納米抗菌粉末塗料及其微懸浮一步製造法的製作方法
2023-06-08 23:54:06
專利名稱：納米抗菌粉末塗料及其微懸浮一步製造法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米粉體複合材料製造領域，特別涉及納米抗菌粉末塗料及其微懸浮一步製造法。
背景技術：
近年來，隨著抗生素、化學藥物的大量使用及環境汙染的加重，細菌和病毒正給人類造成越來越嚴重的危害。從1996年日本大面積爆發的0-157大腸桿菌感染事件到今天的「非典型性肺炎」和「禽流感」，無不向我們證實抵抗細菌和病毒的危害的迫切性和嚴峻性。要有效防止細菌滋長，使用抗菌材料是最為簡單和有效的方法，因此，與人們生活密切相關的塗料採用抗菌塗料對保護人類健康，減少疾病，具有十分重要的意義。粉末塗料被廣泛用於家居、建材、家庭用品和交通器材等領域，隨著人們生活水平的提高，以及對健康的日益關注，對抗菌塗料的需求也越來越強烈。
製造抗菌塗料必然用到抗菌劑，抗菌劑主要分天然、有機和無機三大類。天然抗菌劑使用壽命短，耐熱性差(150℃～180℃炭化分解)。有機抗菌劑易產生微生物耐(抗)藥性，並存在易遷移、耐熱性差等缺點，在粉末塗料加工溫度下易分解失效，且分解產物可能造成二次汙染。無機氧化物納米粒子抗菌劑既可利用金屬離子的抗菌能力，也可利用納米粒子的抗菌性，它不產生耐藥性且安全無毒，特別是其突出的耐熱性(＞600℃)，在多種抗菌製品的應用中有著明顯的優勢。
製備納米抗菌粉末塗料的傳統工藝包括樹脂合成、物料混合、加熱熔融、冷卻造粒、機械粉碎、過篩分級六大工藝步驟，但由於納米粒子粒徑小，比表面積和表面能極大，很容易團聚，即使通過化學方法得到的初級粒子尺寸達到納米級，但這些初級粒子在加工粉末塗料過程中仍很會發生團聚，成為幾百納米甚至更大尺寸的團聚粒，所以單純的無機納米粒子不易分散於有機聚合物中，並且有機聚合物與無機粒子之間常有嚴重的相分離現象。這嚴重阻礙了納米粒子性能的發揮，因此提高納米粒子在粉末塗料聚合物中的分散顯得尤為重要。另外，通過熔融擠出粉碎法製備的粉末塗料粒子形態不規則，含有三角形、四方狀或球狀等多種，這會影響粉末塗料在使用中的流平性。
粉末塗料屬於環保型塗料之一，廣泛地用於油田及天然氣管道內防腐、汽車製造、冰箱、洗衣機、五金家電等製造領域，納米抗菌粉末塗料製備一般是加入抗菌劑(如無機納米二氧化鈦、氧化鋅粒子)，傳統的粉末塗料的製造方法屬於物理機械粉碎方法，其主要缺點是流程長、設備投資大、浪費工時、浪費能源以及嚴重的粉塵汙染等弊端，並且納米抗菌劑粒子不易分散，影響其功能的發揮，進一步影響產品的質量，可見，開發新的工藝來製造粉末塗料顯得十分必要。
發明內容
本發明的目的是克服以上傳統粉末塗料製造工藝繁雜和納米粒子易團聚的不足，提供一種納米抗菌粉末塗料及其微懸浮一步製造法。
本發明中納米抗菌粉末塗料由下列重量份的組分製成水150～300混合單體80～150納米抗菌劑粒子10～20顏填料30-50 助劑3～20 表面處理劑1～10其中混合單體為硬單體、軟單體及功能單體的混配物，助劑為懸浮分散劑、引發劑、助分散劑及水相阻聚劑。
其中各組分的具體組成為混合單體中各組分重量配比為硬單體60～90軟單體20～50功能單體2～10其中硬單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯睛、甲基丙烯睛中的一種或一種以上的混合物；軟單體為丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸2-乙基己酯中的一種或一種以上的混合物；功能單體為丙烯酸、依康酸、甲基丙烯酸、丙烯酸β-羥乙酯、丙烯酸β-羥丙酯、甲基丙烯酸β-羥乙酯、甲基丙烯酸β-羥丙酯、N-羥甲基丙烯醯胺、N-甲氧基甲基丙烯醯胺中的一種或一種以上的混合物。
無機納米抗菌劑粒子為納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鈣、納米氧化鋁等粒子的一種或一種以上混合物。
顏填料包括著色顏料和體質顏料，著色顏料為鈦白粉、立德粉、氧化鋅、鐵紅、鐵黃、群青、鉻綠中的一種或一種以上的混合物，體質顏料為碳酸鈣、瓷土、滑石粉、重晶石粉、超細矽酸鋁中的一種或一種以上的混合物，著色顏料和體質顏料為經處理後的親油拒水性顏料。
助劑中的懸浮分散劑為白明膠、骨膠、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇1793、聚乙烯醇1778、聚乙烯醇2088、羧甲基纖維素、聚乙烯吡硌烷酮中的一種或一種以上的混合物，助分散劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、OP-10、OP-40、MS-1中的一種或一種以上的混合物，引發劑為過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己酯、偶氮二異丁晴、偶氮二異庚晴中的一種或一種以上的混合物，水相阻聚劑為氯化鉀、氯化鈉、氯化銅和硫酸鈉中的一種或一種以上的混合物。
表面處理劑為硬脂酸、聚乙烯吡硌烷酮、三氯乙烯基矽烷、三乙氧基矽烷、鈦酸酯類等偶聯劑、烷基酚聚氧乙烯醚系列、烷基醇聚氧乙烯醚系列表面活性劑中的一種或一種以上的混合物。
本發明的製備方法是它由如下工藝步驟組成A、將40％～80％的水，50％～80％的懸浮分散劑，引發劑、助分散劑、混合單體及經表面處理過的無機納米抗菌劑粒子和顏填料，通過超聲波分散，再經高剪切乳化機進行分散，製成予分散液待用；B、將其餘的水、懸浮分散劑和水相阻聚劑，依次按序加入反應釜，開動攪拌令懸浮分散劑溶解，加熱至60～90℃，一次性加入A步驟的予分散液，在70℃～85℃反應1.5～5小時，升溫至80℃～85℃後反應4～6小時，降溫、出料、離心脫水、烘乾即得產品。
本發明所取得的技術進步在於將傳統的粉末塗料的製造方法從6步法改為1步法，與粉末塗料的傳統製造工藝相比，工藝流程短、設備投資少、節約工時和能源，粉塵汙染較輕。同時解決了納米粒子的易團聚及與聚合物的兼容性問題。該納米抗菌粉末塗料在使用中具有較好的流平性。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步描述實施例各組分配比為去離子水250混合單體102無機納米抗菌粒子10
顏填料30助劑5.6表面處理劑1.0上述混合單體所含成分的配料比為硬單體80軟單體30功能單體2。
其中無機納米抗菌粒子選用納米氧化鋅粉，硬單體的組成為甲基丙烯酸甲酯(聚合級)65苯乙烯(聚合級)15軟單體選用丙烯酸丁酯(聚合級)，功能單體選用丙烯酸(聚合級)，助劑中的懸浮分散劑為選用聚乙烯醇1788，助分散劑選用OP-10(聚合級)，引發劑選用偶氮異丁晴，水相阻聚劑選用氯化鉀，助劑的組成為聚乙烯醇1788 2.5OP-10(聚合級)0.1偶氮異丁晴2.5氯化鉀0.5製備方法是A、將150毫升水、3克聚乙烯醇和0.1克OP-10加入帶有攪拌的500毫升的反應器中，加熱、攪拌使聚乙烯醇溶解待用。稱取甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸，加入引發劑，溶解後加入經表面處理過的無機納米抗菌粒子和顏填料，用超聲波分散30分鐘，在高剪切乳化機分散的情況下，加入懸浮劑溶液，分散20分鐘製成予分散液待用；B、將其餘的100毫升水、2克聚乙烯醇、氯化鉀加入聚合釜，開動攪拌令聚乙烯醇溶解、加熱至80℃，一次性加入予分散液，在80℃恆溫下反應2小時；而後再在83℃下反應3小時，降溫、出料、離心脫水、烘乾即得產品。
樣品性能[1]外觀白色粉末；[粒徑]20～50μm；[3]粒子形態規則球型或橢球型。
權利要求
1.納米抗菌粉末塗料，其特徵在於它由下列重量份的組分製成水150～300 混合單體80～150納米抗菌劑粒子10～20顏填料30-50助劑3～20 表面處理劑1～10其中混合單體為硬單體、軟單體及功能單體的混配物，助劑為懸浮分散劑、引發劑、助分散劑及水相阻聚劑。
2.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料，其特徵在於所述的混合單體中各組分重量配比為硬單體60～90軟單體20～50功能單體2～10其中硬單體為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯睛、甲基丙烯睛中的一種或一種以上的混合物；軟單體為丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸2-乙基己酯中的一種或一種以上的混合物；功能單體為丙烯酸、依康酸、甲基丙烯酸、丙烯酸β-羥乙酯、丙烯酸β-羥丙酯、甲基丙烯酸β-羥乙酯、甲基丙烯酸β-羥丙酯、N-羥甲基丙烯醯胺、N-甲氧基甲基丙烯醯胺中的一種或一種以上的混合物。
3.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料，其特徵在於所述的無機納米抗菌劑粒子為納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鈣、納米氧化鋁等粒子的一種或一種以上混合物。
4.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料，其特徵在於所述的顏填料包括著色顏料和體質顏料，著色顏料為鈦白粉、立德粉、氧化鋅、鐵紅、鐵黃、群青、鉻綠中的一種或一種以上的混合物，體質顏料為碳酸鈣、瓷土、滑石粉、重晶石粉、超細矽酸鋁中的一種或一種以上的混合物，著色顏料和體質顏料為經處理後的親油拒水性顏料。
5.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料，其特徵在於所述的助劑中的懸浮分散劑為白明膠、骨膠、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇1793、聚乙烯醇1778、聚乙烯醇2088、羧甲基纖維素、聚乙烯吡硌烷酮中的一種或一種以上的混合物，助分散劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、OP-10、OP-40、MS-1中的一種或一種以上的混合物，引發劑為過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己酯、偶氮二異丁晴、偶氮二異庚晴中的一種或一種以上的混合物，水相阻聚劑為氯化鉀、氯化鈉、氯化銅和硫酸鈉中的一種或一種以上的混合物。
6.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料，其特徵在於表面處理劑為硬脂酸、聚乙烯吡硌烷酮、三氯乙烯基矽烷、三乙氧基矽烷、鈦酸酯類等偶聯劑、烷基酚聚氧乙烯醚系列、烷基醇聚氧乙烯醚系列表面活性劑中的一種或一種以上的混合物。
7.根據權利要求1所述的納米抗菌粉末塗料的微懸浮一步製造法，其特徵在於它由如下工藝步驟組成A、將40％～80％的水，50％～80％的懸浮分散劑，引發劑、助分散劑、混合單體及經表面處理過的無機納米抗菌劑粒子和顏填料，通過超聲波分散，再經高剪切乳化機進行分散，製成予分散液待用；B、將其餘的水、懸浮分散劑和水相阻聚劑，依次按序加入反應釜，開動攪拌令懸浮分散劑溶解，加熱至60～90℃，一次性加入A步驟的予分散液，在70℃～85℃反應1.5～5小時，升溫至80℃～85℃後反應4～6小時，降溫、出料、離心脫水、烘乾即得產品。
全文摘要
本發明涉及一種納米粉體複合材料製造領域，特別涉及納米抗菌粉末塗料及其微懸浮一步製造法。納米抗菌粉末塗料製備所含成分為水、混合單體、顏料、表面處理劑、納米無機抗菌劑粒子及助劑。將水、懸浮分散劑等成分通過超聲波分散，再經高剪切乳化機進行分散，製成予分散液。再將其餘成分按順序加入聚合釜，經攪拌、加熱，一次性加入予分散液，在恆溫下反應，降溫、出料、離心脫水、烘乾即得產品。本發明解決了現有技術存在的納米粒子在有機聚合物易團聚，傳統粉末塗料製造工藝繁雜等問題。具有工藝流程短、設備投資少、節約工時和能源，無粉塵汙染，並且製備的粉末塗料粒子形狀規整，在使用中具有較好的流平性等優點。
文檔編號C09D5/14GK1844270SQ200610012719
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月17日 優先權日2006年5月17日
發明者唐二軍, 耿耀宗 申請人:河北科技大學