一种自修复抗菌涂料及制备其的方法技术

根据本发明专利技术的一个方面，提供一种自修复抗菌涂料，按照质量份数计算，自修复抗菌涂料包括60～100份水溶性丙烯酸树脂，20～50份聚乙烯醇，1～5份硼砂，1～3份纳米银，1～3份纳米纤维素；其中，纳米纤维素为经过TEMPO氧化的纤维素纳米纤维，水溶性丙烯酸树脂通过共聚反应制得，水溶性丙烯酸树脂包括丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯。本发明专利技术以水性丙烯酸树脂作为涂料的基底，通过引入聚乙烯醇、硼砂、纳米纤维素、纳米银，协同作用赋予涂料良好的自修复性能和抗菌性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复抗菌涂料及制备其的方法


[0001]本专利技术属于涂料领域，尤其涉及一种自修复抗菌涂料及制备其的方法。

技术介绍

[0002]在涂层的使用过程中不可避免地会被划伤，而涂层会沿着划痕处产生裂纹、破损甚至脱落。这不仅影响美观，还影响涂层的使用寿命，进一步地影响涂层所保护物件的使用寿命。
[0003]最近，为提高涂层的使用寿命，人们越来越关注可自修复的涂料，即希望通过构建动态共价键赋予涂料具备自修复性能。动态共价键的本质是在温和可控的条件下形成可逆的共价键，其动力学性质来源于可逆反应化学平衡态的维持和转移，即当可逆反应达到平衡时，能够形成一定数量的共价键交联，以维持稳定的三维网络结构。当在外界的刺激下，打破平衡，导致动态共价键被破坏，而在微观上的可逆化学平衡表现为可逆的形变和相变，因此能够实现涂层的自修复。
[0004]此外，随着人们对自身健康的关注，为保持所在空间的卫生，通常会采用喷洒或擦拭酒精以灭杀细菌，然而，这种方法抗菌时效短，细菌易再生，抗菌效率低。

技术实现思路

[0005]为了提高漆膜的使用寿命以及增强漆膜的抗菌性能，提供一种具有自修复性能和长效抗菌性能的水性丙烯酸涂料。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种自修复抗菌涂料，按照质量份数计算，自修复抗菌涂料包括60～100份水溶性丙烯酸树脂，20～50份聚乙烯醇，2～8份硼砂，0.1～3份纳米银，1～3份纳米纤维素；其中，纳米纤维素为经过TEMPO氧化的纤维素纳米纤维，水溶性丙烯酸树脂通过共聚反应制得，用于制备水溶性丙烯酸树脂的单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯。本专利技术以水溶性丙烯酸树脂作为涂料的基底，通过引入聚乙烯醇、硼砂、纳米纤维素、纳米银，协同作用赋予涂料良好的自修复性能和抗菌性能。聚乙烯醇、硼砂所形成的动态化学键(硼酸酯键)与聚乙烯醇、纳米纤维素所形成的动态物理键(氢键)共同构建三维动态网络，赋予漆膜良好的自修复性能和柔韧性；而掺入的纳米银与纳米纤维素能够协同作用，实现更好的抗菌效果。引入的聚乙烯醇、硼砂、纳米纤维素、纳米银能够在所制备的水溶性丙烯酸树脂中实现良好的分散。
[0007]优选地，按照质量比计算，聚乙烯醇：硼砂＝3～7：1。聚乙烯醇对硼砂非常敏感，易引起凝胶化，当硼砂超过一定含量的时候，会产生不可逆的凝聚胺化，从而无法构建动态网络硼酸酯键。
[0008]优选地，用于制备水溶性丙烯酸树脂的原料还包括助剂，助剂包括引发剂、乳化剂、助溶剂；其中，引发剂包括过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的至少一种，助溶剂包括乙醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、正丁醇中的至少一种，乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。
[0009]优选地，纳米银的粒径为25～30nm，纤维素纳米纤维的平均长度为1800～2000nm，纤维素纳米纤维的平均直径为5～10nm。由于纳米银颗粒能够与细菌遗传基因结合，使得遗传基因的结构变形，阻碍其致病菌复制遗传基因，导致病原微生物失去活性，因此纳米银颗粒具有抗菌性能。而由于纳米银颗粒需要进入细菌，因此其粒径会影响抗菌性能。纤维素纳米纤维(CNFs)能够在水中均匀分散不沉淀，其独特的长径比能够显著地提高漆膜的柔韧性，而CNFs与聚乙烯醇所形成的氢键，属于物理动态建，能够增强漆膜的自修复能力，提高漆膜的使用寿命。
[0010]优选地，聚乙烯醇的数均分子量为12～15万。
[0011]优选地，自修复抗菌涂料还包括海藻酸钠、氯化钙，形成包覆纳米银的外壳，由外壳包覆纳米银所形成的微囊结构为海藻酸钠胶囊。通过使用海藻酸钠与Ca
2+
络合生成“锯齿型结构”的不溶性凝胶将纳米银包覆，所制得的海藻酸钠胶囊具有较好的抗菌性能和缓释效果，使得所制备的涂料具有较好的长效缓释作用。
[0012]优选地，自修复抗菌涂料还包括5～20份海藻酸钠、0.1～0.5份氯化钙。
[0013]本专利技术的另一个方面，提供一种制备以上任一项自修复抗菌涂料的方法，包括如下步骤：S1.配制含有引发剂和助溶剂的第一反应底液，在80～90℃下，向第一反应底液中滴入丙烯酸、甲基丙烯酸酯，滴加时间为1～3h，随后向反应体系中继续加入乳化剂、引发剂，继续保温0.5～1h后，得到水性丙烯酸树脂；S2.取纳米银、氯化钙分散在水中得到内包溶液，随后取海藻酸钠溶于水中配制海藻酸钠水溶液，将内包溶液滴入海藻酸钠水溶液中，超声震荡分散均匀，静置，所得到的不溶物为海藻酸钠胶囊，海藻酸钠胶囊的内部含有纳米银；S3.取聚乙烯醇，在90～100℃下溶解于水中，得到聚乙烯醇水溶液，冷却至室温后在聚乙烯醇水溶液中加入海藻酸钠胶囊、纳米纤维素，超声分散后加入硼砂，待反应0.5～2h后，得到预反应液；S4.向所述水溶性丙烯酸树脂中分次加入所述预反应液，每次的加料间隔为10～30min，其中，按照质量百分比计算，每次间隔加入的所述预反应液为总量的20～40wt％，直至完成全部所述预反应液的投料，使反应体系在室温下反应0.5～1h后得到所述自修复抗菌涂料。
[0014]本制备方法通过调整工艺，能够改善所制备自修复抗菌涂料的性能。首先在制备水溶性丙烯酸树脂时，滴加反应单体结束后补加适量引发剂，可消除乳液中残余单体，避免残余单体影响乳液粘度，而引入乳化剂可以降低乳液的表面张力使得涂料能够形成均一的漆膜层。此外，将预反应液分次加入可以进一步提高海藻酸钠胶囊、聚乙烯醇/硼砂/纳米纤维素复合材料在水溶性丙烯酸树脂中的分散性。
[0015]优选地，按照质量比计算，海藻酸钠胶囊：聚乙烯醇：水溶性丙烯酸树脂＝0.1～0.5：2～5：3～5。在合适的配比下，所制备的海藻酸钠胶囊能够在水溶性丙烯酸树脂的良好分散且不影响聚乙烯醇与硼砂、纳米纤维素所形成的动态三维网络结构。
[0016]优选地，在S2中，按照质量百分比计算，在内包溶液中，氯化钙的浓度为1～2.5wt％。
[0017]优选地，在S2中，按照质量百分比计算，海藻酸钠水溶液的浓度为0.5～3wt％。
[0018]优选地，在S3中，按照质量百分比计算，聚乙烯醇水溶液的浓度为1～10wt％。
[0019]优选地，在S3中，加入硼砂反应0.5～2h后，还需加入pH调节剂，以保持后续反应的pH＝7.5～9。
[0020]优选地，pH调节剂包括氨水、N,N
‑
二甲基乙醇胺、三乙胺中的至少一种
[0021]本专利技术公开的一种自修复抗菌涂料及制备其的方法，一方面通过海藻酸钠与Ca
2+
络合生成海藻酸钠胶囊，缓释纳米银赋予漆膜具备长效抗菌性能，另一方面通过引入聚乙烯醇、硼砂与纳米纤维素，形成硼酸酯键和氢键构建动态三维网络结构，赋予漆膜良好的柔韧性和自修复性能，能够提高漆膜的使用寿命。并且，通过合适的制备工艺，将海藻酸钠胶囊、聚乙烯醇/硼砂/纳米纤维素复合材料在水溶性丙烯酸树脂中均匀分散，实现长效缓释纳米银并与纳米纤维素协同作用增强抗菌性能。
附图说明
[0022]图1为聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复抗菌涂料，其特征在于：按照质量份数计算，所述自修复抗菌涂料包括60～100份水溶性丙烯酸树脂，20～50份聚乙烯醇，2～8份硼砂，0.1～3份纳米银，1～3份纳米纤维素；其中，所述纳米纤维素为经过TEMPO氧化的纤维素纳米纤维，所述水溶性丙烯酸树脂通过共聚反应制得，用于制备所述水溶性丙烯酸树脂的单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯。2.如权利要求1所述的自修复抗菌涂料，其特征在于：按照质量比计算，所述聚乙烯醇：所述硼砂＝3～7：1。3.如权利要求1所述的自修复抗菌涂料，其特征在于：用于制备所述水溶性丙烯酸树脂的原料还包括助剂，所述助剂包括引发剂、乳化剂、助溶剂；其中，所述引发剂包括过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的至少一种，所述助溶剂包括乙醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、正丁醇中的至少一种，所述乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。4.如权利要求2所述的自修复抗菌涂料，其特征在于：所述纳米银的粒径为25～30nm，所述纳米纤维素的平均长度为1800～2000nm，所述纳米纤维素的平均直径为5～10nm。5.如权利要求1所述的自修复抗菌涂料，其特征在于：所述自修复抗菌涂料还包括海藻酸钠、氯化钙，其中，所述海藻酸钠、所述氯化钙用于形成包覆所述纳米银的外壳，由所述外壳包覆所述纳米银所形成的微囊结构为海藻酸钠胶囊。6.一种制备如权利要求1所述自修复抗菌涂料的方法，其特征在于包括如下步骤：S1.配制含有引发剂和助溶剂的第一反应底液，在80～90℃下，向所述第一反应底液中滴入所述丙烯酸、所述甲基丙烯酸酯，滴加时间为1～3h，随...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟建，张旭，符传杰，黄理荣，戴海雄，马翠平，
申请(专利权)人：广东美涂士建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：