TWI761833B - 抗菌塗料、抗菌塗料製造方法、及抗菌塗層 - Google Patents

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Abstract

一種抗菌塗料包括：一塗料主體，包括至少一水性樹脂、多個塗料助劑、以及餘量為水；二氧化矽(SiO2)粉末，混合於該塗料主體內，並包括多個二氧化矽粒子；以及一奈米抗菌溶液，也混合於該塗料主體內，並包括多個奈米抗菌粒子，其中當上述的水被揮發，且該抗菌塗料硬化成一抗菌塗層時，該些二氧化矽粒子會使該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置。

Description

抗菌塗料、抗菌塗料製造方法、及抗菌塗層
本發明是有關於一種抗菌塗料、抗菌塗料製造方法、及抗菌塗層，且特別是有關於一種抗菌塗層，多個二氧化矽粒子會使多個奈米抗菌粒子聚集至靠近抗菌塗層之表面的位置。
隨著社會發展，人們之健康及環保意識不斷增強。例如於表面塗裝領域，僅美觀與保護產品之塗層已越來越無法滿足要求，人們還希望其同時能具有健康之效能。
抗菌塗料就是其中一個例子。奈米抗菌粒子因其小尺寸效應及表面效應而具有獨特之物理化學性能，如將奈米抗菌粒子添加到塗料中，所獲之塗料則具有抗菌效果。習知的抗菌塗料可分為兩種，一種是採用奈米二氧化鈦或奈米氧化鋅作為奈米抗菌粒子之光催化抗菌塗料，光催化奈米抗菌塗料於紫外光、氧、水等條件下具有良好之抗菌性能。另一種則是採用奈米金屬銀作為奈米抗菌粒子之抗菌塗料，奈米金屬銀抗菌作用受外界之影響小，因此其適用範圍較廣。
請參考圖1，塗佈步驟後之抗菌塗料20中的奈米抗菌粒子21的殺菌原理，主要是該奈米抗菌粒子21與空氣中之細菌3接觸，破壞該細菌3的細胞膜31，使得該細菌3的組織液外流，蛋白質產生凝固現象而讓細菌3失去活性，最終迫使該細菌3的DNA合成受阻，且喪失***繁殖的能力而死亡，確實可達成抗菌的效果。
然而，不論是採用奈米二氧化鈦或奈米氧化鋅作為奈米抗菌粒子21，或是採用奈米金屬銀作為奈米抗菌粒子21，由於在塗佈 步驟前，該些奈米抗菌粒子21是以摻雜攪拌方式加入該抗菌塗料20，因此多數的奈米抗菌粒子21都是分散於該抗菌塗料20之中心內部，只有少數的奈米抗菌粒子21是靠近該塗料20之表面。如此一來，位於該抗菌塗料20中心內部的多數奈米抗菌粒子21不易殺菌，將形成浪費；而由靠近該塗料20之表面的奈米抗菌粒子21只有少數，將使習知抗菌塗料20的抗菌效果受限。
因此，便有需要一種抗菌塗料、抗菌塗料製造方法、及抗菌塗層，能克服上述問題。
本發明之一目的是提供一種抗菌塗層，多個二氧化矽粒子會使多個奈米抗菌粒子聚集至靠近抗菌塗層之表面的位置。
依據上述之目的，本發明提供一種抗菌塗料，包括：一塗料主體，包括至少一水性樹脂、多個塗料助劑、以及餘量為水；二氧化矽(SiO2)粉末，混合於該塗料主體內，並包括多個二氧化矽粒子；以及一奈米抗菌溶液，也混合於該塗料主體內，並包括多個奈米抗菌粒子，其中當上述的水被揮發，且該抗菌塗料硬化成一抗菌塗層時，該些二氧化矽粒子會使該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，其中該抗菌塗層包括一表面層及一中間層，該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例大於該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例。
本發明更提供一種抗菌塗料製造方法，包括下列步驟：提供一塗料主體，其包括至少一水性樹脂、多個塗料助劑及餘量為水；將二氧化矽(SiO2)粉末混合於該塗料主體內，其中該二氧化矽粉末包括多個二氧化矽粒子；以及將一奈米抗菌溶液也混合於該塗料主體內，以完成一抗菌塗料，其中該奈米抗菌溶液包括多個奈米抗菌粒子，當上述的水被揮發，且該抗菌塗料硬化成一抗菌塗層時，該些二氧化矽粒子會使該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，其中該抗菌塗層包括一表面層及一中間層，該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例大於該中間層 內之該些奈米抗菌粒子的數量比例。
本發明更提供一種抗菌塗層，包括：一塗料主體，包括至少一水性樹脂及多個塗料助劑；多個二氧化矽粒子，混合於該塗料主體內；以及多個奈米抗菌粒子，位於該塗料主體內，並聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置。
根據本發明之抗菌塗層，該些二氧化矽粒子會使多數該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，不會形成浪費，如此可降低成本；而多數該些奈米抗菌粒子集中於該抗菌塗層之表面層附近，使該抗菌塗層的抗菌效果不會受限，可達成最佳的抗菌效果。
1:抗菌塗料
1’:抗菌塗層
10:塗料主體
101:表面
11:奈米抗菌粒子
12:基材
13:二氧化矽粒子
14’:表面層
15’:中間層
20:抗菌塗料
21:奈米抗菌粒子
3:細菌
31:細胞膜
S100~S300:步驟
圖1為習知抗菌塗料之剖面示意圖。
圖2為本發明之一實施例之抗菌塗料製造方法之流程圖。
圖3為本發明之一實施例之抗菌塗層之剖面示意圖。
圖4為本發明之一實施例之抗菌塗層之剖面示意圖，其顯示多數奈米抗菌粒子與空氣中之細菌接觸。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
請參考圖2，其顯示本發明之一實施例之抗菌塗料製造方法之流程圖。該抗菌塗料製造方法包括下列步驟：
在步驟S100中，提供一塗料主體，其包括至少一水性樹脂(只要能以水稀釋之塗料均定義為水性塗料)、多個塗料助劑及餘量為水。在本實施例中，將該水性樹脂、該些塗料助劑及餘量為水混合成該塗料主體。依該塗料主體之顏色需求，該水性塗料可更包括色漿。該水性樹脂可選自：壓克力樹脂、聚氨脂分散體樹脂、水性聚氨酯(PUD)樹脂及水性聚氨酯丙烯酸酯樹脂之其中 至少一種。該些塗料助劑選自：水性消泡劑、水性流平劑、水性濕潤分散劑、水性增稠劑、密著劑、除針孔助劑、中和劑、消光粉、光引發劑及防沉劑之其中多種。
舉例，第一種塗料主體的配方：含量為65%之UV固化型樹脂(例如水性聚氨酯丙烯酸酯樹脂)、含量為0.5%之水性消泡劑(例如有機矽烯酸酯樹脂)、含量為0.5%之水性流平劑(例如聚醚-矽氧烷共聚物、含量為3~5%之光引發劑(例如三甲基苯甲酰基、二苯基氧化瞵)及餘量為水。
舉例，第二種塗料主體的配方：第一水性樹脂(例如壓克力樹脂)50KG、第二水性樹脂(例如聚氨脂分散體樹脂)50KG、第一消泡劑(例如聚醚-矽氧烷共聚物乳液)0.4KG、密著劑2KG、第二消泡劑(例如二甲苯聚矽氧烷乳液)1.2KG、逆滲透(RO)水4KG、除針孔助劑0.5KG、黑色色漿11KG。
舉例，第三種塗料主體的配方：第一水性樹脂(例如壓克力樹脂)41KG、第二水性樹脂(例如聚氨脂分散體樹脂)41KG、逆滲透(RO)水10KG、消泡劑(例如聚醚-矽氧烷共聚物乳液)0.2KG、銀色色漿3.4KG、防沉劑2.6KG、密著劑2KG。
在步驟S200中，將二氧化矽(SiO2)粉末混合於該塗料主體內，其中該二氧化矽粉末包括多個二氧化矽粒子13。舉例，以轉速2000rpm，持續20分鐘攪拌，將該二氧化矽粉末攪拌混合於該塗料主體內。該些二氧化矽粒子13的粒徑可介於1~10微米。
在步驟S300中，將一奈米抗菌溶液也混合於該塗料主體內，以完成一抗菌塗料，其中該奈米抗菌溶液包括多個奈米抗菌粒子11。舉例，以其總重為100wt%計算，該抗菌塗料包括：1~2wt%的該二氧化矽(SiO2)粉末、4~6wt%的該奈米抗菌溶液、以及餘量為該塗料主體。
該些奈米抗菌粒子11採用奈米金屬或奈米金屬氧化物。該奈米金屬可為奈米金屬銀，且該奈米金屬氧化物可為奈米二氧化鈦或奈米氧化鋅。在本實施例中，本發明同時選用奈米金屬銀及 奈米二氧化鈦，可使抗菌效果較佳。若奈米抗菌溶液以水稀釋，則可定義為水性奈米抗菌溶液。舉例，多個奈米抗菌粒子11可來自含量為0.05~2%之奈米金屬銀及餘量水作為溶劑，較佳地奈米金屬銀含量優選為0.5~1.5%。該些奈米抗菌粒子11的粒徑小於10奈米，較佳地約介於3~5奈米。關於奈米抗菌粒子11的濃度，可選用10000~12000ppm之含奈米抗菌粒子11的奈米抗菌溶液，以使抗菌效果較佳。
請參考圖3，當上述的水被揮發，且該抗菌塗料1硬化成一抗菌塗層1’時，該些二氧化矽粒子13會使該些奈米抗菌粒子11聚集至靠近該抗菌塗層1’之表面101的位置，其中該抗菌塗層1’包括一表面層14’及一中間層15’，該表面層14’內之該些奈米抗菌粒子11的數量比例大於該中間層15’內之該些奈米抗菌粒子11的數量比例。換言之，此時的抗菌塗層1’包括：一塗料主體10，包括至少一水性樹脂及多個塗料助劑；多個二氧化矽粒子13，混合於該塗料主體10內；以及多個奈米抗菌粒子11，位於該塗料主體10內，並聚集至靠近該抗菌塗層1’之表面101的位置。該表面層14’內之該些奈米抗菌粒子11的數量比例為60~90%，該中間層15’內之該些奈米抗菌粒子11的數量比例為10~40%。較佳地，該表面層14’內之該些奈米抗菌粒子11的數量比例為80~90%，抗菌效果更佳。
該抗菌塗料1可被塗佈在一基材12上而硬化成該抗菌塗層1’，其中該中間層15’位於該表面層14’與該基材12之間。該塗佈方式採用刮棒塗布(bar coating)、斜板式塗佈(slide coating)、簾流式塗佈(curtain coating)及噴霧式塗佈(spray coating)之中至少一種，而該基材12可為有機底材(如木材或塑膠等)或無機材料(如金屬或玻璃等)。
請參考圖4，本發明之多數奈米抗菌粒子11與空氣中之細菌3接觸，破壞該細菌3的細胞膜31，使得該細菌3的組織液外流，蛋白質產生凝固現象而讓細菌3失去活性，最終迫使該細菌3的DNA合成受阻，且喪失***繁殖的能力而死亡，確實可達成抗菌的效 果。再者，若本發明之奈米抗菌溶液之奈米抗菌粒子11具有抗病毒的效果，則乾燥後之奈米抗菌粒子亦具有抗病毒的效果。
根據本發明之抗菌塗層，該些二氧化矽粒子會使多數該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，不會形成浪費，如此可降低成本；而多數該些奈米抗菌粒子集中於該抗菌塗層之表面層附近，使該抗菌塗層的抗菌效果不會受限，可達成最佳的抗菌效果(舉例，15g/m2抗菌效果>99%，請參照JIS Z2801進行抗菌測試，菌種：大腸桿菌)。
另外，發明人進一步實驗如下：
在第一實驗中，將本發明之圖3所示的抗菌塗層刮除其表面層，然後將沒有表面層的抗菌塗層進行抗菌測試。然而，這樣的抗菌塗層的抗菌效果並不佳(舉例，15g/m2抗菌效果<99%，請參照JIS Z2801進行抗菌測試，菌種：大腸桿菌)。因此，可證明本發明之大多數該些奈米抗菌粒子集中於該抗菌塗層之表面層附近，一旦該表面層被刮除後，則該抗菌塗層的抗菌效果當然不佳。
在第二實驗中，在本發明之步驟S200中，沒有將二氧化矽粉末混合於該塗料主體內，然後將奈米抗菌溶液混合於該塗料主體內，而完成另一種抗菌塗料；該抗菌塗料被塗佈在另一基材上而硬化成另一種抗菌塗層。然而，這樣的抗菌塗層的抗菌效果也不佳(舉例，15g/m2抗菌效果<99%，請參照JIS Z2801進行抗菌測試，菌種：大腸桿菌)。由於沒有將二氧化矽粉末混合於該塗料主體內，因此沒有二氧化矽粒子可使多數該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，該抗菌塗層的抗菌效果當然不佳。據此，可證明二氧化矽粒子可使多數該些奈米抗菌粒子位於該抗菌塗層之表面層附近。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵 蓋。
1:抗菌塗料
1’:抗菌塗層
10:塗料主體
101:表面
11:奈米抗菌粒子
12:基材
13:二氧化矽粒子
14’:表面層
15’:中間層
3:細菌
31:細胞膜

Claims (10)

  1. 一種抗菌塗料，包括：一塗料主體，包括至少一水性樹脂、多個塗料助劑、以及餘量為水；二氧化矽(SiO2)粉末，混合於該塗料主體內，並包括多個二氧化矽粒子，其中該些二氧化矽粒子的粒徑介於1~10微米；以及一奈米抗菌溶液，也混合於該塗料主體內，並包括多個奈米抗菌粒子，其中當上述的水被揮發，且該抗菌塗料硬化成一抗菌塗層時，該些二氧化矽粒子會使該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，其中該抗菌塗層包括一表面層及一中間層，該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例大於該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之抗菌塗料，其中，以其總重為100wt%計算，該抗菌塗料包括：1~2wt%的該二氧化矽粉末、4~6wt%的該奈米抗菌溶液、以及餘量為該塗料主體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之抗菌塗料，其中該奈米抗菌溶液之該些奈米抗菌粒子的濃度為10000~12000ppm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之抗菌塗料，其中該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例為60~90%，該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例為10~40%，且該些奈米抗菌粒子採用奈米金屬或奈米金屬氧化物。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之抗菌塗料，其中該奈米金屬為奈米金屬銀，且該奈米金屬氧化物為奈米二氧化鈦或奈米氧化鋅。
  6. 一種抗菌塗料製造方法，包括下列步驟：提供一塗料主體，其包括至少一水性樹脂、多個塗料助劑及餘量為水；將二氧化矽(SiO2)粉末混合於該塗料主體內，其中該二氧化 矽粉末包括多個二氧化矽粒子，其中該些二氧化矽粒子的粒徑介於1~10微米；以及將一奈米抗菌溶液也混合於該塗料主體內，以完成一抗菌塗料，其中該奈米抗菌溶液包括多個奈米抗菌粒子，當上述的水被揮發，且該抗菌塗料硬化成一抗菌塗層時，該些二氧化矽粒子會使該些奈米抗菌粒子聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，其中該抗菌塗層包括一表面層及一中間層，該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例大於該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之抗菌塗料製造方法，其中以轉速2000rpm，持續20分鐘攪拌，將該二氧化矽粉末攪拌混合於該塗料主體內。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之抗菌塗料製造方法，其中，以其總重為100wt%計算，該抗菌塗料包括：1~2wt%的該二氧化矽粉末、4~6wt%的該奈米抗菌溶液、以及餘量為該塗料主體；該奈米抗菌溶液之該些奈米抗菌粒子的濃度為10000~12000ppm。
  9. 一種抗菌塗層，包括：一塗料主體，包括至少一水性樹脂及多個塗料助劑；多個二氧化矽粒子，混合於該塗料主體內；以及多個奈米抗菌粒子，位於該塗料主體內，並聚集至靠近該抗菌塗層之表面的位置，其中該抗菌塗層包括一表面層及一中間層，該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例大於該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之抗菌塗層，其中該表面層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例為60~90%，該中間層內之該些奈米抗菌粒子的數量比例為10~40%，且該些奈米抗菌粒子採用奈米金屬或奈米金屬氧化物；該奈米金屬為奈米金屬銀，且該奈米金屬氧化物為奈米二氧化鈦或奈米氧化鋅。
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