匀的钒酸铋包覆铁黄，其亮黄色的色彩更加均匀，同时该复合结构光催化性能更好，进而其抗菌性能更优异。
在本发明中，所述进行水热反应的设备优选为水热反应釜。
水热反应完成后，本发明优选将所述水热反应的产物依次进行过滤、洗涤和烘干，得到钒酸铋包覆铁黄。本发明对所述过滤和洗涤的操作没有特殊限定，采用本领域熟知的过滤和洗涤操作即可。在本发明中，所述烘干的温度优选为60～80℃，更优选为70～80℃；所述烘干的时间优选为8～12h，更优选为10～12h。
在本发明中，所述的钒酸铋包覆铁黄中钒酸铋的质量优选为铁黄质量的5～15％，更优选为8～12％，最优选为10～11％。本发明通过在铁黄表面包覆少量的钒酸铋即可保证该复合颜料具有亮黄色的色彩，同时还可实现良好的抗菌性的效果。
得到钒酸铋包覆铁黄后，本发明将所述钒酸铋包覆铁黄进行硅烷化处理，得到抗菌防潮黄色颜料。
本发明优选先将所述钒酸铋包覆铁黄配制成浆料，然后与硅烷化处理的处理剂混合，进行硅烷化处理。在本发明中，所述浆料中的溶剂优选为去离子水；所述浆料中的钒酸铋包覆铁黄的质量分数优选为20～50％，更优选为25～45％，最优选为28～32％。
在本发明中，所述硅烷化处理的处理剂优选为全氟硅烷的异丙醇溶液；所述全氟硅烷的异丙醇溶液的浓度优选为5～10％，更优选为6～8％。
在本发明中，所述全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷的质量优选为钒酸铋包覆铁黄质量的1～5％，更优选为2～4％，最优选为2.5～3.5％。本发明通过采用全氟硅烷进行硅烷化处理，更有利于提高钒酸铋包覆铁黄表面的疏水性，从而达到良好的防潮效果，抑制了细菌的繁殖，进而进一步提高颜料的抗菌性。
在本发明中，所述硅烷化处理的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃；所述硅烷化处理的时间优选为2～4h，更优选为2.5～3.5h。本发明通过控制硅烷化处理的温度和时间，能够使全氟硅烷在钒酸铋包覆铁黄表面形成稳固膜层结构，从而获得具有疏水性的表面，可以有效提高抗菌黄颜料的防潮性。
硅烷化处理完成后，本发明优选将所述硅烷化处理的产物依次进行过滤、洗涤和干燥，得到抗菌防潮黄色颜料。本发明对所述过滤和洗涤的操作没有特殊限定，采用本领域熟知的过滤和洗涤操作即可。在本发明中，所述烘干的温度优选为60～80℃，更优选为70～80℃；所述烘干的时间优选为8～12h，更优选为10～12h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的抗菌防潮黄色颜料。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)先将分散剂加入铁黄浆料中，然后进行搅拌，即对铁黄浆料进行分散处理后，再同时滴加硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后再加入浓度为1mol/L的NaOH溶液并搅拌，调节pH值至6，搅拌时间为2h，得到混合浆料；其中，分散处理的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，其用量为铁黄浆料中铁黄质量的5％；且铁黄浆料中铁黄的质量百分数为20％，铁黄浆料的溶剂为去离子水，硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的质量浓度都为10％，且其加入量分别为2.25g和0.54g(以10g铁黄质量为例)；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料放入水热反应釜中，反应温度为150℃，反应时间2h，反应结束后依次进行过滤、洗涤，以及在80℃温度下烘干10h，得到钒酸铋包覆铁黄；其中，钒酸铋包覆铁黄中的钒酸铋为铁黄质量的15％；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄添以去离子水为溶剂配制成浆料，然后加入质量浓度为10％的全氟硅烷的异丙醇溶液在70℃进行硅烷化处理4h，处理完成后再依次进行过滤、洗涤，以及在80℃温度下烘干10h，得到抗菌防潮黄色颜料；其中，钒酸铋包覆铁黄浆料中钒酸铋包覆铁黄的质量分数为20％，全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷用量为钒酸铋包覆铁黄质量的5％。
实施例2
本实施例提供的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)先将分散剂加入铁黄浆料中，然后进行搅拌，即对铁黄浆料进行分散处理后，再同时滴加硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后再加入浓度为1mol/L的NaOH溶液并搅拌，调节pH值至7.6，搅拌时间为3h，得到混合浆料；其中，分散处理的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，其用量为铁黄浆料中铁黄质量的5％；且铁黄浆料中铁黄的质量百分数为50％，铁黄浆料的溶剂为去离子水，硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的质量浓度都为10％，且其加入量分别为1.50g和0.36g.(以10g铁黄质量为例)；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料放入水热反应釜中，反应温度为140℃，反应时间3h，反应结束后依次进行过滤、洗涤，以及在80℃温度下烘干12h，得到钒酸铋包覆铁黄；其中，钒酸铋包覆铁黄中的钒酸铋为铁黄质量的10％；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄添以去离子水为溶剂配制成浆料，然后加入质量浓度为5％的全氟硅烷的异丙醇溶液在60℃进行硅烷化处理3h，处理完成后再依次进行过滤、洗涤，以及在70℃温度下烘干12h，得到抗菌防潮黄色颜料；其中，钒酸铋包覆铁黄浆料中钒酸铋包覆铁黄的质量分数为50％，全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷用量为钒酸铋包覆铁黄质量的1％。
实施例3
本实施例提供的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，由以下步骤组成：
(1)先将分散剂加入铁黄浆料中，然后进行搅拌，即对铁黄浆料进行分散处理后，再同时滴加硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后再加入浓度为1mol/L的NaOH溶液并搅拌，调节pH值至8，搅拌时间为1h，得到混合浆料；其中，分散处理的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，其用量为铁黄浆料中铁黄质量的1％；且铁黄浆料中铁黄的质量百分数为35％，铁黄浆料的溶剂为去离子水，硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液的质量浓度都为10％，且其加入量分别为0.75g和0.18g(以10g铁黄质量为例)；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料放入水热反应釜中，反应温度为180℃，反应时间1h，反应结束后依次进行过滤、洗涤，以及在60℃温度下烘干12h，得到钒酸铋包覆铁黄；其中，钒酸铋包覆铁黄中的钒酸铋为铁黄质量的5％；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄添以去离子水为溶剂配制成浆料，然后加入质量浓度为10％的全氟硅烷的异丙醇溶液在70℃进行硅烷化处理4h，处理完成后再依次进行过滤、洗涤，以及在80℃温度下烘干10h，得到抗菌防潮黄色颜料；其中，钒酸铋包覆铁黄浆料中钒酸铋包覆铁黄的质量分数为20％，全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷用量为钒酸铋包覆铁黄质量的5％。
对比例1
取市售铁黄为对比例1。
对比例2
取市售钒酸铋为对比例2。
对比例3
取市售铁黄和市售钒酸铋混合均匀为对比例3；其中市售钒酸铋为市售铁黄质量的15％。
性能检测：
1、抗菌性：选择革兰氏阴性菌悬浮液(2.5×105CFU/mL)进行抗菌实验，培养4小时后，记录细菌菌落数用于计算样本的抗菌率，具体过程如下(其中，实施例1～3制备得到的抗菌防潮黄色颜料样品以及对比例1～3样品均按照以下过程进行抗菌性检测)：
量取30mL革兰氏阴性菌悬浮液(2.5×105CFU/mL)，并称量0.05g抗菌防潮黄色颜料倒入无菌光催化反应器中，充分混合均匀；在室温与可见光(λ>400nm)条件下进行杀菌处理；处理完毕，取100微升悬浮液，涂于含LB琼脂培养基的9cm培养皿，置于37℃恒温培养箱中培养4h，观察菌落数，计算抗菌率，其计算结果如表1所示。
2、疏水性：将实施例1～3制备得到的抗菌防潮黄色颜料样品以及对比例1～3样品分别置于去离子水中测试其活化指数，具体过程为(其中，实施例1～3制备得到的抗菌防潮黄色颜料样品以及对比例1～3样品均按照以下过程进行疏水性检测)：
称取1.000g抗菌防潮黄色颜料，计为m1，研磨均匀，置于盛有100mL去离子水的烧杯中，超声振荡2min，再搅拌5min后静置30min，待明显分层后刮去浮在水面的粉体，将沉入烧杯底部的粉体过滤，移入恒温箱内，在110℃的条件下干燥至质量不再变化，称量计为m2，计算活化指数，计算公式为：H＝(m1-m2)/m1，(式中：H为活化指数，％)；其计算结果如表1所示。
3、颜色效果：实施例1～3制备得到的抗菌防潮黄色颜料样品以及对比例1～3样品的颜色效果均以Lab值进行表征，其Lab值的检测结果如表1所示。
表1实施例1～3制备得到的抗菌防潮黄色样品以及对比例1～3样品的性能检测结果
Figure BDA0003075005280000081
Figure BDA0003075005280000091
由表1可以看出，本发明制备的抗菌防潮黄色颜料相比于单一铁黄颜料和钒酸铋颜料，以及相比于氧化铁黄与钒酸铋两种颜料的简单混合物，不仅仍具有黄色颜料的色彩，还具有更优异的抗菌性和疏水性，能够达到良好的抗菌和防潮效果，从而将其作为一种黄色颜料更适用于居住环境潮湿的地方。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗菌防潮黄色颜料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在铁黄浆料中加入硝酸铋溶液和偏钒酸铵溶液，然后调节pH值，得到混合浆料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合浆料进行水热反应，得到钒酸铋包覆铁黄；
(3)将所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄进行硅烷化处理，得到抗菌防潮黄色颜料。
2.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铁黄浆料在使用前进行分散处理。
3.如权利要求2所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述分散处理的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮的用量为铁黄浆料中铁黄质量的1～5％。
4.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的铁黄浆料中铁黄的质量百分数为20～50％。
5.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中调节pH值在6～8之间。
6.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中水热反应的温度为140～180℃，水热反应的时间为1～3h。
7.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)得到的钒酸铋包覆铁黄中钒酸铋的质量为铁黄质量的5～15％。
8.如权利要求1所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硅烷化处理的处理剂为全氟硅烷的异丙醇溶液。
9.如权利要求8所述的抗菌防潮黄色颜料的制备方法，其特征在于，所述全氟硅烷的异丙醇溶液中的全氟硅烷的质量为钒酸铋包覆铁黄质量的1～5％。
10.一种如权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的抗菌防潮黄色颜料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0758670A2 (de) * 1995-08-12 1997-02-19 Basf Aktiengesellschaft Eisenhaltige Bismutvanadatpigmente
CN108479789A (zh) * 2018-02-08 2018-09-04 合肥学院 一种钒酸铋-褐铁矿复合物的制备方法
CN111732891A (zh) * 2020-07-06 2020-10-02 佛山市力合通新材料有限公司 钒酸铋基环保防腐涂层的制备方法

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