CN1958679A - 纳米涂料、其制备方法及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米涂料，它包括含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的光引发剂、含量为0.1～5wt％的纳米颜料、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及余量的溶剂。该聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物的结构式为式Ⅰ，其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的烷基，x值为1～3，n值为5～23。该聚合性丙烯单体的结构式为式Ⅱ，其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基。本发明还提供该种纳米涂料的制备方法及使用方法。

Description

纳米涂料、其制备方法及使用方法
【技术领域】
本发明关于一种涂料，尤其关于一种抗菌、防污、高光泽的纳米涂料、其制备方法及使用方法。
【背景技术】
随着生活水平的提高，人们对室内家具、家用电器及便携式电子产品等表面的防污及高光泽等性能要求越来越高，并且对其抗菌性能以及居室空气净化等提出更高要求，而传统的涂料日益无法满足需要。
传统涂料的涂层一般包括底漆及面漆，底漆是整个涂层的开始，直接附着在基底表面，通常用于提供颜色、封固基底、增强面漆与基底的附着力等。面漆一般为透明本色漆或金属闪光漆，其与底漆互相搭配使得整个涂层显出高光泽感。该涂层的制作过程如下：首先对基材表面进行处理，除去表面油污、脱模剂、灰尘、杂物；将底漆搅拌均匀；喷涂；常温下静止晾干10～20分钟；在面漆中加入专用固化剂，与面漆一起搅拌均匀；喷涂；喷涂结束后晾干10～15分钟，放进常温烘箱，升温至50-60度，保温60分钟，便可得到涂层。
但是，该传统涂料防污能力差，使用过程中因手指接触产生之汗渍及外界灰尘附着等均会在其表面形成污物，并使其丧失原有的光泽，且这些污物经长期累积、变质后还会形成细菌等微生物，成为潜在传染源并危害人类健康。
有鉴于此，提供一种抗菌、防污、高光泽的纳米涂料、其制备方法及使用方法实为必需。
【发明内容】
以下，将以实施例说明一种抗菌、防污、高光泽的纳米涂料、其制备方法及使用方法。
该纳米涂料包括含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的光引发剂、含量为0.1～5wt％的纳米颜料、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及余量的溶剂。
该聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物的结构式为：
Figure A20051010103900051
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，x值为1～3，n值为5～23。
该聚合性丙烯单体的结构式为：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基。
该纳米颜料粒径小于等于137纳米。
该种纳米涂料的制备方法如下：在常温下将含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的纳米颜料粒子、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及含量为0.1～5wt％的光引发剂分别添加于预先装入所需溶剂的反应储存容器中；及维持搅拌，使其混合均匀，形成一纳米涂料。
该种纳米涂料的使用方法如下：将上述纳米涂料涂布于一工件表面；将涂布好的工件进行涂层成膜；及紫外光照聚合，形成涂层树脂，聚合产物之一为：
Figure A20051010103900061
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，x值为1～3，n值为5～23。
与现有技术相比，本实施例纳米涂料形成的涂层含有与涂层树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出涂层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点；粒径小于等于137纳米的纳米颜料与树脂一起固化，使得该纳米涂层表面形成微突起结构。该种结构利于发生防污、疏水的“莲花效应”。并且，该纳米涂料中的纳米银可持久抗菌，避免细菌等附着在工件表面而丧失原有的光泽并进而危害人类健康。因此，本实施例纳米涂料具有抗菌、防污、高光泽等优点。
【具体实施方式】
本发明实施例纳米涂料包括含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的光引发剂、含量为0.1～5wt％的纳米颜料、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及余量的溶剂。
该聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物的含量优选10～20wt％，其结构式为：
Figure A20051010103900071
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基等，特别优选具有3或4个碳原子的支链烷基，最优选异丙基和叔丁基。x值为1～3，n值为5～23。该低聚物中还含有氟元素，该元素与树脂的兼容性不佳。该低聚物可通过市售或向各大试剂公司购买。
该聚合性丙烯单体的含量优选10～20wt％，其结构式为：
Figure A20051010103900072
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基等，特别优选具有3或4个碳原子的支链烷基，最优选异丙基和叔丁基。该单体也为市售。
该光引发剂的含量优选0.5～4.5wt％，其可为二苯甲酮或安息香醚。
该纳米颜料的含量优选0.5～4.5wt％，以D50粒径(又称“平均粒径”、“中位径”，即50％通过粒度的粒径)来表示，其粒径小于等于137纳米。它为一般颜料，如碳黑，经高速球磨机研磨出的纳米粉体。
该纳米银原液的含量优选0.5～4.5wt％，其银原子的尺寸约为10纳米，该纳米银原液是纳米银在甲苯中形成的浓度为1400毫克/千克(即1400ppm)的溶液。
所谓原液是指工业生产并直接出售的未经稀释、纯度非常高的产品，如对于酒精而言，工业生产的浓度为95％的酒精即为酒精原液。对于漂白水而言，工业生产的浓度为10％的漂白水即为漂白水原液。
为了得到较好的涂层外观，该溶剂可为甲基乙基酮(MethylEthyl Ketone，MEK)、甲基异丁基酮(Methyl isobutyl ketone，MIBK)的一种或两者的混合体系，优选使用两者的混合体系，两者体积比优选为1∶1。甲基乙基酮，又称甲乙酮，密度0.8061。甲基异丁基甲酮，又称异己酮、2-异己酮或甲基异戊酮，学名4-甲基-2-戊酮。
本技术方案纳米涂料的制备，是在常温下将含量为5～25wt％的上述聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的上述聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的纳米颜料粒子、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及含量为0.1～5wt％的光引发剂分别添加于预先装入所需溶剂的反应储存容器中，并维持搅拌状态使其混合均匀。该搅拌优选使用搅拌棒搅拌，若溶剂量较多且整个体系量不大时，可以采用电磁搅拌或超声震荡搅拌形式。搅拌时间视体系总量而定，可为几个小时至一天以上。
该引发剂可一批加入，也可分成两批或多批在反应过程中的不同阶段加入。通常分成两批，第一批为引发剂总加入量的65％～75％，第二批为25％～35％。
所用溶剂可为甲基乙基酮、甲基异丁基酮的一种或两者的混合体系。
该涂料的使用工艺如下：
将所得的纳米涂料涂布在一工件表面，该涂布优选使用喷涂工艺，此外，还可采用浸涂、刷涂等常规工艺，不同涂布工艺形成的涂层外观可能会存在差异。
将喷涂好的工件送进烘箱或采用红外照射或热风处理方法使溶剂挥发、成膜，优选为60～80℃的温度，时间为5分钟左右。
最后将其送进紫外曝光机照光，其传送带速度为7～15英尺/分钟，曝光机照射能量为0.4焦耳/平方厘米，在光引发剂作用下，该聚合性含双键丙烯系低聚物与该聚合性丙烯单体发生光聚合加成反应，光照固化，所需时间仅为1秒钟左右，最终得到一紫外硬化层。其原理为，紫外线照射下，光引发剂会吸收紫外线，从而产生活性自由基，从而引发聚合性含双键丙烯系低聚物及聚合性丙烯单体各自产生自由基，引起自由基聚合反应，从而得到紫外硬化型纳米涂料，该形成的紫外硬化涂层树脂为多种加成产物的混合物，其中加成反应所得的产物可因加成完全与否以及加成位置的不同而得到多种不同产物，按照上述比例控制各反应物加入量使其完全加成，所形成的一种产物结构式如下：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，x值为1～3，n值为5～23。
本发明纳米涂料的第一实施例为：首先在常温下将含量为10wt％的上述聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为20wt％的上述聚合性丙烯单体、含量为0.5wt％的纳米颜料粒子(粒径为137纳米)、含量为0.5wt％的纳米银原液及含量为0.5wt％的光引发剂分别添加于预先装入所需溶剂的反应储存容器中，并搅拌使其混合均匀。将所得的纳米涂料涂布在工件表面，送入烘箱，在60℃热处理5分钟，然后将其送进紫外曝光机照光1秒钟，传送带速度为10英尺/分钟，曝光能量为0.4焦耳/平方厘米，形成一紫外硬化纳米涂层。
本发明纳米涂料的第二实施例为：首先在常温下将含量为20wt％的上述聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为20wt％的上述聚合性丙烯单体、含量为0.5wt％的纳米颜料粒子(粒径为137纳米)、含量为1wt％的纳米银原液及含量为1wt％的光引发剂分别添加于预先装入所需溶剂的反应储存容器中，并搅拌使其混合均匀。将所得的纳米涂料涂布在工件表面，送入烘箱，于60℃热处理5分钟，然后将其送进紫外曝光机照光1秒钟，传送带速度为10英尺/分钟，曝光能量为0.4焦耳/平方厘米，形成一紫外硬化纳米涂层。
在该形成的纳米涂层中，因含有的氟素侧链为强极性，与压克力/硅树脂的兼容性不佳，且该氟素的比重相较于该树脂为低，从而在聚合反应中该氟素侧链从树脂表面浮出，从而在涂层表层形成针状结构，该针状结构为具有低表面张力的氟系表层。该氟系表层因表面张力低，具有疏水性。而该粒径小于等于137纳米的纳米颜料粒子被包覆在所得纳米涂层内并均匀分散，固化后，表现为涂层表层的微突起。具有该种结构的涂料体系类似于自然现象中发生“莲花效应”的结构特征，具有抗污疏水的优点。且粒径越小，疏水能力越强，污物越不易附着在其表面，防污能力越好。
对于纳米银而言，其具有抗菌效果，且对人体无害。其抗菌机理为：
首先，细菌病原体是单细胞微生物，其通过呼吸酶来维持生存，因酶蛋白具有巯基(-SH)，带负电荷，银遇到呼吸酶，产生活性，变成活性银离子Ag+；其次，纳米银由于粒径超细(仅10纳米左右)，增加了与细菌的接触面积；再次，当微量的银离子到达细菌体细胞时，依靠库仑引力，银离子可强烈地吸引酶蛋白的巯基，使两者牢固吸附。银离子穿透细胞壁进入细胞内，与巯基迅速结合、反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力而死亡。银离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，因此其抗菌效果持久。
Ag+杀菌过程示意图如下：
与现有技术的传统涂料相比，本实施例纳米涂料形成的涂层含有与涂层树脂兼容性不佳且比重低的氟素侧链，该氟素侧链形成浮出涂层表面的针状结构层，该针状结构层具有表面张力低，疏水性佳的优点；粒径约为小于等于137纳米的纳米颜料以及纳米银原液中的粒径为10纳米的银原子与树脂一起固化，使得该纳米涂层表面形成微突起结构。该种结构利于发生防污、疏水的“莲花效应”。并且，该纳米涂料中的纳米银可持久抗菌，避免细菌等附着在工件表面而丧失原有的光泽并进而危害人类健康。因此，本实施例纳米涂料具有抗菌、防污、高光泽等优点。

Claims (11)

1.一种纳米涂料，包括含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的光引发剂、含量为0.1～5wt％的纳米颜料、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及余量的溶剂。
2.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物的结构式为：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，x值为1～3，n值为5～23。
3.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该聚合性丙烯单体的结构式为：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基。
4.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该光引发剂为二苯甲酮或安息香醚。
5.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该纳米颜料粒径小于等于137纳米。
6.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该纳米颜料是一般颜料经高速球磨机研磨出的纳米粉体。
7.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该纳米银原液中银原子的尺寸为10纳米。
8.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该纳米银原液是纳米银在甲苯中形成的浓度为1400毫克/千克的溶液。
9.如权利要求1所述的纳米涂料，其特征在于：该溶剂为甲基乙基酮、甲基异丁基酮的一种或两者的混合体系。
10.一种纳米涂料的制备方法，其包括如下步骤：
在常温下将含量为5～25wt％的聚合性含氟素侧链的丙烯系低聚物、含量为5～25wt％的聚合性丙烯单体、含量为0.1～5wt％的纳米颜料粒子、含量为0.1～5wt％的纳米银原液及含量为0.1～5wt％的光引发剂分别添加于预先装入所需溶剂的反应储存容器中；及
维持搅拌，使其混合均匀，形成一纳米涂料。
11.一种纳米涂料的使用方法，其包括如下步骤：
将制备好的纳米涂料涂布在一工件表面；
将涂布好的工件进行涂层成膜；及
紫外光照聚合，形成涂层树脂，所形成的一种产物结构式如下：
其中，R、R2均为含碳原子数为1～4的直链或支链的烷基，x值为1～3，n值为5～23。
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