CN116445027A - 一种耐污防腐剂及其制备方法、及其在水性漆中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水性漆用添加剂技术领域，公开了一种耐污防腐剂及其制备方法、及其在水性漆中的应用，包括芯材和壳材，按质量份数计，所述芯材包括氨基糖苷8‑15份、草石混合粉2‑5份、聚甘油单脂肪酸酯1‑3份和葡萄糖酸‑δ‑内酯12‑20份，所述壳材包括苹果酸30‑60份、混合菌素10‑12份、乙烯基双硬脂酰胺3.5‑8份和羧甲基纤维素钠0.5‑2.5份。通过多粘菌素和短杆菌素作用于腐坏源生物的细胞膜，使包裹于壳体内的氨基糖苷等可缓释于细胞内，从而实现对腐坏源生物的灭活以及涂料防腐作用；且原料中极大程度地减少了有机物等对环境破坏性强的物质，减少生产及使用过程中对环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及水性漆用添加剂技术领域，具体而言，涉及一种耐污防腐剂及其制备方法、及其在水性漆中的应用。
背景技术
水性漆是指以水为溶剂的漆料，具有环境污染性小、对材质表面适应性好、附着力强等特点，可用于湿表面或潮湿环境中进行喷涂。但水性漆对涂装设备的腐蚀性大，且喷涂于物体表面后也存在耐酸碱性弱等问题，因而在水性漆的生产过程中通常需要添加防腐剂，以提高水性漆的实用性。
常见的应用于上述领域的防腐剂多为异噻唑啉酮、对羟基苯甲酸酯等有机物，通过阻断细菌、藻类等微生物中的蛋白质键而实现杀菌防腐的作用。然而，上述防腐剂在生产和使用过程中，对环境污染严重，且危害人体健康。
因此，我们急需一种更环保更安全的、低污染性的水性漆用防腐剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：
目前，应用于木板材等的水性漆中，所添加的防腐剂多为异噻唑啉酮、对羟基苯甲酸酯等有机物，其在生产制备的过程中极易产生大量有害废水，且在实际使用的过程中易释放出有害人体健康的挥发性气体等，存在环境污染严重、危害人体健康的风险和问题。
本发明采用的技术方案：
本发明提供了一种耐污防腐剂，包括芯材和壳材，按质量份数计，所述芯材包括氨基糖苷8-15份、草石混合粉2-5份、聚甘油单脂肪酸酯1-3份和葡萄糖酸-δ-内酯12-20份，所述壳材包括苹果酸30-60份、混合菌素10-12份、乙烯基双硬脂酰胺3.5-8份和羧甲基纤维素钠0.5-2.5份。
优选地，所述草石混合粉包括烟草提取物和岩石粉；按质量份数计，烟草提取物：岩石粉＝1:0.8-1.2。
优选地，所述混合菌素包括多粘菌素和短杆菌素；按质量份数计，多粘菌素：短杆菌素＝1:0.8-1.2。
还提供了一种如上述的耐污防腐剂的制备方法，包括如下步骤：
S1分别制备混合菌素和草石混合物；
S2将氨基糖苷和葡萄糖酸-δ-内酯混合，加水溶解，再加入草石混合物，混匀，于60-80℃加热浓缩，冷却干燥，制成粉状芯材；
S3将混合菌素，以及苹果酸、乙烯基双硬脂酰胺和羧甲基纤维素钠混合，细碎，混合，得到粉末状壳材；
S4分别取芯材和壳材，芯材表面涂覆聚甘油单脂肪酸酯，通过气流对冲的方式将壳材喷雾包覆于芯材表面，得到颗粒状耐污防腐剂。
优选地，步骤S1中，制备混合菌素的方法如下：
分别称取多粘菌素和短杆菌素，在3-15℃下混合培养，制粒，得到混合菌素。
优选地，步骤S1中，制备草石混合物的方法如下：
(1)制备烟草提取物：取烟草原料，细碎处理，溶于水后，进行一次酶解；调节pH值至6.5-7.5后，进行二次酶解；加入氨基酸，浓缩干燥，制成粉末，即为烟草提取物。
(2)制备草石混合物：取岩石，粉碎，加入烟草提取物，混匀，得到草石混合物。
优选地，步骤S3中，制备壳材时，均控制温度为5-20℃。
优选地，步骤S2中，细碎至芯材中固体粉末的粒径为5-20nm。
优选地，步骤S4中，均化处理时，控制温度为95-110℃。
还提供了一种如上述的耐污防腐剂的应用，所述耐污防腐剂可应用于木材用的水性漆中。
本发明采用的技术机理：
水性漆对待上漆材料表面的清洁度要求较高，否则极易发生霉变腐坏等现象，但在实际操作中，难以控制材料表面和操作环境绝对无菌，因而需要添加防腐剂来抑制水性漆覆盖于材料表面后易发生的霉变腐坏。经过研究发现，水性漆使用中出现霉变腐坏通常是由于滋生了大量霉菌孢子，进过不断繁殖形成区域性霉变，严重影响水性漆及材料的可使用寿命。
常见的防腐剂都需要进入霉菌孢子细胞膜内，阻碍孢子发芽或通过参与并阻碍RNA合成等生理活动，以此杀灭霉菌孢子活性。目前，常见的异噻唑啉酮或对羟基苯甲酸酯等防腐剂虽能有效参与细胞膜内的灭活过程，但其从霉菌孢子细胞膜外进入细胞膜内效率低、效果差。
基于此，引入多粘菌素和短杆菌素，通过上述物质作用于霉菌孢子等腐坏源生物的细胞膜，可通过多粘菌素和短杆菌素影响细胞膜渗透性而破坏细胞膜结构。而后，包裹于壳体内的氨基糖苷等可缓释于细胞内，通过氨基糖苷中用于连接氨基糖与氨基环醇的氧桥可干扰细菌中蛋白质合成所必需的酶，致使霉菌孢子无法正常合成其生命活动所需的RNA、蛋白质等；并通过烟草提取物和岩石粉中的微量放射性物质(放射性强度约1·10～(-10)居里/g)辐射灭活，最终实现灭活作用。
此外，氨基糖苷中还存在的糖苷键，在喷涂过程中易在被喷涂材料表面形成包裹团聚的分子膜结构，而烟草提取物和岩石粉，由于其本身亲水性低，在氨基糖苷的成膜作用下，可朝向背离漆膜的一面运动，从而减少其中的放射性物质向环境中释放，定向作用于物体。
综上所述，采用上述几种物质与常见的防腐剂原料结合，并弃用现有的防腐剂中的异噻唑啉酮、对羟基苯甲酸酯等用以杀菌灭活的有机物，最终得到一种有机物含量低、但杀菌效果良好的防腐剂。
本发明的有益效果表现在：
本发明的耐污防腐剂引入多粘菌素和短杆菌素、氨基糖苷、烟草提取物和岩石粉，通过多粘菌素和短杆菌素作用于腐坏源生物的细胞膜，使包裹于壳体内的氨基糖苷等可缓释于细胞内，从而实现对腐坏源生物的灭活以及涂料防腐作用；且原料中极大程度地减少了有机物等对环境破坏性强的物质，减少生产及使用过程中对环境的影响。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。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。
第一，本发明提供了一种耐污防腐剂，包括芯材和壳材，按质量份数计，芯材包括氨基糖苷8-15份、草石混合粉2-5份、聚甘油单脂肪酸酯1-3份和葡萄糖酸-δ-内酯12-20份，壳材包括苹果酸30-60份、混合菌素10-12份、乙烯基双硬脂酰胺3.5-8份和羧甲基纤维素钠0.5-2.5份。
其中，草石混合粉包括烟草提取物和岩石粉，按质量分数计，烟草提取物：岩石粉＝1:0.8-1.2；混合菌素包括多粘菌素和短杆菌素，按质量分数计，多粘菌素：短杆菌素＝1:0.8-1.2。
本发明中，引入多粘菌素和短杆菌素，通过上述物质作用于霉菌孢子等腐坏源生物的细胞膜，可通过多粘菌素和短杆菌素影响细胞膜渗透性而破坏细胞膜结构；而后，包裹于壳体内的氨基糖苷等可缓释于细胞内，通过氨基糖苷中用于连接氨基糖与氨基环醇的氧桥可干扰细菌中蛋白质合成所必需的酶，致使霉菌孢子无法正常合成其生命活动所需的RNA、蛋白质等；并通过烟草提取物和岩石粉中的微量放射性物质(放射性强度约1·10～(-10)居里/g)辐射灭活，最终实现灭活作用。
此外，壳材中的苹果酸可防止漆面结皮，起到除垢增白的作用；葡萄糖酸-δ-内酯可用以促进水性漆成膜并附着于木板等材料表面；乙烯基双硬脂酰胺具有良好的流平性，可使成膜后的水性漆表面光滑耐污。
第二，本发明提供了一种如上述的耐污防腐剂的制备方法，包括如下步骤：
S1分别制备混合菌素和草石混合物：
(1)制备混合菌素：
分别称取多粘菌素和短杆菌素，于3-15℃下混合培养，制粒，得到混合菌素；
(2)制备草石混合物：
先取烟草原料，细碎处理，溶于水后，加酶进行一次酶解；调节pH值至6.5-7.5后，加酶进行二次酶解；加入氨基酸，浓缩干燥，制成粉末，即为烟草提取物；再取岩石，粉碎，加入烟草提取物，混匀，得到草石混合物。
S2将氨基糖苷和葡萄糖酸-δ-内酯混合，加水溶解，再加入草石混合物，混匀，于60-80℃加热浓缩，冷却干燥，制成颗粒状芯材。
S3将混合菌素，以及苹果酸、乙烯基双硬脂酰胺和羧甲基纤维素钠混合，细碎至芯材中固体粉末的粒径为20nm以下，混合，得到粉末状壳材。
S4分别取芯材和壳材，芯材表面涂覆聚甘油单脂肪酸酯，通过气流对冲的方式将壳材喷雾包覆于芯材表面，得到颗粒状耐污防腐剂。
其中，步骤S1中制备草石混合物时，一次酶解时加入的酶为纤维素酶、α-淀粉酶和果胶酶；二次酶解时加入的酶为中性蛋白酶；氨基酸包括脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸或缬氨酸中的一种或多种。
第三，本发明提供了一种如上述的耐污防腐剂的应用，耐污防腐剂可应用于木材用的水性漆中，将耐污防腐剂与水性漆的原料组分共同混匀后，按惯有的水性漆制备方法可制备出更环保更安全的耐污防腐剂。
<实施例>
实施例1
本实施例提供了一种耐污防腐剂，包括芯材和壳材，按质量份数计，芯材包括氨基糖苷11份、草石混合粉3.5份、聚甘油单脂肪酸酯1.5份和葡萄糖酸-δ-内酯16份，壳材包括苹果酸45份、混合菌素11份、乙烯基双硬脂酰胺5.5份和羧甲基纤维素钠1份；
其中，烟草提取物：岩石粉＝1:1.05，按质量比计，多粘菌素：短杆菌素＝1:1。
本实施例中，上述耐污防腐剂的制备方法，包括如下步骤：
S1分别制备混合菌素和草石混合物：
(1)制备混合菌素：
分别称取多粘菌素和短杆菌素，于5.5℃低温混合培养，制粒，得到混合菌素，并持续12℃低温保藏。
(2)制备草石混合物：
先取烟草原料，细碎处理，溶于水后，加入纤维素酶、α-淀粉酶和果胶酶，进行一次酶解；调节pH值至7.02后，加入中性蛋白酶，进行二次酶解；加入氨基酸，浓缩干燥，制成粉末，即为烟草提取物；
其中，纤维素酶、α-淀粉酶和果胶酶的酶活力分别为20万U、2000U和3万U；按质量比计，烟草原料：纤维素酶：α-淀粉酶：果胶酶＝100：0.35：0.35：0.35；中性蛋白酶的酶活力为5万U，烟草原料与中性蛋白酶的质量比为100:0.6。
再取岩石，粉碎，加入烟草提取物，混匀，得到草石混合物。
S2将氨基糖苷和葡萄糖酸-δ-内酯混合，加水溶解，再加入草石混合物，混匀，于80℃左右加热浓缩，冷却干燥，制成颗粒状芯材。
S3将混合菌素，以及苹果酸、乙烯基双硬脂酰胺和羧甲基纤维素钠混合，细碎至芯材中固体粉末的粒径为10nm左右，混合，得到粉末状壳材。
S4分别取芯材和壳材，芯材表面涂覆聚甘油单脂肪酸酯，通过气流对冲的方式将壳材喷雾包覆于芯材表面，得到颗粒状耐污防腐剂。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，按质量份数计，芯材包括氨基糖苷15份、草石混合粉5份、聚甘油单脂肪酸酯1份和葡萄糖酸-δ-内酯12份，壳材包括苹果酸30份、混合菌素12份、乙烯基双硬脂酰胺3.5份和羧甲基纤维素钠0.5份
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，按质量份数计，芯材包括氨基糖苷8份、草石混合粉2份、聚甘油单脂肪酸酯3份和葡萄糖酸-δ-内酯20份，壳材包括苹果酸60份、混合菌素10份、乙烯基双硬脂酰胺8份和羧甲基纤维素钠2.5份
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，在制备混合菌素时，于15℃低温混合培养，并于15℃低温保藏。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，步骤S3中，细碎至芯材中固体粉末的粒径为20nm左右。
<对比例>
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，耐污防腐剂中不包括混合菌素。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，耐污防腐剂中不包括氨基糖苷。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，耐污防腐剂中不包括草石混合粉。
<试验例>
样品1-9：实施例1-5、对比例1-3以及异噻唑啉酮防腐剂
取上述样品，分别检测其应用于水性漆中，并将水性漆涂敷于木材表面后，于密闭环境内静置不同天数后所释放出的气体情况，具体情况如下表1所示：
其中，释放气体刺激性的评定标准如下：
根据密闭环境中刺激性气味感官浓度由低到高分为如下5个级别：
“*”表示勉强闻出刺激性气味(检测阈值)；
“**”表示闻到刺激性气味，但气味淡(认知阈值)；
“***”表示很容易就闻到刺激性气味；
“****”表示刺激性气味重；
“*****”表示刺激性气味刺鼻。
根据密闭环境中检测出的气体有害物质的总浓度由低到高分为如下5个级别：
“+”表示有害物质含量小于0.1mg/m3；
“++”表示有害物质含量为0.1-0.5mg/m3；
“+++”表示有害物质含量为0.6-1mg/m3；
“++++”表示有害物质含量为1-5mg/m3；
“+++++”表示有害物质含量大于5mg/m3；
表1不同样品使用时释放气体情况
通过上表对比可以发现：与对比例1-3和异噻唑啉酮防腐剂相比，实施例1-5制备得到的耐污防腐剂在相同时间内释放的刺激性气体显著减少，且对释放气体进行定性分析，得到的实施例1-5中期房气体中的有害物质的含量也明显低于对比例1-3和异噻唑啉酮防腐剂样品。因此，可以说明实施例1-5中采用本发明制得的耐污防腐剂更环保更安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐污防腐剂，其特征在于，包括芯材和壳材，按质量份数计，所述芯材包括氨基糖苷8-15份、草石混合粉2-5份、聚甘油单脂肪酸酯1-3份和葡萄糖酸-δ-内酯12-20份，所述壳材包括苹果酸30-60份、混合菌素10-12份、乙烯基双硬脂酰胺3.5-8份和羧甲基纤维素钠0.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的耐污防腐剂，其特征在于，所述草石混合粉包括烟草提取物和岩石粉；
按质量份数计，烟草提取物：岩石粉＝1:0.8-1.2。
3.根据权利要求1所述的耐污防腐剂，其特征在于，所述混合菌素包括多粘菌素和短杆菌素；
按质量份数计，多粘菌素：短杆菌素＝1:0.8-1.2。
4.一种如权利要求1至3中任意一项所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1分别制备混合菌素和草石混合物；
S2将氨基糖苷和葡萄糖酸-δ-内酯混合，加水溶解，再加入草石混合物，混匀，于60-80℃加热浓缩，冷却干燥，制成颗粒状芯材；
S3将混合菌素，以及苹果酸、乙烯基双硬脂酰胺和羧甲基纤维素钠混合，细碎，混合，得到粉末状壳材；
S4分别取芯材和壳材，芯材表面涂覆聚甘油单脂肪酸酯，通过气流对冲的方式将壳材喷雾包覆于芯材表面，得到颗粒状耐污防腐剂。
5.根据权利要求4所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备混合菌素的方法如下：
分别称取多粘菌素和短杆菌素，在3-15℃下混合培养，制粒，得到混合菌素。
6.根据权利要求4所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备草石混合物的方法如下：
(1)制备烟草提取物：
取烟草原料，细碎处理，溶于水，进行一次酶解；调节pH值至6.5-7.5后，进行二次酶解；加入氨基酸，浓缩干燥，制成粉末，即为烟草提取物。
(2)制备草石混合物：
取岩石，粉碎，加入烟草提取物，混匀，得到草石混合物。
7.根据权利要求5所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，制备壳材时，均控制温度为5-20℃。
8.根据权利要求4所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，细碎至芯材中固体粉末的粒径为5-20nm。
9.根据权利要求4所述的耐污防腐剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中，均化处理时，控制温度为95-110℃。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的耐污防腐剂的应用，其特征在于，所述耐污防腐剂可应用于木材用的水性漆中。
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