CN105238103A - 一种节能抗菌纳米陶瓷涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，按质量百分比计包括以下组分：二氧化硅溶胶40-50％，硅烷偶联剂35-45％，抗菌纳米粒子5-10％，非离子表面活性剂1-2％，水性流平剂1-2％，硬质填料5-10％。通过以纳米二氧化硅的水溶胶为载体，并通过加入硅烷偶联剂为媒介物，有效减少了纳米Ag和纳米TiO2之间的团聚，将具有杀菌效果的纳米TiO2和纳米Ag结合，取得了优异的杀菌效果。同时，在涂料的制备过程中没有添加任何有机物或有毒成分，也没有任何对健康有潜在威胁的成分，符合WEEE，RoHs、FDA等对环保要求的规定。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，主要用于食品领域的盛装容器、加热电器上，具有节能、抗菌抑菌的作用。
背景技术
随着科技的发展，生活水平的提高，人们对健康安全的生活方式越来越关注。具体的，在生活中与人体有接触的各种产品需要抗菌效能，尤其是对于人们日常生活中接触十分密切的用品，如用于盛装食品的容器等，如果没有经过灭菌，一些常见的细菌非常容易传入人体，造成疾病感染。
为了抑制细菌的繁殖，各种抗菌涂料应运而生。涂料中所使用的抗菌剂主要有天然抗菌剂、无机抗菌剂和有机抗菌剂。从这三种抗菌剂的综合性能看，无机纳米抗菌剂因其粒径小且对细菌的吸附性好而运用广泛。此外，将纳米粒子应用于涂料中，其特殊的磁、光、电性能及其高强、高韧、耐磨、优良稳定性的性能非常适合作为抗菌涂料。
现今常用的无机纳米抗菌剂主要有纳米银和纳米TiO2两种。纳米二氧化钛能除细菌，净化空气，是因为其在光或水的条件下，其价带上的电子被激发到导带，在价带上产生空穴，自由电子-空穴对可使氧和水活化，产生具有很高反应活性的活性氧和羟基自由基，对空气中的有害气体(氮氧化物、二氧化硫、甲醛、苯、氨、丙酮等)和细菌有很强的降解作用，从而赋予涂料良好的抗菌性及净化空气性能；纳米二氧化钛只有在光或水的条件下才具有抗菌性和净化空气性能，这限制了其在阴暗地区或干燥地区的应用。纳米银的抗菌机理主要是通过银离子与细菌的磷脂质起反应，发挥杀菌效果，受外界环境影响很小，但纳米银会不断溶出使抗菌效果下降及易团聚、易氧化、易变色。
将纳米银和纳米二氧化钛结合起来，可进一步提高涂料的抗菌性。一方面，纳米银作为杂质存在，可加强纳米二氧化钛的光催化性能；另一方面，纳米银缓慢释放出Ag+，能破坏原生物活性酶的活性，具有很强的杀菌性，且不受外界条件(光和水)的影响，然而纳米Ag与纳米二氧化钛之间性能的差异，二者的结合效果并不理想。
CN1583901A中公开了一种纳米二氧化钛/纳米银涂料及其制备方法：将纳米二氧化钛分散液与纳米银溶液共混，加入成膜剂、润湿分散剂、流平剂和消泡剂，制备得到一种包含纳米二氧化钛和纳米银两种纳米粒子的纳米涂料，该涂料解决了现有涂料耐沾污性差的特点。但采用该共混所制备的纳米涂料中，纳米银极易团聚，影响其持久抗菌性能。此外，两种纳米粒子易混合不均匀，容易造成单种积聚较多，降低抗菌活性，不能充分利用双种不同机理抗菌剂的优势。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，通过以纳米二氧化硅的水溶胶为载体，并通过加入硅烷偶联剂为媒介物，有效减少了纳米Ag和纳米TiO2之间的团聚，将具有杀菌效果的纳米TiO2和纳米Ag结合，取得了优异的杀菌效果。
为了实现本发明的技术目的，本发明采取如下技术方案。
一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，按质量百分比计包括以下组分：二氧化硅溶胶40-50％，硅烷偶联剂35-45％，抗菌纳米粒子5-10％，非离子表面活性剂1-2％，水性流平剂1-2％，硬质填料5-10％。
优选的，所述二氧化硅溶胶是纳米级二氧化硅颗粒在水中形成的均匀分散溶胶，商业可购得的该二氧化硅溶胶优选格雷斯、阿克苏诺贝尔公司对应产品。
优选的，所述纳米二氧化硅的粒径为20-100纳米。
优选的，所述硅烷偶联剂是甲基、乙基、苯基或乙烯基三乙氧基硅烷。
优选的，所述抗菌纳米粒子是纳米Ag粒子或纳米TiO2粒子中的一种或两种以任意比例混合。
优选的，所述抗菌纳米粒子的粒径为20-40纳米。
优选的，按质量计，所述纳米TiO2组成相为60％的锐钛矿相和40％的金红石相。
优选的，所述流平剂是有机硅类或聚丙烯酸类流平剂。
优选的，所述硬质填料所述硬质填料为氧化铝、氢氧化铝、硅酸铝、高岭土、滑石或氧化硅中的一种，增加涂料的耐磨性。
本发明提供了一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，通过以纳米二氧化硅的水溶胶为载体，并通过加入硅烷偶联剂为媒介物，有效减少了纳米Ag和纳米TiO2之间的团聚，通过加入非离子表面活性剂，利用其高稳定性、不易受强电解质影响的特点，进一步减轻了纳米Ag粒子之间的团聚，使纳米Ag粒子、纳米二氧化钛粒子能够均匀分散、吸附在纳米二氧化硅的水溶胶中，大幅提高了其抗菌效果。通过加入有机硅类或聚丙烯酸类流平剂，有效降低涂料表面张力，使涂料在成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。
本发明的有益效果是：本发明通过各组分的调制，使陶瓷涂料保持原有的性能，具有抗菌抑菌的功效，特别是对大肠杆菌的抑制效果较为明显，经过测试，其对大肠杆菌抑制力是普通陶瓷涂料的10倍之多。同时，在涂料的制备过程中没有添加任何有机物或有毒成分，也没有任何对健康有潜在威胁的成分，符合WEEE，RoHs、FDA等对环保要求的规定。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对发明作详细的说明，如无特别说明，以下实施例组分均以质量百分比计。
实施例1：
按配比，将5％的硬质填料、40％的粒径为20-100纳米的二氧化硅溶胶混合均匀后，用砂磨机研磨至合格的细度后备用，标记为A部分。将45％的乙烯基三乙氧基硅烷加入到A部分中，高速搅拌混合均匀后，标记为B部分。再将7％的粒径为20-40纳米的Ag粒子、2％的非离子表面活性剂和1％的有机硅类流平剂加入到B部分中，搅拌混合均匀即可。
实施例2：
按配比，将7％的硬质填料、50％的粒径为20-100纳米的二氧化硅溶胶混合均匀后，用砂磨机研磨至合格的细度后备用，标记为A部分。将35％的甲基三乙氧基硅烷加入到A部分中，高速搅拌混合均匀后，标记为B部分。再将5％的粒径为20-40纳米的TiO2粒子、1％的非离子表面活性剂和2％的聚丙烯酸类流平剂加入到B部分中，搅拌混合均匀即可。
实施例3：
按配比，将10％的硬质填料、42％的粒径为20-100纳米的二氧化硅溶胶混合均匀后，用砂磨机研磨至合格的细度后备用，标记为A部分。将36％的苯基三乙氧基硅烷加入到A部分中，高速搅拌混合均匀后，标记为B部分。再将10％的粒径为20-40纳米的TiO2粒子和20-40纳米的Ag粒子组成的混合物、1％的非离子表面活性剂和1％的有机硅类流平剂加入到B部分中，搅拌混合均匀即可。
实施例1-3与普通涂料性能检测结果如表1所示。
表1实施例1-3与普通涂料性能检测结果表
根据上表数据可以明显看出，本发明提供的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，具有抗菌抑菌的功效，特别是对大肠杆菌的抑制效果较为明显，经过测试，其对大肠杆菌抑制力是普通陶瓷涂料的10倍之多。同时，在涂料的制备过程中没有添加任何有机物或有毒成分，也没有任何对健康有潜在威胁的成分，符合WEEE，RoHs、FDA等对环保要求的规定。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于，按质量百分比计包括以下组分：二氧化硅溶胶40-50％，硅烷偶联剂35-45％，抗菌纳米粒子5-10％，非离子表面活性剂1-2％，水性流平剂1-2％，硬质填料5-10％。
2.根据权利要求1所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述二氧化硅溶胶是纳米级二氧化硅颗粒在水中形成的均匀分散溶胶。
3.根据权利要求2所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为20-100纳米。
4.根据权利要求1所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂是甲基、乙基、苯基或乙烯基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述抗菌纳米粒子是纳米Ag粒子或纳米TiO2粒子中的一种或两种以任意比例混合。
6.根据权利要求5所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述抗菌纳米粒子的粒径为20-40纳米。
7.根据权利要求5所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：按质量计，所述纳米TiO2组成相为60％的锐钛矿相和40％的金红石相。
8.根据权利要求1所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述流平剂是有机硅类或聚丙烯酸类流平剂。
9.根据权利要求1所述的一种节能抗菌纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述硬质填料为氧化铝、氢氧化铝、硅酸铝、高岭土、滑石或氧化硅中的一种。
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