CN115851041A - 基于聚合物与TiO2纳米结构的功能复合抗菌涂层及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层及应用，包括如下组分制成：按重量份数计，铜10‑15份、银5‑8份、锌15‑20份、二氧化钛15‑25份、N‑十二烷基20‑25份、玫瑰红3‑7份、聚季磷盐5‑10份和壳聚糖5‑10份，本发明该抗菌涂层的抗菌效果显著，病原体防护涂层与抗病毒材料结合使用可产生协同效应，抗菌涂层表面可以排斥大多数病毒，涂层内的二氧化钛、N‑十二烷基等抗病毒剂可以灭活所有尚未被祛除的附着病毒，从而提供双层保护对抗病毒，将使其可用于更大范围的应用，通过在抗菌涂层内增设二氧化钛，光生电子与空穴的复合则在纳秒量级，能很快迁移到表面，攻击细菌有机体，起到相应的抗菌作用。

Description

基于聚合物与TiO2纳米结构的功能复合抗菌涂层及应用

技术领域

本发明涉及抗菌涂层领域，具体为基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层及应用。

背景技术

抗菌涂层是一种能够均匀地覆盖和良好地附着在物体表面形成固体薄膜，它是具有防护、装饰或特殊功能的材料，若按照成膜物质和颜料的分散状态分类，有溶剂型抗菌涂层、水性抗菌涂层、粉末抗菌涂层、高能射线固化抗菌涂层等，随着社会的发展，人们的日常生活及建筑物、船舶、循环冷却水等很多领域都存在着抗菌需求，因此，提高抗菌功能的抗菌涂层是涂层工业发展的方向之一，在抗菌涂层中添加一定适宜的、能稳定存在的抗菌材料，即可制成抗菌涂层，抗菌涂层可直接涂装在各种材料上，因其使用方便而备受关注。

近年来，纳米TiO₂抗菌材料备受业内科技界瞩目，抗菌型纳米TiO₂以无毒、无味、无刺激性、热稳定性和耐热性好，不燃烧的白色纳米TiO₂作为抗菌材料，通过溶胶胶涂层、化学气相沉积或物理相沉积工艺，纳米TiO₂薄膜层，对绿浓杆菌、大肠杆菌，金黄色葡萄球菌、沙门氏菌及曲霉菌等均有极强的杀灭功能，对于防止疾病传播、净化环境卫生、爱护人体健康具有非常重要的意义，进展前景宽阔。

但是，传统的抗菌涂层存在以下缺点：

传统的抗菌涂层抗菌效果有限，无处不在的微生物仍能腐蚀涂层，而且通过接触抗菌涂层传播威胁人体健康，例如，在医疗环境中，病人大量流动，患者体内的致病微生物会与医院空气中的粉尘颗粒相结合，附着在墙上滋生，可能对医护人员和患者造成二次感染。

发明内容

本发明的目的在于提供基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层及应用，以解决上述背景技术中提出的传统的抗菌涂层抗菌效果有限，无处不在的微生物仍能腐蚀涂层，而且通过接触抗菌涂层传播威胁人体健康，例如，在医疗环境中，病人大量流动，患者体内的致病微生物会与医院空气中的粉尘颗粒相结合，附着在墙上滋生，可能对医护人员和患者造成二次感染的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜10-15份、银5-8份、锌15-20份、二氧化钛15-25份、N-十二烷基20-25份、玫瑰红3-7份、聚季磷盐5-10份和壳聚糖5-10份。

作为本发明的一种优选技术方案，按重量份数计，铜13份、银5份、锌18份、二氧化钛23份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐8份和壳聚糖8份。

作为本发明的一种优选技术方案，按重量份数计，铜15份、银7份、锌18份、二氧化钛25份、N-十二烷基20份、玫瑰红3份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

作为本发明的一种优选技术方案，按重量份数计，铜15份、银5份、锌18份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

作为本发明的一种优选技术方案，按重量份数计，铜15份、银5份、锌16份、二氧化钛25份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

作为本发明的一种优选技术方案，按重量份数计，铜15份、银5份、锌20份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

作为本发明的一种优选技术方案，所述聚季磷盐为带有长烷基链的聚季磷盐。

本发明基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层的应用，

抗菌涂层能够应用到医疗、学校、更衣室、餐饮、银行ATM机、通讯设备和公共交通等公共场所，抗菌涂层应用在公共场所的通风系统、天花板、管道、墙面金属的表面防护及各类金属设施等，能够抑制病菌在这些场所中的设备设施的残留和生长；

孕妇、儿童的家庭使用抗菌涂层进行涂装能够让孕妇、儿童尽可能避免细菌、霉菌的伤害，孕产妇、婴儿、儿童是相对免疫力较为低下的群体，同时是细菌、病毒的易感人群，因此，家中家电、门窗、钢制家具应用抗菌涂层具有非常现实的意义；

玻璃、玻璃纤维、塑料、金属、木材、陶瓷、复合材料和天然材料等表面都可以涂上抗菌涂层，可用于空调、炉用空气过滤器、汽车、空气净化装置、水族箱过滤器、循环空气处理机、车辆部件、汽车等；

屋顶材料包括颗粒、摇晃、头、毛毡、衬垫、膜、带状疱疹、瓷砖和合成外涂抗菌涂层，建筑材料包括木质复合材料、墙板、木材、壁板、不锈钢、橱柜和绝缘材料、天花板、输送机、混凝土制品等外涂抗菌涂层，

抗菌涂层可以涂在不同的资产上，包括：商品，例如地板覆盖物、医疗保健设施、玻璃纤维管道板、通用容器、非食品接触顶部、家具、浴室、垫子、管道用品、真空吸尘器和过滤器、片材、用于缓冲和包装的泡沫，等等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过在抗菌涂层内增设二氧化钛，虽然钛白粉也有光催化作用，也能够产生电子、空穴对，但其到达材料表面的时间在微秒级以上，极易发生复合，很难发挥抗菌效果，而达到纳米级分散程度的TiO₂，受光激发的电子、空穴从体内迁移到表面，只需纳秒、皮秒、甚至飞秒的时间，光生电子与空穴的复合则在纳秒量级，能很快迁移到表面，攻击细菌有机体，起到相应的抗菌作用；

2、通过设置玫瑰红，玫瑰红以利用ROS依赖的抗微生物和抗病毒途径，作为光敏分子的光敏剂也可用于抗菌光动力疗法，作为抗生素化学疗法的替代方法，抗菌光动力灭活的原理是光敏剂通过可见光吸收而激发，随后与氧气反应生成能对生物物种产生氧化损伤的单线态氧；

3、通过设置壳聚糖，壳聚糖表面带有丰富的氨基，这是壳聚糖具有抗菌性能的关键，壳聚糖的来源、脱乙酰度、分子质量、浓度等对抗菌效果的影响很大，同时环境的pH、含水量、溶剂等外在因素对壳聚糖的抗菌能力也存在显著的影响；

4、该抗菌涂层的抗菌效果显著，病原体防护涂层与抗病毒材料结合使用可产生协同效应，抗菌涂层表面可以排斥大多数病毒，涂层内的二氧化钛、N-十二烷基等抗病毒剂可以灭活所有尚未被祛除的附着病毒，从而提供双层保护对抗病毒，将使其可用于更大范围的应用。

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：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜10-15份、银5-8份、锌15-20份、二氧化钛15-25份、N-十二烷基20-25份、玫瑰红3-7份、聚季磷盐5-10份和壳聚糖5-10份。

实施例2：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜13份、银5份、锌18份、二氧化钛23份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐8份和壳聚糖8份。

实施例3：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银7份、锌18份、二氧化钛25份、N-十二烷基20份、玫瑰红3份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

实施例4：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌18份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

实施例5：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌16份、二氧化钛25份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

实施例6：

本发明提供了基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌20份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

所述聚季磷盐为带有长烷基链的聚季磷盐。

本发明基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层的应用，

抗菌涂层能够应用到医疗、学校、更衣室、餐饮、银行ATM机、通讯设备和公共交通等公共场所，抗菌涂层应用在公共场所的通风系统、天花板、管道、墙面金属的表面防护及各类金属设施等，能够抑制病菌在这些场所中的设备设施的残留和生长；

孕妇、儿童的家庭使用抗菌涂层进行涂装能够让孕妇、儿童尽可能避免细菌、霉菌的伤害，孕产妇、婴儿、儿童是相对免疫力较为低下的群体，同时是细菌、病毒的易感人群，因此，家中家电、门窗、钢制家具应用抗菌涂层具有非常现实的意义；

玻璃、玻璃纤维、塑料、金属、木材、陶瓷、复合材料和天然材料等表面都可以涂上抗菌涂层，可用于空调、炉用空气过滤器、汽车、空气净化装置、水族箱过滤器、循环空气处理机、车辆部件、汽车等；

屋顶材料包括颗粒、摇晃、头、毛毡、衬垫、膜、带状疱疹、瓷砖和合成外涂抗菌涂层，建筑材料包括木质复合材料、墙板、木材、壁板、不锈钢、橱柜和绝缘材料、天花板、输送机、混凝土制品等外涂抗菌涂层，

抗菌涂层可以涂在不同的资产上，包括：商品，例如地板覆盖物、医疗保健设施、玻璃纤维管道板、通用容器、非食品接触顶部、家具、浴室、垫子、管道用品、真空吸尘器和过滤器、片材、用于缓冲和包装的泡沫，等等。

本发明在使用时：通过在配料中加入铜、银、锌、二氧化钛、N-十二烷基、玫瑰红、聚季磷盐和壳聚糖，铜是迄今使用最广为人知且特征最充分的抗菌金属，铜表面和细菌外膜直接接触并相互作用可使细菌外膜破裂，由于细胞的主要防护被攻破，铜离子流可以势无阻挡地进入到细胞内部，使细胞内部一些重要的流程被破坏，从而掌控细胞内部，新陈代谢反应是由酶来推动完成的，当过量的铜与这种酶结合时将使它们失去活性，于是细菌将无法呼吸、进食、消化和产生能量，银通过与病毒包膜和病毒表面蛋白相互作用，阻断病毒渗透进入细胞，阻断细胞途径，与病毒基因组相互作用以及与病毒复制因子相互作用而使病毒失活，锌通常与其他金属结合使用，作为合金的一部分或作为涂层中的离子；锌氧化成为氧化锌，氧化锌充当杀菌剂的结构；锌离子载体是负责将锌离子跨脂质膜运输的物质，是金属具有抗病毒能力的用途，二氧化钛的光催化性能及其在细菌和病毒灭活中的应用引起了广泛的关注，TiO₂中的致病性失活机理与光吸收，电子、空穴的产生以及通过价带孔空穴和导带电子产生的ROS对有机材料的氧化有关，例如超氧阴离子和羟基自由基，N-十二烷基内的长链烷基季铵盐基团具有很强的抗菌性能，玫瑰红以利用ROS依赖的抗微生物和抗病毒途径，作为光敏分子的光敏剂也可用于抗菌光动力疗法，作为抗生素化学疗法的替代方法，抗菌光动力灭活的原理是光敏剂通过可见光吸收而激发，随后与氧气反应生成能对生物物种产生氧化损伤的单线态氧，聚季磷盐中磷原子比氮原子的离子半径大，极化作用强，因此季辚盐更容易吸附带负离子的菌体，并且季盐分子结构比较稳定，与一般氧化还原剂和酸碱都不发生反应，具有较好的抗菌性能，壳聚糖作为天然多糖几丁质的脱乙酰产物，具有诸多优良的物理化学性质，如生物相容性、生物可降解性、无毒、多反应性、低刺激性和广谱抗菌性等。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜10-15份、银5-8份、锌15-20份、二氧化钛15-25份、N-十二烷基20-25份、玫瑰红3-7份、聚季磷盐5-10份和壳聚糖5-10份。

2.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜13份、银5份、锌18份、二氧化钛23份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐8份和壳聚糖8份。

3.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银7份、锌18份、二氧化钛25份、N-十二烷基20份、玫瑰红3份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

4.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌18份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

5.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌16份、二氧化钛25份、N-十二烷基22份、玫瑰红3份、聚季磷盐7份和壳聚糖7份。

6.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于，包括如下组分制成：按重量份数计，铜15份、银5份、锌20份、二氧化钛24份、N-十二烷基20份、玫瑰红4份、聚季磷盐6份和壳聚糖6份。

7.根据权利要求1所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层，其特征在于：所述聚季磷盐为带有长烷基链的聚季磷盐。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于聚合物与TiO₂纳米结构的功能复合抗菌涂层的应用，其特征在于：

抗菌涂层能够应用到医疗、学校、更衣室、餐饮、银行ATM机、通讯设备和公共交通等公共场所，抗菌涂层应用在公共场所的通风系统、天花板、管道、墙面金属的表面防护及各类金属设施等，能够抑制病菌在这些场所中的设备设施的残留和生长；

孕妇、儿童的家庭使用抗菌涂层进行涂装能够让孕妇、儿童尽可能避免细菌、霉菌的伤害，孕产妇、婴儿、儿童是相对免疫力较为低下的群体，同时是细菌、病毒的易感人群，因此，家中家电、门窗、钢制家具应用抗菌涂层具有非常现实的意义；

玻璃、玻璃纤维、塑料、金属、木材、陶瓷、复合材料和天然材料等表面都可以涂上抗菌涂层，可用于空调、炉用空气过滤器、汽车、空气净化装置、水族箱过滤器、循环空气处理机、车辆部件、汽车等；

屋顶材料包括颗粒、摇晃、头、毛毡、衬垫、膜、带状疱疹、瓷砖和合成外涂抗菌涂层，建筑材料包括木质复合材料、墙板、木材、壁板、不锈钢、橱柜和绝缘材料、天花板、输送机、混凝土制品等外涂抗菌涂层，

抗菌涂层可以涂在不同的资产上，包括：商品，例如地板覆盖物、医疗保健设施、玻璃纤维管道板、通用容器、非食品接触顶部、家具、浴室、垫子、管道用品、真空吸尘器和过滤器、片材、用于缓冲和包装的泡沫，等等。