一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料及制备方法与流程

本发明涉及涂料领域，特别是一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料及制备方法。

背景技术：

1、抗菌涂料是指涂层表面具有抗菌功能的涂料，可防止细菌和微生物生长。由于其独特的性能和众多的应用场景，抗菌涂料在工业和日常生活中应用广泛，个人电子产品中，需要透明、无菌、易清洁的涂层来对其表面进行保护，而在一些人口密集的公众场所，例如，医院、幼儿园、公交地铁等，更需要抗菌的涂层来保障健康。

2、目前，常用的抗菌涂料的抗菌机理主要分为两类，一是排斥细菌，防止细菌在涂层表面粘附，这种涂层的制备主要是通过调控表面自由能、表面电荷、zeta电位，降低涂层表面的润湿性来达到的，通常超疏水和超亲水的涂层均能够有效防止细菌粘附。二是可以通过添加抗菌剂，抗菌剂分为有机抗菌剂和无机抗菌剂，有机抗菌剂抗菌杀菌效果优异，但其在涂料的制备过程中不耐高温、使用过程中易析出，且易产生耐药性。例如，壳聚糖、山梨酸等天然抗菌剂抗菌效率比较高，但是耐热性差，不易加工使用。相比于有机杀菌剂，无机杀菌剂的耐热性好、有效抗菌期长，且不易产生耐药性。目前常用的无机杀菌剂主要为纳米银、金、铜以及金属氧化物，例如氧化锌、氧化铜、二氧化钛、二氧化铋等。纳米银作为常用的抗菌剂应用十分广泛，但其价格昂贵，然而银系抗菌剂易变色，制备方法困难。作为抗菌剂，氧化锌相比于二氧化钛，其催化产生活性氧的条件简便，无需使用紫外线照射。

3、氧化锌是目前常用的一种抗菌剂，其抗菌效率高、速度快，在使用中耐久性高，目前也是研究应用的热点。然而，由于纳米氧化锌比表面积较大，且其表面羟基较多，容易产生团聚，与树脂基体相容性差，因此，需要对氧化锌纳米粒子的表面进行改性处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中，将纳米氧化锌作为抗菌剂添加进水性陶瓷涂料中存在纳米氧化锌比表面积较大，且其表面羟基较多，容易产生团聚，与树脂基体相容性差的不足，提供一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料及制备方法，对氧化锌纳米粒子的表面进行改性处理，克服了纳米氧化锌粒子在水性陶瓷涂料中容易产生团聚，与树脂基体相容性差的问题，增强了水性陶瓷涂料的抗菌效果，提高了固化速率，提高了涂层的力学性能，增加了涂膜的硬度及韧性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料，所述涂料包含以下重量份的组分，含有端氨基的纳米氧化锌有机硅树脂 50-75份；羟基丙烯酸乳液 31-43份；固化剂0.02-0.10份；

4、所述含有端氨基的纳米氧化锌有机硅树脂包含以下重量份的组分：有机硅单体75-100份；硅溶胶 100-180份；含有端氨基的改性纳米氧化锌醇溶液10-20份；

5、所述含有端氨基的改性纳米氧化锌醇溶液包含以下重量份的组分：醇与水体积比1:1的混合溶液 1000-1500份；硅烷单体γ-氨丙基三乙氧基硅烷10-15份；纳米氧化锌10-15份；水 1000-1500份。

6、该组分中的含有端氨基的纳米氧化锌自身具有抗菌的作用，其中纳米氧化锌表面的氨基不仅可以将具有抗菌作用的纳米氧化锌接入水性陶瓷分子链中，同时还能够加速水性陶瓷涂料在常温条件下的固化，增加常温下的固化速度，而且氨基与有机硅树脂之间存在氢键的作用，能够使得纳米粒子更好的分散，防止出现沉淀、分层和析出等问题，保持水性陶瓷涂料的储存稳定。添加固化剂可以增强水性陶瓷涂料的固化能力。氧化锌是一种金属氧化物，可以提高了涂层的力学性能，增加了涂膜的硬度及韧性。所述涂料能够抑制金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、黑曲霉、土曲霉、宛氏拟青霉、绳状青霉、出芽短梗霉、球毛壳、念珠菌等细菌和真菌在涂层表面的滋生。

7、优选的，所述涂料中还包含有0.3-0.5重量份的流平剂、0.1-0.2重量份的消泡剂和20-30重量份的填料中的任意一种或多种。

8、流平剂是一种常用的涂料助剂，它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性。消泡剂是一种能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止泡沫形成的物质，可以消除或减少涂料中原有的泡沫。填料是涂料中的重要组成部分，起到增加涂料厚度、调节流变性能、改善涂层性能等作用。

9、优选的，所述流平剂为：byk-331、byk-346或afcona-3500；所述消泡剂为：byk-025、byk-028、byk-021、byk-011、byk-010、afcona-2508或afcona-2509。

10、优选的，所述填料为云母粉、硫酸钡、三聚磷酸铝中的一种或多种。

11、优选的，所述涂料中还包含有10-15重量份的颜料和2-3重量份的分散剂。

12、颜料能够使涂膜呈现多种色彩，提高涂膜遮盖被涂物体的能力，发挥涂料的装饰和保护功能；分散剂可以使颜料在涂料中分布得更加均匀。

13、优选的，所述颜料为钛白粉、钴蓝、铁黄、铜铬黑中的一种或多种。

14、优选的，所述分散剂为：byk-110、byk-190或afcona-4595。

15、一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

16、s1、根据体积比1:1配制1000-1500重量份的醇与去离子水的混合溶液，将10-15重量份的纳米氧化锌加入配制好的混合溶液中，在室温下搅拌20-30min，使其纳米氧化锌充分分散在混合溶液中，得到溶液a；

17、将10-15重量份的硅烷单体γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入1000-1500重量份的去离子水中，室温条件下搅拌水解，得到溶液b；

18、s2、将溶液b逐滴加入溶液a中，反应2.5-3h，得到溶液c；

19、s3、将75-100重量份的有机硅单体和100-180重量份的硅溶胶加入10-20重量份的溶液c中，室温混合搅拌0.1-0.5h，在25±2℃反应1.5-3h后，静置、冷却，制得溶液d；

20、s4、将0.02-0.10重量份的固化剂和31-43重量份的羟基丙烯酸乳液加入溶液d中，搅拌0.2-0.5h后制得常温固化的抗菌水性陶瓷涂料。

21、通过将水解好的硅烷单体逐滴加入溶液a（纳米氧化锌的醇溶液）中，制得溶液b（含有端氨基的改性纳米氧化锌醇溶液）；进一步将有机硅单体和硅溶胶加入溶液c（含有端氨基的改性纳米氧化锌醇溶液）中，制得溶液d（含有端氨基的纳米氧化锌有机硅树脂）；将固化剂和羟基丙烯酸乳液加入溶液d（含有端氨基的纳米氧化锌有机硅树脂）中，制得常温固化的抗菌水性陶瓷涂料。该涂料克服了纳米氧化锌粒子在水性陶瓷涂料中容易产生团聚，与树脂基体相容性差的问题，增强了水性陶瓷涂料的抗菌效果，提高了固化速率，提高了涂层的力学性能，增加了涂膜的硬度及韧性。

22、优选的，步骤s1中的醇为甲醇、乙醇、乙二醇丁醚或异丙醇中的任意一种。

23、优选的，步骤s3中还添加有0.3-0.5重量份的流平剂、0.1-0.2重量份的消泡剂和20-30重量份的填料中的任意一种或多种。

24、优选的，步骤s3中还添加有10-15重量份的颜料和将2-3重量份的分散剂。

25、优选的，步骤s3中将颜料和分散剂加入去离子水中，研磨1-1.5h，待细度小于15μm后停止研磨，制得水性色浆，将水性色浆、有机硅单体和硅溶胶一起加入溶液c中，室温混合搅拌0.1-0.5h，在25±2℃反应1.5-3h后，静置、冷却，制得溶液d。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果：

27、1、本发明所提供的一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料所采用的无机抗菌剂为纳米氧化锌，其原料易得，抗菌效率高、杀菌效率快。同时，本发明所提供的通过接枝含有端氨基的硅氧烷单体，降低了纳米氧化锌在涂料分散过程中产生的团聚现象，同时，改性后的纳米氧化性表面所含有的端氨基基团，能够与有机硅树脂中的羟基反应，促进了有机硅涂料的固化，有利于实现水性陶瓷涂料的常温固化，纳米氧化锌在这里不仅起到了抗菌的作用，同时其所含有的端氨基也能够承担固化剂的作用。

28、2、本发明所提供的一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料通过加入纳米氧化锌，赋予了水性陶瓷涂料抗菌的性能，能够有效抑制金黄色葡萄球菌、念珠菌等在涂层表面的滋生，有助于水性陶瓷涂料在医疗场所、公共交通等场景的应用。

29、3、本发明所提供的一种制备常温固化抗菌水性陶瓷涂料的制备方法简单高效，适用于大规模工业化生产应用，通过加入具有抗菌性能的纳米氧化锌颗粒，不仅为水性陶瓷涂料提供了抗菌性能，同时也明显促进了水性陶瓷涂料在常温条件下的固化速率。

30、4、本发明所提供的一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料通过化学键将纳米氧化锌接枝在有机硅树脂上，增加了抗菌剂在涂料中稳定性，在涂料贮存过程中不易分层、析出，保证了抗菌剂在涂料中良好的分散性能，同时也有利于有机硅涂料抗菌性能的持久性。

31、5、本发明所提供的一种常温固化抗菌水性陶瓷涂料中，氧化锌作为一种金属氧化物，添加金属氧化物能够提高了涂层的力学性能，增加了涂膜的硬度及韧性。

32、6、本发明所提供的一种常温固化的水性陶瓷涂料相比于传统高温加热固化的陶瓷涂料，其固化温度低，降低在基材表面加工条件，同时能够降低生产成本。由于陶瓷涂料具有耐高温、防火、硬度高、易清洁等优点，在建筑外墙、室内装修、电子产品、交通轨道等多个领域得到了十分广泛地应用。