纳米复合抗菌剂在粉末涂料中的应用

BMA004

郁　慧 , 倪晰望 , 郑文捷 , 何其庄 , 顾玲玲

        ( 上海师范大学生命与环境科学院化学系 , 上海 200234)

　　摘　要 : 制备了添加有复合纳米抗菌剂的粉末涂料 , 试验表明抗菌粉末涂料在涂膜附着性、力学性能、耐酸碱性、耐候性等方面都符合行业标准 , 所制备的抗菌粉末涂料具有良好的抗菌效果 , 能够满足涂料行业的使用要求。
    关键词 : 抗菌 ; 粉末涂料 ; 纳米抗菌剂 ; 防霉性能
    0 　引　言
    随着人们生活水平的提高 , 健康意识的增强 , 对生活环境提出了越来越高的要求。室内是人们活动最为频繁的场所 , 室内空气质量的优劣和环境无菌化直接影响到每个居民的健康。抗菌涂料的出现和应用大大改善了人们居住的环境质量 , 减少了微生物及病菌对人类健康的威胁。从 20 世纪 90 年代到现在 , 抗菌涂料从最初的单一型逐渐发展到复合型 , 从单功能性发展到多功能性。传统的抗菌涂料采用的是添加汞盐、铅盐、酚盐的做法 , 由于这些抗菌剂在杀菌广谱性、毒性或稳定性上的缺陷 , 目前逐步被新型高效的抗菌剂所取代。将自制的纳米复合抗菌剂添加到粉末涂料中 , 制备的粉末涂料具有良好的抗菌效果。
    1 　实验部分
    1. 1 　原料及仪器
    饱和聚酯 3310: 广州南方树脂 ; 环氧树脂 ( E - 12) : 岳阳石化 ; 流平剂 : FC - 100, 上海天地化工 ; 消泡剂 : 安息香 ; 增光剂 : 上海沅紫化工 ; 轻质碳酸钙 : 江西广源化工 ; 沉淀硫酸钡 : 河北辛集化工。
    M INOLTA 公司 CM - 2600d 型色差仪 ; 上海实验仪器厂 FQY 010A 型气流式盐雾腐蚀试验箱 ; BYK A - 4430 型微型光泽仪 ; 日本 JEOL 公司的 JEM - 1200EX Ⅱ型透射电子显微镜。
    1. 2 　纳米抗菌粉末的制备
    采用沉淀法 / 溶胶凝胶复合方法制备纳米稀土镧 8 - 羟基喹啉间羟基苯甲酸 /TiO 2 复合粒子 [ 1 ] 。图 1 为粉体 TEM 照片 , 测定结果为 15 ～ 25 nm, 平均粒径为 20 nm 。

图 1   粉体的 TEM 照片

    1. 3 　纳米抗菌粉末涂料的制备
    将树脂、助剂、填料等原材料首先进行物理混合 , 用双螺杆挤出机挤出 , 进料温度 95 ℃ , 混合温度 115 ℃ ; 片料用爪式粉碎机粉碎 , 过 180 目筛制得粉末涂料底粉。采用外加抗菌粉法 , 将制得的纳米抗菌粉按一定比例与底粉混合制备抗菌粉末涂料 ; 用静电喷枪将底粉和抗菌粉末涂料分别喷涂于 120 mm × 50 mm × 0 . 5 mm 的马口铁板和 0 . 2 mm 铝箔上 , 喷涂电压 60 kV; 粉末涂料样板放置在 200 ℃ 恒温干燥箱中烘烤 10 min 。马口铁试板取出后于室温保持 24 h, 测试涂膜各项基本性能 ; 将铝箔样板剪裁成 1 . 0 cm × 1 . 0 cm 试片进行抑菌实验。粉末涂料配方如表 1 所示。
    表 1 　抗菌粉末涂料配方

    1. 4 　测试方法
    采用扩散法检测抗菌粉末涂料的抗菌性能 ; 根据国家 GB /T1741 - 1979 (1989) , 进行防霉性能检测 ; 按照 HG/T 2006 - 1991 ( 电冰箱用粉末涂料标准 ) 对涂膜性能进行综合测试。
2 　结果与讨论
    2. 1 　抗菌粉末涂料的抗菌性能
    抑制细菌生长的无菌圈就是抑菌圈 , 用抑菌圈的直径来表征抗菌性能 , 直径越大 , 表示粉末涂料抗菌性能越好 [ 1 ] 。添加不同用量的抗菌剂的粉末涂料和未添加抗菌粉体的粉末涂料的抑菌实验结果如表 2 和图 2 所示。
    表 2 　添加不同量抗菌剂的涂料的抑菌圈大小

    由表 2 数据可知 , 随着抗菌剂用量增加 , 粉末涂料抗菌性能呈增加趋势。当添加量大于 1% 后 , 粉末涂料抑菌性能变化不大。从效益上考虑 , 当添加量 > 1% 时 , 只是增加生产成本而抗菌性能变化不大 , 且抗菌粉的添加量为 1% 时 , 也已经满足生产实际需要。综合考虑 , 抗菌剂的用量以 1% 为宜。
    2. 2 　抗菌粉末涂料性能
    对添加有 1% 抗菌剂的抗菌粉末涂料做了常规性能检测 , 结果如表 3 所示。
　　由表 3 可见 , 抗菌剂的加入基本不影响粉末涂料涂膜各项力学性能 , 甚至对于某些性能有所改善 , 这可能是与制备的复合无机 - 有机抗菌粉粒径微细 , 能均匀分散到涂膜中与涂膜有机组分具有较好的相容性有关。

图 2 24 h 后抗菌粉末对腊杆菌的抑菌结果

    ( ①-抗菌粉体 ; ②-抗菌涂料 ; ③-空白涂料 )
    表 3 　添加 1% 抗菌剂的粉末涂料性能

    2. 3 　抗菌剂对热稳定性的影响
    随着抗菌剂加入量的增加 , 涂层颜色变深 , 但涂层色差均保持在色差允许的范围 ( Δ E 0 . 6) 内 ( 见表 4 、 5) 。加入抗菌剂的涂层随着固化温度的变化 , 与普通粉末涂料相比 , 色差并没有很大的改变 ( 见表 4) , 这说明抗菌剂在粉末涂料的使用温度下保持了很好的热稳定性 , 能很好的满足粉末涂料的应用要求。
  2. 4 　抗菌粉末涂料的耐久性
    为了测试抗菌剂在粉末涂料涂层中的稳定性 , 添加 1 . 0% 抗菌剂的抗菌粉末涂料试样暴露在空气中 12 个月 , 然后测试试片的抑菌性能。测试结果发现其灭菌圈没有明显减小 , 仍然能够达到 20 .2 mm , 这说明抗菌粉末涂料的抗菌性能具有良好的持久性。
    表 4 　添加不同质量分数抗菌剂的粉末涂料色差值

    表 5 　不同固化条件的抗菌剂粉末涂料色差值

    3 　结　语
    (1) 制备的抗菌粉剂与粉末涂料具有良好的相容性 , 形成的粉末涂料具有良好的机械性能和抗菌性。
    (2) 通过微生物学实验证明 : 该粉末涂料具有广谱抗菌性 , 能有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、腊杆菌、巨大芽孢杆菌、白色念珠菌等。
    (3) 抗菌粉末涂料放置 1 年以后 , 仍然具有良好的抑菌防霉性能。

pishuang

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