用于接触表面的具有抗菌性能的可去除的防水多层涂层及其制备方法技术

一种具有抗菌和抗COVID性能的多层涂层，可用于包括医院在内的各种环境，该多层涂层可通过喷涂轻易地沉积在不同表面上并且能够提供阻隔病原体和细菌的有效可去除屏障，该防水涂层的特征在于其使用石墨烯纳米颗粒作为抗菌剂和抗COVID剂，所述石墨烯纳米颗粒通过喷涂将作为主体层的聚合物材料喷涂沉积在表面上来沉积，以促进其所述石墨烯纳米颗粒分散和均匀的表面分布，所述聚合物材料通过喷涂直接粘附在待涂覆表面上，或喷涂在第二聚合物上，而第二聚合物已喷涂在待涂覆表面上，作为促进形成抗菌和抗COVID涂层的第一聚合物粘附在待涂覆表面的元件。涂覆表面的元件。涂覆表面的元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于接触表面的具有抗菌性能的可去除的防水多层涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及具有抗菌和抗COVID性能的防水多层聚合物基质涂层，其可用于各种领域，特别是医院，可通过喷涂在不同类型的表面上获得，并且能够提供可去除的屏障以防止细菌的发展并消除与其直接接触的病原体。这样的涂层的特征在于，它使用石墨烯纳米颗粒作为抗菌和抗COVID剂，这些纳米颗粒通过在待涂覆表面上表面喷涂具有优异粘附能力的第一聚合物材料的连续膜进行沉积，该表面已预先粘附，通过再次喷涂至同一表面以促进作为主体层的所述纳米颗粒的分散和均匀的表面分布。
[0002]如果这样的第一聚合物材料的连续膜在待涂覆表面上的粘附能力不足，则设想使用能够确保这样的粘附性的另一种第二聚合物材料的连续膜，其直接喷涂在待涂覆表面上，用作通过喷涂将第一聚合物材料的连续膜粘附在其上的涂层，该第一聚合物材料的连续膜作为用于纳米颗粒的主体层并形成抗菌和抗COVID屏障。
[0003]本专利技术的一个特征是使用两种特定的聚合物作为主体层，这两种聚合物的选择在于它们两者都是生物相容且无毒的，一种适合于确保对金属基材的良好粘附性，另一种适合于对塑料材料或织物基材的良好粘附性。
[0004]所使用的第一聚合物(下文称为聚合物1或POL 1)是聚己内酯(PCL)，一种具有约60℃的低熔点和约
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60℃的玻璃化转变温度的半结晶聚合物，其对树脂和织物表面具有优异的粘附性。
[0005]所使用的第二聚合物(下文称为聚合物2或POL2)是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，另一方面，聚乙烯吡咯烷酮对金属表面具有优异的粘附性。
[0006]本专利技术进一步涉及通过将所述涂层喷涂在由以下医院常用材料组成的表面上来开发生产和应用方法：金属、织物和树脂(塑料)。

技术介绍

[0007]抗生素耐药菌的增殖是一个显著的问题，特别影响每个医院的环境，并增加住院病人在其住院期间发生感染的可能性。
[0008]病原体感染的可能原因之一是患者的身体与经常接触的医院表面或与医院设备直接接触。在这种情况下，使用纳米材料进行抗菌表面处理可以代表此类问题的创新解决方案。
[0009]近年来，鉴于对提高生活质量的持续需求，人们对具有改进性能的显示出高抗微生物能力的聚合物材料越来越感兴趣。这样的材料的可能应用领域包括例如纺织部门、食品包装部门或医疗设备领域，其用途旨在预防感染。
[0010]使用无机性质的抗菌纳米颗粒和微米颗粒与使用有机性质的抗菌纳米颗粒和微米颗粒相比，具有数个优点，包括更好的耐热性、高化学稳定性、使用时安全性更高和作用时间更长。
[0011]聚己内酯(PCL)是一种具有约60℃的低熔点和约
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60℃的玻璃化转变温度的半结
晶聚合物。PCL是一种合成的无毒脂肪族聚酯，在生物医学应用中作为药物递送工具，因为当它在人体内发现时，它是完全可降解的。微米尺寸添加剂被用作改变和改进PCL性能的有效策略。PCL中加入了各种类型的填料(例如粘土、碳纳米管、二氧化硅、羟基磷灰石和TiO2)以制备微米颗粒。
[0012]近期科学发现表明，石墨烯基纳米材料显示出优异的抗微生物和抗COVID性能，并且这不会对人类细胞系产生相关的细胞毒性作用。
[0013]这种抗微生物作用通过两种主要机制发生：纳米刀片(nanoblade)(由于存在锋利边缘)和包裹或捕获细菌(由于石墨烯纳米片(GNP)的柔性薄膜状)。
[0014]迄今为止公开的专利文献中描述的用于开发抗微生物涂层的主要生产工艺和材料报道如下。具体而言，列出了与具有抗菌性能的不同材料的开发相关的专利，并且特别地其中已经开发了与本专利申请主题相关的抗菌聚合物或纳米复合材料聚合物涂层的专利。然而，应该强调的是，在这些文献中没有一篇是将聚合物用作所呈现的石墨烯纳米片的主体层，石墨烯纳米片用作金属、塑料或织物表面涂层中的抗菌剂，这些涂层是可去除、无毒且防水的。
[0015]在美国专利第US6120784 A号中描述了一种抗菌/抗病毒涂层和相关的生产工艺。在这种涂层中，抗病原体剂基本上由PVP
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1和N
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9组成。然而，有数个缺点：这种涂层对人类不是无毒的，并且不涉及石墨烯作为抗菌剂；生产工艺很长，涂层不可去除，并且许多危险的溶剂也用于形成涂层本身的材料的生产。
[0016]在美国专利第US20070231291 A1号中公开了一种通过取代乙烯亚胺聚合物的聚合物链的中心结构中的氮原子而生产的聚合物抗微生物剂。该专利通过改变氮原子的数量来处理聚合物制剂，该材料对人类并非完全无毒，并且难以生产[13]。
[0017]在美国专利第US2005/0058682A1号中公开了一种应用在外科器械上的抗菌涂层。该抗微生物涂层由布置在聚合物基质中的抗微生物颗粒组成。该专利有一些局限性，包括工艺发生在371℃左右的高温下，并且只能应用于金属表面。该抗菌涂层进一步的特征在于相当高的厚度，为0.1至5mm，并且是不可去除的[14]。
[0018]在中国专利第CN106727692A号中，显示了一种制备由不同纳米复合材料组成的抗菌喷涂料的方法，该喷涂料由聚合物PVP和银抗菌剂组成。在该工作中，银纳米颗粒被用作抗菌剂；此外，该生产工艺昂贵、耗时且操作复杂[15]。
[0019]中国专利第CN101189971A号涉及具有有机/无机抗菌剂纳米复合涂料的生产。该抗微生物纳米复合材料涂料是通过使用用作抗菌剂的不同的聚合物和不同的纳米颗粒生产的。制造工艺是危险的，因为该复合材料是通过将聚合物和作为偶联剂的硅烷与银基或铜基纳米材料一起热解获得的[16]。
[0020]在德国专利第DE200610006675号中公开了一种多用途复合抗微生物材料，其通过热解含有银或铜的纳米材料以及硅酮聚合物和填充剂(bulk agents)的混合物来生产。该生产工艺是困难的，因为其发生在高温下：事实上，热解过程发生在500至1200℃。
[0021]在所有这些关于使用抗菌聚合物或纳米复合材料聚合物涂料的文献中，没有提到使用石墨烯作为抗菌剂。
[0022]相比之下，使用石墨烯作为抗菌剂的专利没有使用聚合物材料作为纳米颗粒的主体层。以下是石墨烯用作抗菌剂的所有专利的总结。
[0023]美国专利第US9345797B2号涉及光热抗菌材料的开发，其中材料合成方法(具有抗菌性能)包括三个步骤。首先，合成氧化石墨烯，然后用磁性纳米颗粒同时还原和功能化。最后，将醛修饰在磁性材料上，以生产石墨烯功能化的磁性戊二醛。抗菌活性是通过基于石墨烯的光热性质的机制实现的。石墨烯用醛功能化以捕获细菌，用磁性材料功能化以改善光辐射聚焦。由于使用了危险的溶剂，该工艺对人体并非无毒，此外，它仅用于金属表面和有限的区域。
[0024]中国专利第CN106283878A号涉及一种用于粗糙表面的抗菌抗静电产品的制备方法，其使用修饰有银和钛的石墨烯作为抗菌剂。该专利有一些缺点：生产工艺在高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造具有抗菌和抗COVID性能的可去除的防水多层涂层的方法，所述涂层使用石墨烯纳米颗粒和氧化锌纳米棒或修饰有氧化锌纳米棒的石墨烯纳米颗粒作为抗菌和抗COVID剂，其特征在于所述涂层能够通过喷涂施用在由金属、织物或塑料制成的不同接触表面上，所述方法包括以下步骤：a)制备待使用的至少一种基于第一可喷涂聚合物的聚合物溶液，其以连续膜的形式用作待处理表面上的涂层，起到“主体层”的第一功能，以促进所述石墨烯纳米颗粒和氧化锌纳米棒或修饰有氧化锌纳米棒的石墨烯纳米颗粒的最佳分散和表面分布，以及确保对待涂覆表面的粘附性的第二功能，从而促进在所述待涂覆表面上形成所述连续膜，当所述石墨烯纳米颗粒和氧化锌纳米棒或修饰有氧化锌纳米棒的石墨烯纳米颗粒作为抗菌和抗COVID剂喷涂在所述涂层上时，保持部分暴露在其自由表面上方；b)通过热膨胀相互分散的石墨烯，然后在丙酮中通过探针超声仪超声20分钟，然后在丙酮中通过超声波浴超声ZnO纳米棒3分钟，从而获得基于石墨烯和氧化锌的纳米结构，来制备待喷涂在所述膜上的纳米颗粒；c)将步骤a)中获得的聚合物溶液喷涂在待处理表面上，以形成粘附在同一表面上的连续膜，作为“主体层”；和d)再次通过喷涂，在所述主体层上表面沉积在步骤b)中获得的基于石墨烯和氧化锌、或修饰有氧化锌纳米棒的石墨烯的纳米结构，以借助于纳米结构的尖锐边缘在所述表面上形成抗菌和抗COVID屏障，所述纳米结构的尖锐边缘向外突出，在细胞膜上直接相互作用；e)可能地使用基于第二聚合物的第二聚合物溶液，代替第一聚合物或与第一聚合物结合作用形成“主体层”，从而同时确保形成纳米颗粒屏障、对待涂覆表面的粘附性和形成连续膜；其中形成“主体层”的聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚合物2，其具有对金属表面的优异粘附性，和聚己内酯(PCL)或聚合物1，其是具有约60℃的低熔点和约
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60℃的玻璃化转变温度的半结晶聚合物，该聚合物对聚合物树脂和织物表面具有优异的粘附性，并且在水中的溶解度差。2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于使用磁力搅拌器在室温下使用乙醇作为PVP的溶剂，而使用磁力搅拌器在30℃的温度下将PCL溶解在丙酮中。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述溶剂和聚合物混合物中不同的聚合物浓度在1重量％至15重量％之间变化。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于有三种不同类型的纳米结构在聚合物“主体层”的表面上分散，其使用浓度范围为在100mg形成主体层的聚合物上的2mg至10mg：a)石墨烯纳米片(GNP)，b)氧化锌纳米棒(ZNO)，其中纳米棒是指具有棒状的纳米尺度上的物体形态，其中平均直径为20nm至50nm，且长度为100nm至1μm；和c)修饰有氧化锌纳米棒的石墨烯纳米片；或作为替代，GNP和ZNO纳米结构，以最小化纳米材料的生产成本和时间。5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其中在用于喷涂的所述纳米颗粒中，所述相互分散的石墨烯已经热膨胀，然后通过探针超声仪在丙酮中超声20分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽亚，
申请(专利权)人：罗马大学，
类型：发明
国别省市：