CN115820117B - 一种抗菌超疏水复合涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌超疏水复合涂层及其制备方法,其是以二水乙酸锌、硝酸银和氢氧化钠为原料,采用简单的沉淀法,制备了掺Ag的ZnO粉体,然后使用硅烷改性剂对所得粉体进行疏水改性并原位生成(NH4)2C2O4,得到了疏水的(NH4)2C2O4/Ag‑ZnO复合粉体,再将其加入到环氧树脂和聚二甲基硅氧烷组成的混合胶液中,经喷涂获得所述抗菌超疏水复合涂层。本发明制备工艺简单,成本低廉,适合大规模生产,且制得的超疏水复合涂层具有优异的抗菌性、超疏水性和耐磨性,有着很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于超疏水涂层技术领域,具体涉及一种抗菌超疏水复合涂层及其制备方法。
背景技术
超疏水表面是指水滴在与固体表面接触时,接触角大于150°并且滚动角小于10°的表面。因超疏水表面独特的性能,其在自清洁、抗冰、抗菌、防腐等领域有着广泛的应用前景,特别是在抗菌领域,由于超疏水涂层的憎水性,可以减少细菌蛋白在表面的粘附,有助于超疏水涂层的抗菌性能。
专利CN 114226211A公开了一种可水洗抗菌超疏水涂层及其制备方法,虽然其制得的超疏水涂层抗菌性良好,但是其制备方法不利于大规模生产。专利CN 111501415A公开了一种包装纸抗菌超疏水涂层及其制备方法,其制备方法复杂成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌超疏水复合涂层及其制备方法,所制备的涂层具有优异的超疏水性和抗菌性,并且具备良好的耐磨性,且其操作简单,易于实现大规模生产应用。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种抗菌超疏水复合涂层,其是采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和环氧树脂E-51作为基质材料,加入疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体而构成;其制备方法包括以下步骤:
(1)将适量二水乙酸锌和硝酸银溶于去离子水中,并向其中缓慢滴加2.3M氢氧化钠水溶液,经搅拌得到白色悬浊液;
(2)将所得白色悬浊液过滤,用1vol%稀氨水溶液和无水乙醇清洗后,置于80℃下干燥,再于500℃煅烧2h,得到Ag-ZnO粉体;
(3)在无水乙醇中加入硅烷改性剂、0.01M草酸水溶液和Ag-ZnO粉体,搅拌2h后再加入一定量的浓氨水,搅拌10h后于80℃下烘干,得到疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体;
(4)取一定量由环氧树脂E-51和PDMS组成的混合胶,将其溶于乙酸乙酯中,并加入一定量疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体,搅拌1h后加入一定量溶有环氧树脂固化剂T-31和PDMS固化剂的乙醇溶液,搅拌好后进行喷涂,再于80℃下固化,即得到所述抗菌超疏水复合涂层。
进一步地,步骤(1)中硝酸银和二水乙酸锌的用量按其中银和锌的摩尔比为0-10%进行计算。
进一步地,步骤(3)中所用无水乙醇、硅烷改性剂、草酸水溶液、Ag-ZnO粉体及浓氨水的质量比为160:4:4:20:1;所述硅烷改性剂选用甲基三乙氧基硅烷(MTES)。
进一步地,步骤(4)所述混合胶中环氧树脂E-51与PDMS的质量比为1:2;所用混合胶与(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体的质量比为0.6:1;所用环氧树脂固化剂T-31与环氧树脂的质量比为1:2,所用PDMS固化剂与PDMS的质量比为1:10。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明抗菌超疏水复合涂层的制备过程简单,易于实施,对设备的要求低,制备成本低。
(2)本发明抗菌超疏水复合涂层的制备过程中,在Ag-ZnO粉体疏水改性的同时还原位生成了(NH4)2C2O4,(NH4)2C2O4具有抑菌的效果,进一步改善了超疏水涂层的抗菌性。
(3)本发明获得的抗菌超疏水复合涂层的抗菌效果可达99%,涂层表面的水接触角为150°~155°,滚动角为4°~6°,在2000Pa的压强下沿直线在320目的SiC砂纸上摩擦500cm后的接触角仍然大于150°。
附图说明
图1为实施例1制备的AZ10和疏水(NH4)2C2O4/AZ10复合粉体的红外光谱图。从图1可以看出,其在2980 cm-1有对应于-CH3反对称伸缩振动的吸收峰,1274 cm-1处有-C-H的吸收振动形成的吸收峰,证明甲基基团被成功接枝到了ZnO颗粒表面。同时,1393 cm-1处为NH4 +的吸收峰,3340cm-1处为N-H的吸收峰,证明了疏水改性后AZ10成功在原位生成(NH4)2C2O4。
图2为实施例1(a)和实施例2(b)所制备的抗菌超疏水复合涂层表面水滴的效果图。
图3为实施例1所制备抗菌超疏水复合涂层放大100倍(a)和5000倍(b)的扫描电镜图。从图中可以看出涂层表面具有微米-纳米粗糙结构,且其是由针状的(NH4)2C2O4构成的,并且粉体与混合胶较好地粘结在一起,在基材表面上形成较致密的涂层。
图4为实施例1和实施例2所制备的抗菌超疏水复合涂层的接触角随摩擦距离的变化图。从图中可以看出,实施例1的涂层经过23次循环,即摩擦距离为460cm时失去超疏水性,实施例2经过25次循环,即摩擦距离为500cm时失去超疏水性。
具体实施方式
一种抗菌超疏水复合涂层,其制备方法包括以下步骤:
(1)按银和锌的摩尔比为0-10%将适量硝酸银和二水乙酸锌溶于去离子水中,并向其中缓慢滴加2.3M氢氧化钠水溶液,滴加完成后继续搅拌1h,得到白色悬浊液;
(2)将所得白色悬浊液过滤,用1vol%稀氨水溶液和无水乙醇清洗,置于80℃下干燥,再于500℃煅烧2h,得到Ag-ZnO粉体;
(3)按质量比160:4:4:20:1在无水乙醇中加入MTES、0.01M草酸水溶液、Ag-ZnO粉体及浓氨水,搅拌10h后于80℃下烘干,得到疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体;
(4)将由环氧树脂E-51和PDMS按质量比1:2组成的混合胶溶于乙酸乙酯中,并按质量比0.6:1在其中加入疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体,搅拌1h后加入溶有E-51质量50%环氧树脂固化剂T-31和PDMS质量10% PDMS固化剂的乙醇溶液,搅拌好后进行喷涂,再于80℃下固化,即得到所述抗菌超疏水复合涂层。
摩擦实验的具体过程为将喷涂有涂层的玻璃片置于320目的SiC砂纸上,使其涂层面朝下与砂纸接触,再将200g的砝码置于玻璃片上,然后用镊子将玻璃片向前直线推进10cm后,将推动方向顺时针旋转90°,再向前直线推进10cm,记为一个磨损循环,每个循环的磨损距离为20cm。
为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。
实施例1
1)将10g二水乙酸锌、0.77g硝酸银(Zn/Ag摩尔比10:1)溶于250mL去离子水,滴加30mL 2.3M氢氧化钠水溶液,滴加完后搅拌1h,然后过滤并用1%稀氨水溶液和无水乙醇清洗,再置于80℃烘干后,在500℃下煅烧2h,制得Ag-ZnO粉体,命名为AZ10。
2)将0.2g甲基三乙氧基硅烷、0.2g 0.01M草酸水溶液加入到10g无水乙醇中,搅拌均匀再加入1g AZ10,搅拌2h后,继续加入0.05g浓氨水,搅拌10h后把产物置于80℃烘干,即可得到疏水的(NH4)2C2O4/AZ10复合粉体。
3)将0.06g环氧树脂和0.12g PDMS溶于1mL乙酸乙酯中,再加入0.3g (NH4)2C2O4/AZ10复合粉体,搅拌1h后加入含有0.03g环氧树脂固化剂T-31和0.01g PDMS固化剂的乙醇溶液,搅拌好后喷涂到玻璃片上,80℃下烘干,即可得到抗菌超疏水复合涂层。
该实施例制备出来的涂层的平均水接触角为152°,滚动角为4.9°。通过砂纸磨损实验测得该涂层的耐磨损距离为460cm。按照涂料抗菌性能测试标准进行测试,本实施例制备的超疏水涂层的抗菌率达到99%。
实施例2
1)将10g二水乙酸锌、0.385g硝酸银(Zn/Ag摩尔比为20:1)溶于250mL去离子水,滴加30mL 2.3M氢氧化钠水溶液,滴加完后搅拌1h,然后过滤并用1%稀氨水溶液和无水乙醇清洗,再置于80℃烘干后,在500℃下煅烧2h,制得Ag-ZnO粉体,命名为AZ5。
2)按实施例1步骤2)、3)制备抗菌超疏水复合涂层。
该实施例制备出来的涂层的平均水接触角为152.2°,滚动角为4.7°。通过砂纸磨损实验测得该涂层的耐磨损距离为500cm。按照涂料抗菌性能测试标准进行测试,本实施例制备的超疏水涂层的抗菌率为90%。
对比例
1)将10g二水乙酸锌、0.77g硝酸银(Zn/Ag摩尔比10:1)溶于250mL去离子水,滴加30mL 2.3M氢氧化钠水溶液,滴加完后搅拌1h,然后过滤并用1%稀氨水溶液和无水乙醇清洗,再置于80℃烘干后,在500℃下煅烧2h,制得Ag-ZnO粉体,命名为AZ10。
2)将0.2g甲基三乙氧基硅烷、0.2g 0.01M草酸水溶液加入到10g无水乙醇中,搅拌均匀再加入1g AZ10,搅拌2h后,继续加入0.05g浓氨水,搅拌10h后把产物用100mL去离子水清洗过滤,然后置于80℃烘干,得到无(NH4)2C2O4的疏水AZ10复合粉体。
3)将0.06g环氧树脂和0.12g PDMS溶于1mL乙酸乙酯中,再加入0.3g AZ10复合粉体,搅拌1h后加入含有0.03g环氧树脂固化剂T-31和0.01g PDMS固化剂的乙醇溶液,搅拌好后喷涂到玻璃片上,80℃下烘干,即可得到抗菌超疏水复合涂层。
按照涂料抗菌性能测试标准进行测试,相对于实施例1,该对比例制备的超疏水涂层的抗菌率为97%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种抗菌超疏水复合涂层的制备方法,其特征在于:采用PDMS和环氧树脂E-51作为基质材料,加入疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体,构成所述抗菌超疏水复合涂层;其包括以下步骤:
(1)将适量二水乙酸锌和硝酸银溶于去离子水中,并向其中缓慢滴加2.3M氢氧化钠水溶液,经搅拌得到白色悬浊液;
(2)将所得白色悬浊液过滤,用1vol%稀氨水溶液和无水乙醇清洗后,经烘干、煅烧,得到Ag-ZnO粉体;
(3)在无水乙醇中加入硅烷改性剂、0.01M草酸水溶液和Ag-ZnO粉体,搅拌2h后再加入一定量的浓氨水,搅拌10h后烘干,得到疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体;
(4)取一定量由环氧树脂E-51和PDMS组成的混合胶于乙酸乙酯中溶解,并加入疏水的(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体搅拌,再加入一定量溶有环氧树脂固化剂T-31和PDMS固化剂的乙醇溶液,搅拌好后进行喷涂,再于80℃下固化,即得到所述抗菌超疏水复合涂层。
2.根据权利要求1所述的抗菌超疏水复合涂层的制备方法,其特征在于:步骤(1)中硝酸银和二水乙酸锌的用量按其中银和锌的摩尔比为1:10-1:20进行计算。
3. 根据权利要求1所述的抗菌超疏水复合涂层的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述煅烧的温度为500 ℃,时间为2h。
4.根据权利要求1所述的抗菌超疏水复合涂层的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所用无水乙醇、硅烷改性剂、草酸水溶液、Ag-ZnO粉体及浓氨水的质量比为160:4:4:20:1;所述硅烷改性剂选用甲基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的抗菌超疏水复合涂层的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述混合胶中环氧树脂E-51与PDMS的质量比为1:2;所用混合胶与(NH4)2C2O4/Ag-ZnO复合粉体的质量比为0.6:1;所用环氧树脂固化剂T-31与环氧树脂的质量比为1:2,所用PDMS固化剂与PDMS的质量比为1:10。
6.一种如权利要求1~5任一方法制备的抗菌超疏水复合涂层。
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ZnO/Ag纳米复合材料的硬脂酸改性;赵倩;李镇江;桑朋涛;;青岛科技大学学报(自然科学版)(第04期);352-356 * |
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