一种防污抑菌沙及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种防污抑菌沙的制备方法，属于无机建筑材料制备技术领域。本发明专利技术将沙子经过筛、清洗，得到预处理沙粒；在预处理沙粒上首先通过改性包覆一层阳离子表面活性剂，得到改性沙粒；再经过缩聚反应在改性沙粒上连接一层氧化硅层，得到氧化硅沙粒；对氧化硅沙粒进行酰基化，得到酰基化沙粒；酰基化沙粒与双功能基团聚合物N‑双烷基,季铵化‑PEI发生接枝反应，得到防污抑菌沙。本发明专利技术的防污抑菌沙依次包覆氧化硅层和双功能聚合物层，最终具有优异的疏水、防污性能和抑菌性能。从实施例可以看出，本发明专利技术提供的防污抑菌沙接触角≥143°，滚动角≤10°，杀菌率达96％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种防污抑菌沙及其制备方法
本专利技术涉及无机建筑材料、景观表面材料制备
，尤其涉及一种防污抑菌沙及其制备方法。
技术介绍
苛刻的服役环境，使滨海混凝土结构出现严重腐蚀问题，影响其使用寿命和安全性。滨海重大工程的安全运维不容忽视，基础工程材料及性能提升研究亟待进行。在开发、利用及保护海洋的过程中，混凝土工程腐蚀和生物污损始终是无法回避的巨大难题。如何控制氯离子的侵蚀成为提高钢筋混凝土耐久性的一个非常重要的课题。为防止氯离子渗透对钢筋混凝土结构的侵蚀，目前采取的主要方法有制备高性能混凝土、使用环氧涂层钢筋、施加外加电流阴极保护、对混凝土表面进行涂层防护等。其中混凝土表面防护涂层对结构进行表面防护，能有效阻止水分及侵蚀物进入内部，延长体系的使用寿命，是提高混凝土结构耐久性的重要手段。该方法同时具有经济、美观、高效、施工便捷等优点。目前聚合物基涂层的应用存在一些问题，比如交联密度高导致的涂膜脆性高、柔韧性差(在修复混凝土裂缝时流动性差)、耐冲击性能不高等，这些缺陷严重限制了防腐、防污等防护涂层材料在混凝土耐久性领域的进一步应用。此外，混凝土外墙立面装饰材料，随着时间的推移，会出现墙体发霉、沾污、微生物附着、生物降解和破坏(生物降解次序是脂肪族酯键、肽键、氨基甲酸酯键、脂肪族醚键和亚甲基键)等现象，使得表面变脏，严重影响建筑物美观与使用寿命。因此，研究如何增强防护材料疏水性、抑菌性成为混凝土防腐领域关键问题，这方面的研究已成为该领域的一个热点。防污抑菌沙的制备，改善当前建筑防护较多从混凝土着眼，避免基材单一问题，可以使防护方案更丰富。并且将细沙颗粒表面进行疏水改性，获得具有防污抑菌沙混合粉，有利于提高疏水均匀性。现有产品和技术在提高防水性能，主要在沙子表面进行形貌调控、低表面能分子层包覆和改性等，几乎只考虑疏水性。虽然疏水性表面对于微生物附着有一定阻止作用，但是微生物会首先在缺陷处、薄弱环节吸附，然后生存、繁殖、扩展，单纯疏水性材料难以长时间或完全抑制微生物附着污损及对有机防护层降解作用，疏水性最终会逐渐降低或失效。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种防污抑菌沙及其制备方法。本专利技术提供的防污抑菌沙具有优异的疏水、防污、抑菌性，解决此类材料的生产成本高、稳定性差、基材单一等问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种防污抑菌沙的制备方法，包括以下步骤：(1)将沙子过筛、清洗，得到预处理沙粒；(2)将所述步骤(1)得到的预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂混合，进行改性反应，得到改性沙粒悬浮液；(3)将四乙氧基硅烷逐滴加入到所述步骤(2)得到的改性沙粒悬浮液中，进行缩聚反应，得到氧化硅沙粒；(4)将所述步骤(3)得到的氧化硅沙粒与有机溶剂、4-溴丁酰氯和碱性物质混合，进行酰基化反应，得到酰基化沙粒；(5)将所述步骤(4)得到的酰基化沙粒、溶剂、双功能基团聚合物和碱性物质混合，进行接枝反应，得到防污抑菌沙；所述步骤(5)中双功能基团聚合物具有低表面能长烃链和季铵盐基团，包括N-双烷基,季铵化-PEI，所述N-双烷基,季铵化-PEI中烷基包括碳≥12的烷基。优选地，所述步骤(2)中阳离子型表面活性剂包括十四烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。优选地，所述步骤(2)中预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂的用量比为5～15g：200mL：0.01～0.02mol。优选地，所述步骤(3)中四乙氧基硅烷与预处理沙粒的用量比为20mL：5～15g。优选地，所述步骤(4)中氧化硅沙粒、4-溴丁酰氯和碱性物质的用量比为10～30g：2～6mL：0.001～0.009mol。优选地，所述步骤(4)中酰基化反应的温度为15～30℃，时间为12～14h。优选地，所述步骤(5)中酰基化沙粒和双功能基团聚合物的质量比为2：1。优选地，所述步骤(5)中接枝反应的温度80～100℃，时间为12～16h。优选地，所述N-双烷基,季铵化-PEI的制备方法包括以下步骤：(I)将聚乙烯亚胺、K2CO3、叔戊醇和溴代烷烃混合后进行-烷基化，得到N-烷基-PEI；所述溴代烷烃的碳个数≥12；(II)将所述步骤(I)得到的N-烷基-PEI与碳酸二甲酯混合，进行季铵化反应，得到N-双烷基,季铵化-PEI。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的防污抑菌沙，所述防污抑菌沙表面通过酰基接枝了具有低表面能长烃链和具有杀菌性季铵盐基团的双功能聚合物；所述防污抑菌沙的接触角为143～147°；杀菌率达到96～98％。本专利技术提供了一种防污抑菌沙的制备方法，将沙子经过筛、清洗，得到预处理沙粒；在预处理沙粒上首先通过改性包覆一层阳离子表面活性剂，得到改性沙粒；再经过缩聚反应在改性沙粒上连接一层氧化硅层，得到氧化硅沙粒；对氧化硅沙粒进行酰基化，得到酰基化沙粒；酰基化沙粒与双功能基团聚合物N-双烷基,季铵化-PEI发生接枝反应，得到防污抑菌沙。本专利技术的防污抑菌沙依次包覆氧化硅层和双功能聚合物N-双烷基,季铵化-PEI层，具有优异的疏水性能和抑菌性能。从实施例可以看出，本专利技术提供的防污抑菌沙接触角≥143°，滚动角≤10°，杀菌率达96％以上。附图说明图1为实施例1所得防污抑菌沙的接触角照片；图2为粘附实施例1所得防污抑菌沙的试块在硫酸盐还原菌培养液中3天的表面形貌图片；图3为本专利技术提供的防污抑菌沙的防污抑菌示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种防污抑菌沙的制备方法，包括以下步骤：(1)将沙子过筛、清洗，得到预处理沙粒；(2)将所述步骤(1)得到的预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂混合，进行改性反应，得到改性沙粒悬浮液；(3)将四乙氧基硅烷逐滴加入到所述步骤(2)得到的改性沙粒悬浮液中，进行缩聚反应，得到氧化硅沙粒；(4)将所述步骤(3)得到的氧化硅沙粒与有机溶剂、4-溴丁酰氯和碱性物质混合，进行酰基化反应，得到酰基化沙粒；(5)将所述步骤(4)得到的酰基化沙粒、溶剂、双功能基团聚合物和碱性物质混合，进行接枝反应，得到防污抑菌沙；所述步骤(5)中双功能基团聚合物具有低表面能长烃链和季铵盐基团，包括N-双烷基,季铵化-PEI，所述N-双烷基,季铵化-PEI中烷基包括碳≥12的烷基。本专利技术将沙子过筛、清洗，得到预处理沙粒。在本专利技术中，所述过筛所用的筛子的孔径优选为50～300μm，进一步优选为90～200μm，更优选为100～150μm。在本专利技术中，所述清洗优选包括以下步骤：将过筛后的沙粒经超声清洗5min，然后依次用去离子水、无水乙醇各清洗3～5遍，得到预处理沙粒。本专利技术对沙子的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的沙子即可，具体的如建筑用沙子。在本专利技术中，所述过筛和清洗，能够将附着在沙子上的泥、油等污渍去除干净，为后续的改性、吸附等反应提供条件。得到预处理沙粒后，本专利技术将所述预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂混合，进行改性反应，得到改性沙粒悬浮液。在本专利技术中，所述阳离子型表面活性剂优选包括十四烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵，更优选为十六烷基三甲基溴化铵。在本专利技术中，所述醇溶剂优选包括无水乙醇。在本专利技术中，所述预处理沙粒、醇溶剂与阳离子型表面活性剂的用量比优选为5～15g：200mL：0.01～0.02本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防污抑菌沙的制备方法，包括以下步骤：(1)将沙子过筛、清洗，得到预处理沙粒；(2)将所述步骤(1)得到的预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂混合，进行改性反应，得到改性沙粒悬浮液；(3)将四乙氧基硅烷逐滴加入到所述步骤(2)得到的改性沙粒悬浮液中，进行缩聚反应，得到氧化硅沙粒；(4)将所述步骤(3)得到的氧化硅沙粒与有机溶剂、4‑溴丁酰氯和碱性物质混合，进行酰基化反应，得到酰基化沙粒；(5)将所述步骤(4)得到的酰基化沙粒、溶剂、双功能基团聚合物和碱性物质混合，进行接枝反应，得到防污抑菌沙；所述步骤(5)中双功能基团聚合物具有低表面能长烃链和季铵盐基团，包括N‑双烷基,季铵化‑PEI，所述N‑双烷基,季铵化‑PEI中烷基包括碳≥12的烷基。

【技术特征摘要】
1.一种防污抑菌沙的制备方法，包括以下步骤：(1)将沙子过筛、清洗，得到预处理沙粒；(2)将所述步骤(1)得到的预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂混合，进行改性反应，得到改性沙粒悬浮液；(3)将四乙氧基硅烷逐滴加入到所述步骤(2)得到的改性沙粒悬浮液中，进行缩聚反应，得到氧化硅沙粒；(4)将所述步骤(3)得到的氧化硅沙粒与有机溶剂、4-溴丁酰氯和碱性物质混合，进行酰基化反应，得到酰基化沙粒；(5)将所述步骤(4)得到的酰基化沙粒、溶剂、双功能基团聚合物和碱性物质混合，进行接枝反应，得到防污抑菌沙；所述步骤(5)中双功能基团聚合物具有低表面能长烃链和季铵盐基团，包括N-双烷基,季铵化-PEI，所述N-双烷基,季铵化-PEI中烷基包括碳≥12的烷基。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中阳离子型表面活性剂包括十四烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中预处理沙粒、醇溶剂和阳离子型表面活性剂的用量比为5～15g：200mL：0.01～0.02mol。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中四乙氧基硅烷与预处理沙粒的用量比为20mL：5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯东帅，尹兵，徐天元，王攀，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37