CN110952342A - 一种疏水抑菌的多功能涂层布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏水抑菌的多功能涂层布及其制备方法，通过静电植绒方法将天然荷叶粉固定于无纺布表面，制得具有良好疏水抑菌功能的涂层布，通过静电植绒方法可使荷叶粉体在保持其特有的疏水抑菌活性的同时均匀涂覆于无纺布表面、且具有附着牢固高、植绒密度可控的优点；同时本发明采用天然荷叶粉作为防霉抑菌剂制得多功能涂层布，荷叶原料来源广泛，成本低廉，有助于降低多功能涂层布的生产成本并提高荷叶利用率；且本发明的制备方法简单快捷，植绒效果好，可利用现有设备进行制备，易于产业化。

Description

一种疏水抑菌的多功能涂层布及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种疏水抑菌的多功能涂层布及其制备方法。
背景技术
涂层布主要是在布料的基础上采用特殊工艺涂布一层具有特殊功能的材料，使得布料增加了特殊功能，涂层布广泛应用于帐篷、服装、箱包、国防、运输等诸多领域。涂层布使用或储藏过程中不可避免会接触湿度大的环境，此时，涂层布的防水和抑菌性显得尤为重要。
目前，常采用在布料上涂覆防水材料的方法实现防水，通过加入抑菌材料的方法实现较好的抑菌效果。但是，现有技术中同时实现防水和抑菌效果的涂层布非常少，防水和抑菌材料的加入往往使得涂层布的柔软性和力学性能变差，影响涂层布的正常使用，而且，一般的防水和抑菌材料在基布上的附着牢固度有限，不能长期使用。另外，防水材料和抑菌材料如何实现均匀涂覆也是一大难题。
如申请号为CN201610644536.6的专利，公开了一种疏水抑菌的多功能涂层布及其加工方法，该多功能涂层布自下而上包括经编布、涂覆于经编布表面的抑菌涂层和涂覆于抑菌涂层之上的疏水涂层。该方法中所采用的抑菌涂层、疏水涂层的成分原料较为复杂，且在经编布表面通过涂覆的方式来实现疏水抑菌功能，会存在涂覆不均的问题，因此无法适用于制备大面积具有疏水抑菌功能的涂层布。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的涂层布疏水抑菌性能不佳且涂覆不均、涂层附着牢固度不足的问题，提供一种疏水抑菌的多功能涂层布及其制备方法，通过静电植绒方法将天然荷叶粉固定于无纺布表面，制得具有高疏水抑菌功能的涂层布，且具有涂覆均匀、植绒牢度高、植绒密度大等优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种疏水抑菌的多功能涂层布，包括无纺布及通过静电植绒方法涂覆于无纺布上的荷叶粉疏水抑菌涂层。
本发明通过静电植绒方法将荷叶粉体固载至无纺布表面形成超疏水涂层，由于荷叶表面具有细小的微观粗糙结构及不亲水的表皮蜡，利用这些粗糙的凸起，当水滴落在多功能涂层布表面或空气中的湿气较高时，由荷叶粉体形成的疏水涂层表面刷子状的细微凸起和空隙中的空气能够共同托起水滴，以减小水滴与多功能涂层布中无纺布的接触面积，从而使水滴在多功能涂层布表面处于“半悬空”状态，而不会使多功能涂层布中的无纺布表面湿润，以起到疏水抗菌作用。
优选的，所述荷叶粉疏水抑菌涂层的静电植绒量为50～150g/m2。
优选的，所述荷叶粉疏水抑菌涂层的厚度为0.1～2mm。
其中，通过优化静电植绒方法过程中植绒室内极板间距、极板电压及飞行时间得到最佳的所述荷叶粉疏水抑菌涂层的植绒量及厚度，发明人经过大量实验发现，当荷叶粉的静电植绒量为50～150g/m2、厚度为0.1～2mm时，由本发明制得的多功能涂层布制成的雨蓬布的防水性能均可达到5级，且在温度30℃，湿度65％RH条件下，使用两年后，多功能涂层布均未出现涂层脱落的情况，荷叶粉仍能很好的附着于雨篷布表面，具有较长的使用寿命。
优选的，所述荷叶粉的粒径为50～200nm。
本发明还提供了所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，包括如下步骤：
S1、荷叶粉电着处理：选用预定规格的荷叶粉体进行电着处理；
S2、上胶：加热热熔胶黏剂以熔融，再将熔融的热熔胶黏剂涂抹在无纺布外表面以形成胶黏层；
S3、植绒：将均匀涂抹热熔胶黏剂的无纺布传送进入植绒室内，利用静电将荷叶粉体植入无纺布的胶黏层；
S4、烘干：将完成静电植绒的无纺植绒布放入烘干器中烘干，最后收卷。
静电植绒技术是利用静电效应进行植绒的加工技术，本发明中荷叶粉在静电场中发生极化，带电后在电场中飞升、旋转，最终***涂覆有胶黏剂的无纺布基材中，形成植绒产品。荷叶粉经过电着处理后在静电场中具有良好的飞升性，选择荷叶粉作为植绒材料，在工业化生产中更为高效和环保。因此，将荷叶粉用于静电植绒的研究具有重要的意义。
本发明进一步包括：所述步骤S4中，将烘干后的无纺植绒布放入轧光机中轧实后再进行收卷。
采用上述技术方案，通过对烘干后的无纺植绒布进行轧实操作后再收卷，有利于提高胶黏剂层的密实度，使得胶黏层在使用过程中不容易松脱，从而使得无纺植绒布不容易脱胶，有利于增强无纺植绒布的植绒牢度，使得无纺植绒布不容易脱绒；同时，有利于提高无纺植绒布表面荷叶粉体的平整度，使得无纺植绒布的植绒效果更好；另外，在节省热熔胶黏剂用量的同时有利于减少热熔胶黏剂用量过大而导致渗胶漏胶的情况，从而在节约资源的同时使得无纺植绒布的植绒牢度提高。
优选的，在步骤S1中，所述荷叶粉的电着处理方法为：将荷叶粉分散于去离子水中，再依次加入氯化钠、硫酸铝钾、硅溶胶和铝溶胶，并于40～60℃条件下搅拌反应20～40min后将荷叶粉过滤、烘干、过筛后备用。
进一步的，所述荷叶粉体的电着处理方法中荷叶粉与水的浴比为1：50～100。
优选的，在步骤S2中，所述热熔胶黏剂的涂布量为200～300g/m2。
优选的，在步骤S3中，所述植绒室内极板间距为5～15cm、极板电压为20～40kV，飞行时间为5～10s。
荷叶粉在静电场中飞升需要一定的时间，时间太短，荷叶粉不能完全飞升至上极板，飞升时间太长则会降低生产效率。发明人经过大量实验发现，当荷叶粉在静电场中的植绒时间大于8s时，荷叶粉在无纺布基布上的植绒密度趋于稳定；且植绒时间在5～10s范围内时，制得的多功能涂层布均具有较好的疏水及抑菌性能。
优选的，在步骤S3中，所述传送速度为10～15m/min。
采用上述技术方案，通过将步骤S3中的传送速度设置为10～15m/min，有利于提高无纺布的植绒效率；若速度过快，将导致荷叶粉体难以粘在无纺布上；若速度过慢，则会使得无纺布上的荷叶粉体厚度过厚而覆盖在荷叶粉体上难以与热熔胶黏剂粘合，导致植绒效率降低，本发明通过合理设置均匀涂抹热熔胶黏剂无纺布的传送速度，实现了减少资源浪费，同时提高了无纺植绒布的植绒效果。
优选的，在步骤S4中，所述烘干温度为50～70℃。
采用上述技术方案，通过在50～70℃的温度下进行轧实操作，使得热熔胶黏剂在轧实过程中容易软化，从而有利于热熔胶黏剂在轧光过程中的塑形，使得热熔胶黏剂更容易被压实，进而有利于提高热熔胶黏剂的密实程度，使得无纺植绒布的植绒牢度提高，同时有利于使荷叶粉体保持其特有的疏水抗菌生物活性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过静电植绒方法将天然荷叶粉固定于无纺布表面，制得具有良好疏水抑菌功能的涂层布，通过静电植绒方法可使荷叶粉体在保持其特有的疏水抑菌活性的同时均匀涂覆与无纺布表面、且具有附着牢固高、植绒密度可控的优点。
(2)本发明制得的多功能涂层布具有优良的疏水抑菌性能，可以防止雨后多功能涂层布上附着较多积水，从而影响其稳定性，适用于作为雨篷布使用，同时也可适用于卫生用品及电子柔性器件。
(3)本发明采用天然荷叶粉作为防霉抑菌剂制得多功能涂层布，荷叶原料来源广泛，成本低廉，有助于降低疏水抑菌多功能涂层布的生产成本同时提高荷叶利用率。
(4)本发明的制备方法简单快捷，植绒效果好，可利用现有设备进行制备，易于产业化。
附图说明
图1为本发明制得的疏水抑菌的多功能涂层布的模型图。
图2中(a)、(b)、(c)分别为实施例1制备得到的疏水抑菌的多功能涂层布表面的数码照片、涂层布表面的扫描电镜表征图及横截面扫描电镜表征图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
植绒密度是评价植绒织物最重要的标准。本发明以下具体实施例中采用称量单位面积无纺布基布上荷叶粉的质量作为衡量植绒密度大小的方法，计算公式如下式所示：
P＝m/S
式中：P为植绒密度，g/m2；m为荷叶粉质量，g；S为基布面积，m2。
除了植绒密度外，植绒牢度是衡量植绒性能另一个重要指标。植绒牢度是指荷叶粉植在基布表面之后的牢度与稳定性。本发明中测定植绒样品植绒牢度是在相同的摩擦条件对样品进行耐磨测试，比较不同工艺条件对植绒牢度影响。用底面积为5cm×1cm，质量为60g的木块在4个不同水平方向对样品进行水平摩擦，每个方向各摩擦10次，摩擦前后对测试样品进行称重，计算摩擦损失的绒毛质量，以荷叶粉的残留率来衡量其植绒牢度的大小。
荷叶粉残留率计算公式定义如下式所示：
Figure BDA0002250899690000061
式中：L为荷叶粉残留率；M为摩擦测试前基布上荷叶粉质量，g；M'为摩擦后基布上荷叶粉的质量，L越大，说明荷叶粉残留越多，摩擦过程中损失的荷叶粉质量越少，则植绒牢度越大。
抑菌性能测试方法如下：
1)分别将金黄色葡萄球菌和大肠杆菌标准菌株接种于两个琼脂平板上，并培养转接三代，挑取菌落于无菌生理盐水中制成菌悬液，取一定的菌悬液置于平板上培养24小时后统计菌落数，作为空白样菌落数；
2)取一定量的菌悬液置于锥形瓶中，将本发明实施例制得的多功能涂层布剪成1.8*1.8cm的正方形并浸泡于菌悬液中30min；
3)取一定量的经步骤2)浸泡作用后的菌悬液置于琼脂平板上，培养24小时后统计其菌落数，每个实施例制得的多功能涂层布测定三次后求平均值；
4)根据以下公式计算杀菌率：
杀菌率＝(空白样菌落数-浸泡后菌落数)/空白样菌落数*100％。
下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。
疏水性能测试：
采用接触角测量仪测定本发明制得的疏水抑菌的多功能涂层布的疏水性能，测试液滴分别为10μL蒸馏水和10μL正十六烷。为了减小实验误差，同一样品测量6次接触角(CA)和滚动角(SA)数据，并计算其平均值和标准偏差。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
实施例1提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，包括无纺布及通过静电植绒方法涂覆于无纺布上的荷叶粉疏水抑菌涂层。
其中，所述荷叶粉疏水抑菌涂层的静电植绒量为100g/m2；所述荷叶粉疏水抑菌涂层的厚度为1.5mm；所述荷叶粉的粒径为150nm。
所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，包括如下步骤：
S1、荷叶粉电着处理：选用预定规格的荷叶粉体进行电着处理；
S2、上胶：加热热熔胶黏剂以熔融，再将熔融的热熔胶黏剂涂抹在无纺布外表面以形成胶黏层；所述热熔胶黏剂的涂布量为250g/m2；
S3、植绒：将均匀涂抹热熔胶黏剂的无纺布以12m/min的传送速度传送进入植绒室内，利用静电将荷叶粉体植入无纺布的胶黏层；所述植绒室内极板间距为10cm、极板电压为30kV，飞行时间为8s；
S4、烘干：将完成静电植绒的无纺植绒布放入烘干器中于60℃下烘干，最后收卷。
其中，所述荷叶粉体的电着处理方法为：称取5g荷叶粉、按照浴比为1：80加入去离子水，再加入16g氯化钠、12g硫酸铝钾、28g硅溶胶和16g铝溶胶，并于50℃条件下搅拌反应30min后将荷叶粉过滤、40℃真空烘干、过筛后备用。
图2中(a)、(b)、(c)分别为本实施例制备得到的疏水抑菌的多功能涂层布表面的数码照片、涂层布表面的扫描电镜表征图及横截面扫描电镜表征图。从图2中(a)可以看出多功能涂层布表面分布着许多较大的突起结构使涂层布在宏观结构上具有一定的粗糙度。从图2中(b)可以看出，涂层布的微观结构比较光滑，纳米结构比较粗糙，且荷叶粉体与黏胶材料相互交联形成了致密的纳米结构，从而在无纺布表面形成疏水抑菌表面。从图2中(c)可以看出，荷叶粉体通过黏胶层与无纺布基底表面相互结合，且荷叶粉体部分渗入到黏胶层中，从而提高了荷叶粉体与无纺布之间的结合力，增强了荷叶粉疏水抑菌涂层的机械稳定性。
实施例2-5
实施例2-5提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S2中，所述热熔胶黏剂的涂布量，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000081
由上表结果可知，当热熔胶黏剂的涂布量低于200g/m2时，荷叶粉的植绒密度和牢度及多功能涂层布的抑菌性能均较差，当热熔胶黏剂的涂布量大于250g/m2时，荷叶粉的植绒密度和牢度、疏水性能及多功能涂层布的抑菌性能趋于稳定；再继续增大热熔胶黏剂的涂布量对荷叶粉的植绒密度和牢度、疏水性能及多功能涂层布的抑菌性能影响不大，因此本发明选择热熔胶黏剂的最佳涂布量为200～300g/m2。
实施例6-9
实施例6-9提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S3中，所述植绒室内极板间距，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000082
Figure BDA0002250899690000091
对比表中实施例1与实施例6～9结果可知，随着极板间距的增大，荷叶粉的植绒密度和牢度整体呈现下降的趋势，但在极板间距小于15cm范围内，对荷叶粉的植绒密度和牢度影响较小，且当极板间距为10cm时，荷叶粉的植绒密度和牢度最佳，且此时制得的疏水抑菌多功能涂层布的抑菌性及疏水性能最高。
实施例10-13
实施例10-13提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S3中，所述植绒室内极板电压，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000092
对比表中实施例1与实施例10～13结果可知，随着极板电压的增大，荷叶粉的植绒密度和牢度整体呈现上升的趋势，当极板电压高于30kV后，荷叶粉的植绒密度和牢度已趋于稳定，且当极板电压为40kV时，荷叶粉的植绒密度和牢度最佳，且此时制得的疏水抑菌多功能涂层布的抑菌性及疏水性能最高。因此后续实验选择40kV作为植绒室内极板的最佳电压。
实施例14-17
实施例14-17提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S3中，所述植绒室内飞行时间，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000101
对比实施例1与实施例14～17结果可知，当植绒时间大于8s时，荷叶粉的植绒密度及牢度趋于稳定，且当植绒时间为8s时制得的多功能涂层布的疏水及抑菌性能最佳。因此，后续选择荷叶粉在静电植绒室内的最佳飞行时间为8s。
实施例18-21
实施例18-21提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S3中，所述无纺布的传送速度，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000102
对比实施例1与实施例18～21结果可知，随着无纺布传送速度的加快，荷叶粉的植绒密度及牢度呈现先增大后减小的趋势，当无纺布的传送速度为12m/min时，荷叶粉的植绒密度及牢度最好，且此时制得的多功能涂层布的疏水及抑菌性能最佳。这是由于当传送速度过快使得荷叶粉体难以粘在无纺布上，从而使荷叶粉的植绒密度及牢度下降；而当传送速度过低时使得无纺布上植入的荷叶粉体厚度过厚而覆盖在荷叶粉体上难以与热熔胶黏剂粘合，从而使荷叶粉体的植入牢度不足，因此荷叶粉体易从无纺布表面脱落，导致其疏水及抑菌性能不足。
实施例22-25
实施例22-25提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法步骤S4中，所述烘干温度，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000111
对比实施例1与实施例22～25结果可知，随着烘干温度的升高，荷叶粉的植绒密度无明显变化；但荷叶粉的植入牢度及疏水抑菌性能呈现先增大后减小的趋势。当烘干温度为60℃时制得的多功能涂层布的植绒密度、牢度及疏水抑菌性能最佳。这可能是由于在此烘干温度下，经过静电植绒的无纺植绒布上的热熔胶黏剂在轧实过程中容易软化，从而有利于热熔胶黏剂在轧光过程中的塑形，使得热熔胶黏剂更容易被压实，进而有利于提高热熔胶黏剂的密实程度，使得无纺植绒布的植绒牢度提高；但进一步提高烘干温度会使荷叶粉失去其特有的生物活性，从而降低多功能涂层布的疏水及抑菌性能。
实施例26-29
实施例26-29提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述荷叶粉的粒径，所述烘干温度，除上述区别外，其他操作均相同，在此不再赘述；具体实验条件参数及测定结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000121
对比实施例1与实施例26～29结果可知，随着荷叶粉粒径的增大，荷叶粉的植绒密度、牢度及疏水抑菌性能呈现先增大后减小的趋势，当荷叶粉粒径为150nm时制得多功能涂层布的疏水抑菌性能最佳。这可能是由于荷叶粉粒径过小，易使无纺布上植入的荷叶粉体厚度过厚而覆盖在荷叶粉体上难以与热熔胶黏剂粘合；当荷叶粉粒径过大时，其比表面积小，因此与热熔胶黏剂的粘合面小，植入牢度及植绒密度降低，从而使制得的多功能涂层布的疏水及抑菌性能下降。
实施例30
实施例30提供一种疏水抑菌的多功能涂层布，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S4中，将烘干后的无纺植绒布放入轧光机中轧实后再进行收卷。
测定实施例30制得的多功能涂层布的植绒密度、牢度及抑菌性能，结果如下表所示。
Figure BDA0002250899690000122
对比实施例1与实施例30结果可知，实施例30通过对烘干后的无纺植绒布进行轧实操作后再收卷，无纺植绒布的植绒牢度及疏水抑菌性能提高。这可能是由于通过扎实操作可使胶黏剂层的密实度加大，使得胶黏层在使用过程中不容易松脱，从而使得无纺植绒布不容易脱胶，植绒牢度增强；同时，通过扎实操作有利于提高无纺植绒布表面荷叶粉体的平整度，使得无纺植绒布的植绒效果更好，以此提升涂层布的疏水抑菌性能。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种疏水抑菌的多功能涂层布，其特征在于，包括无纺布及通过静电植绒方法涂覆于无纺布上的荷叶粉疏水抑菌涂层。
2.根据权利要求1所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布，其特征在于，所述荷叶粉疏水抑菌涂层的静电植绒量为50～150g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布，其特征在于，所述荷叶粉疏水抑菌涂层的厚度为0.1～2mm。
4.根据权利要求1所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布，其特征在于，所述荷叶粉的粒径为50～200nm。
5.权利要求1所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、荷叶粉电着处理：选用预定规格的荷叶粉体进行电着处理；
S2、上胶：加热热熔胶黏剂以熔融，再将熔融的热熔胶黏剂涂抹在无纺布外表面以形成胶黏层；
S3、植绒：将均匀涂抹热熔胶黏剂的无纺布传送进入植绒室内，利用静电将荷叶粉体植入无纺布的胶黏层；
S4、烘干：将完成静电植绒的无纺植绒布放入烘干器中烘干，最后收卷。
6.根据权利要求5所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述荷叶粉的电着处理方法为：将荷叶粉分散于去离子水中，再依次加入氯化钠、硫酸铝钾、硅溶胶和铝溶胶，并于40～60℃条件下搅拌反应20～40min后将荷叶粉过滤、烘干、过筛后备用。
7.根据权利要求5所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热熔胶黏剂的涂布量为200～300g/m2。
8.根据权利要求5所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述植绒室内极板间距为5～15cm、极板电压为20～40kV，飞行时间为5～10s。
9.根据权利要求5所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述传送速度为10～15m/min。
10.根据权利要求5所述的一种疏水抑菌的多功能涂层布的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述烘干温度为50～70℃。
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