纳米水性丙烯酸抗菌涂料的制备与性能研究

data-full-width-responsive="true"> 保持环境清洁无污染，是防止细菌、病毒等大量繁殖，阻止其对人类感染实际可行的途径，使用抗菌材料是实现环境清洁、无污染最为简单有效的方法．传统的墙面涂料防霉、抗菌效果较差，从环保和健康角度考虑，研制和推广使用抗菌乳胶涂料显得越来越重要．普通的杀菌涂料大多采用在涂料中添加有机杀菌剂的方法，一般杀菌剂有毒性、不安全、易溶出、耐久性差，加上不能承受数千次的反复洗刷与消毒，难以达到应用要求．纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的特性．将其应用于涂料中，纳米粒子特殊的磁、光、电性能及其在高温下仍具有高强、高韧、耐磨、优良稳定性的性能，可为开发符合环保要求的高性能涂料提供新的机遇．纳米TiO2 光催化活性好，化学性能和光电化学性能均十分稳定，耐强酸强碱，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热反应在光照射的TiO2 微粒表面得以实现和加速，且TiO2 自身无毒、无味、无刺激性、热稳定性与耐热性好、不燃烧、为白色，因而TiO2 是很好的半导体光催化杀灭微生物细菌的催化剂．加之纳米TiO2 光催化复合涂料应用技术工艺简单，成本低廉，利用光即可催化分解细菌和污染物，是最具有开发前景的绿色环保涂料之一．本实验利用抗菌纳米TiO2，添加于涂料中研制成抗菌涂料，取得了显著的杀菌效果．1 实验仪器和试剂营养琼脂培养基；大肠杆菌；金黄色葡萄球菌；丙烯酸酯乳液（自制）；钛白粉；纳米二氧化钛浆料（15%）；抗菌纳米二氧化钛（自制）；低聚丙烯酸钠溶液（40%）；重质碳酸钙；超细滑石粉；成膜助剂；分散剂；增稠剂；消泡剂；蒸馏水．高速分散机、砂磨机、超声波分散仪、分析天平、干燥箱、调温调湿箱等均为常规设备；FLF-36型紫外灯；DH3600 型电热恒温培养箱（天津市泰斯特仪器有限公司）．2 实验和测试部分将定量的纳米材料加到一定浓度的分散助剂中，用超声波分散仪预分散．将水、预处理好的各种助剂、分散好的纳米材料放到高速分散机中分散，加入各种颜料、填料，经高速分散均匀后，进入砂磨机，磨到合适的细度后，进入分散机，加入丙烯酸乳液，低速分散混合均匀即可．涂料的主要原料及配方见表1．21 纳米涂料性能测试用国家标准GB/T9755-2001，对涂料性能进行检测．22 纳米涂料遮盖力的测定采用GB/T1726-79（89）《涂料遮盖力的测定》规定的单位面积质量法测定涂料遮盖力．采用黑白格测定板，黑白格测定板是根据GB/T1726-88 标准制作的，主要用于涂料遮盖力的测定．用漆刷将涂料均匀、快速的涂刷其上，至看不见黑白格为止，将所用涂料称重，此法操作简单，黑白格板制作也较方便，对测试产品没有任何限制，使用范围广．主要技术参数：黑白格参数：25mm25mm 各20 格外形尺寸：250mm100mm23 纳米涂料抗菌性能测试抗菌性是衡量抗菌涂料的重要标志．根据国家标准GB15979-1995 的实验方法．①评价杀菌效果所使用的微生物的选择：考虑到评价方法的再现性以及杀菌涂料所使用的环境，选用空气中存在比较多的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌．②所有待测菌种均接种于肉汤培养基，细菌培养1824h，用无菌生理盐水将菌液稀释至一定浓度备用．③将涂有待测涂料的玻片置紫外灯下照射30min．④取02mL 上述菌液分别均匀铺满各种涂料玻片的表面，置饱和湿度37 ℃孵箱内，使其充分与涂料相互作用1h．并设普通涂料对照及菌液对照．⑤用2mL 无菌生理盐水洗涤玻片，以洗液02mL 接种营养琼脂培养基，37 ℃培养1824h．分别计数菌落数，按下式计算抑菌率．3 结果与讨论31 乳液的选择丙烯酸酯乳液是乳胶漆的主要成膜物，是影响耐候性、耐沾污性、附着力等的主要因素．乳液以水为分散介质，挥发性有机化合物含量低、无毒、安全、无火灾危险；其分子量较高，成膜后有较高的膜强度；体系的粘度较低，使乳胶涂料的加工制备提高了效率；乳液是一个水分散体系具有特殊的成膜机理，其成膜过程是随着水分的蒸发经过颗粒受压变形而融合的过程，具有一定的透气性．32 纳米水性丙烯酸涂料性能指标适用国家标准GB/T9755-2001，对涂料性能进行了检测，结果见表2．如表2 所示，检测结果完全符合国家标准．33 涂料遮盖力的分析遮盖力是指色漆遮盖底材颜色或色差的能力．遮盖力是涂料施工性能的重要指标之一．遮盖力好的涂料只需施涂一道漆或二道漆就可遮住底材，涂料用量少，可大大节省施工成本，所以遮盖力是涂料产品必不可少的一个性能指标．遮盖准则是是否遮盖底材的判断基矗涂料的功能之一是遮盖其施涂的表面．当颜料粒子散射和/或吸收光线并阻挡它达到底材时，漆膜是不透明的．浅色涂料的不透明度主要是靠散射光线，而深色涂料随彩色颜料浓度增加而愈取决于吸收，这就是涂料的遮盖原理．涂料遮盖力的测定结果见表3．表3 的结果表明，加入纳米材料后，涂料遮盖力有明显的提高．这是因为所用的纳米颜料光散射性好，粒度小且分布均匀，提高了遮盖力．34 涂料的抗菌性能讨论341 纳米复合抗菌剂的微观结构纳米材料的性能与它的微观结构密切相关．根据文献报道 一定比例的锐钛矿型与金红石型混晶纳米TiO2 具有较高催化活性，拥有较好抗菌性能．不同晶型纳米TiO2 的光催化活性有所不同．锐钛矿型纳米TiO2 的带隙能（32eV）略大于金红石型纳米TiO2 的带隙能（30eV），单从这个方面考虑，其光催化活性应略低于金红石型纳米TiO2 的光催化活性，但是，由于纳米TiO2 的光催化活性在一定程度上受粒子表面吸附氧气能力的影响，金红石型TiO2 对氧气的吸附能力相对较差，比表面积较小，导致光生电子和空穴容易复合，光催化活性受到影响，使得其光催化活性低于锐钛矿型．因此，为综合利用纳米TiO2 两种晶型的光催化效果，本实验采用锐钛矿型与金红石型比例为2:1 的混晶纳米TiO2 作为抗菌剂，添加涂料中，研制成纳米TiO2 抗菌涂料，达到令人满意的抗菌效果．342 涂料抗菌性能测试抗菌性是衡量抗菌涂料的重要标志．通过布菌接触实验样品一定时间后（一般24h）分别对测试样品和空白对照样的细菌进行活菌检测，从而获得抑菌率．涂料的抗菌性能如表4 所示．如表4 所示待测涂料具有较好的杀菌效果．纳米抗菌水性涂料对常见的细菌有一定的抗菌作用，其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑菌率分别为8218%、7824%．从实验结果可以看出，对不同细菌的抑菌率因菌种不同而异．343 抗菌机理分析本实验室制备的纳米TiO2 抗菌涂料具有优良的抗菌性能．这是由于纳米TiO2 在光催化作用下使细菌分解而达到抗菌效果的TiO2．由于纳米TiO2 的电子结构特点为一个满的价带和一个空的导带，在水和空气的体系中，纳米TiO2 在阳光尤其是在紫外线的照射下，当电子能量达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子、空穴对，在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置，发生一系列反应．由抗菌机理可知，纳米TiO2 材料在紫外光照射时才有较明显的杀菌效果，但在无紫外光源照射下，抗菌效果不明显．4 结论（1）加入纳米TiO2 后，纳米材料的光散射性好，粒度小且分布均匀，涂料遮盖力有明显的提高，遮盖力增长率约为2732%．改善了涂料的施工性能．（2）添加复合纳米TiO2 的水性建筑涂料具有杀菌功能．含纳米TiO2 的涂料在紫外光照射30min后，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌杀菌效果均较好，抑菌率分别为8218%、7824%．但在无紫外光照射下，无明显的杀菌效果．