CN112011241A

CN112011241A - 一种抗菌环保涂料及其制备方法

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Publication number: CN112011241A
Application number: CN202010919312.8A
Authority: CN
Inventors: 田超群
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本发明公开了一种抗菌环保涂料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明研制的产品包括水性聚丙烯酸；所述聚丙烯酸中单体包括甲基丙烯酸(AA)；所述AA的含量为2.5‑5％；所述水性聚丙烯酸中接枝有脒基团；所述抗菌环保涂料中还包括吸水树脂和弹性体乳液。其中，所述水性聚丙烯酸中硬单体和软弹体之间的比例为1：1.5‑1：3；所述硬单体为甲基丙烯酸甲酯(MMA)，所述软单体为丙烯酸丁酯(BA)；其中弹性体乳液为天然橡胶乳液，丁苯橡胶乳液，丁基橡胶乳液和有机硅弹性体乳液中的任意一种；所述弹性体乳液的固含量为40‑60％；在制备产品时，包括水性丙烯酸树脂的合成，以及对其进一步接枝脒基团。

Description

一种抗菌环保涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种抗菌环保涂料及其制备方法。

背景技术

涂料作为重要的建筑材料，其功能的高性能化，有着极其重要的意义。环境中微生物分布广泛，对各种材料的破坏无处不在，同时由于微生物的作用引起的各种传染病对人类造成了极大的危害，涂料被微生物污染后，一旦生长条件适宜，微生物就会在涂料中大量地生长繁殖，致使涂料体系出现不稳定迹象，主要表现在涂料体系的粘度下降，颜料沉淀，产生气体及pH值发生变化等。涂料涂饰后形成的涂层一旦受到微生物的侵蚀，很容易在涂层表面形成菌斑，导致涂层失去粘附能力，严重的可造成涂层的脱落，直接影响到涂层的保护功能及美观整洁，从而降低涂料的实用价值。

为了增加涂料的抗菌性能，目前行业内普遍采用的是添加具有抗菌功能并能在涂膜中稳定存在的抗菌剂，经过一定的工艺加工，制得具有抗菌功能的涂料。抗菌剂作为一种助剂分散于涂料体系中，由于抗菌剂在涂膜中的迁移、降解、变色等原因，造成抗菌涂料抗菌性能衰减，甚至丧失抗菌性能，其应用有很大的局限性。

目前，抗菌涂料的研发主要集中于对各种抗菌性能优良抗菌剂的研究与应用，将多种不同性质的抗菌剂进行复配，以达到抗菌涂料的各项指标。然而，现有的外加型抗菌剂和基体之间始终存在界面相容性问题，在实际使用过程中容易发生相分离或者迁移，最终导致抗菌性能无法得到长期有效保持，尤其是对于户外恶劣环境下使用的涂料，情况更为恶劣。因此，如何提高涂料抗菌性能的持效性，是本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗菌环保涂料及其制备方法，以解决现有技术中，抗菌涂料在实际使用过程中，依靠抗菌组分实现抗菌效果，随着抗菌组分的流失或迁移，导致涂料抗菌性能持效性不佳的弊端。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种抗菌环保涂料，

所述抗菌环保涂料中包括水性聚丙烯酸；所述聚丙烯酸中单体包括甲基丙烯酸(AA)；所述AA的含量为2.5-5％；

所述水性聚丙烯酸中接枝有脒基团；

所述抗菌环保涂料中还包括吸水树脂和弹性体乳液。

优选地，所述水性聚丙烯酸中硬单体和软弹体之间的比例为1：1.5-1：3；所述硬单体为甲基丙烯酸甲酯(MMA)，所述软单体为丙烯酸丁酯(BA)。

优选地，所述吸水树脂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种。

优选地，所述弹性体乳液为天然橡胶乳液，丁苯橡胶乳液，丁基橡胶乳液和有机硅弹性体乳液中的任意一种。

优选地，所述弹性体乳液的固含量为40-60％。

一种抗菌环保涂料的制备方法，具体制备步骤包括：

水性聚丙烯酸的合成：

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)，丙烯酸丁酯(BA)，甲基丙烯酸(AA)和丙烯酸羟丙酯(HPA)为单体，所述AA的含量为2.5-5％，过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂，乙醇为助溶剂，三乙胺为中和剂，加热回流反应后，得水性聚丙烯酸；

脒基团的接枝：

用碳酸钠溶液调节水性聚丙烯酸pH至碱性，再加入甲醛，加热搅拌反应后，再用盐酸调节pH至酸性，加入二氰二胺后，加热搅拌反应，出料，得接枝脒基团的水性聚丙烯酸；

涂料的配制：

按重量份数计，依次取60-100份接枝脒基团的水性聚丙烯酸，8-10份吸水树脂，10-20份弹性体乳液，3-5份稳定剂，10-20份颜填料，80-100份水，搅拌混合均匀，出料，灌装，即得抗菌环保涂料。

优选地，所述甲基丙烯酸甲酯(MMA)和所述丙烯酸丁酯(BA)的摩尔比为1：1.5-1：3；软单体的含量适量增大，可以增大聚合物的柔韧性，从而在涂料体积变化过程中使涂膜有效保持；

优选地，所述弹性体乳液的固含量为40-60％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明技术方案利用接枝有脒基团的水性丙烯酸树脂、吸水树脂和弹性体共同构建防水涂料，实现了新的抗菌方式，具体为：在实际使用过程中，细菌的生长主要发生在阴雨天，雨水落下时，内部溶解了部分空气中的二氧化碳气体，二氧化碳气体容易与水性丙烯酸树脂接枝的脒基团发生相互作用，从而使脒基团带上负电荷，又由于细菌细胞表面也带有负电荷，同种电荷的相斥作用可以有效避免细菌在涂料表面的吸附固定；另外，利用吸水树脂和弹性体复配，吸水树脂可以将水分吸收，使涂料遇水发生一定程度的膨胀，从而使涂料表面结构发生一定程度的变化，在结构变化过程中，原本难以附着的细菌容易在雨水冲刷下掉落，有效减少了细菌的附着，起到了良好的抗菌效果；再者，吸水膨胀后，涂料仍然能保持弹性体特有的弹性和一定的强度，在挤压情况下，仍具有保水作用，而该弹性体内的水压可以有效阻止外部雨水进一步向涂料内部的渗透扩散，起到了遇水后以水进行密封的效果，避免涂料与基材接触层处发生脱落的同时，也可以有效避免细菌菌体渗透到涂料内部，对涂料造成不良影响；

(2)本发明所研制的涂料在气候干燥时，水分挥发，使得涂料体积逐渐收缩，同时脒基团吸收的二氧化碳分子可以在阳光产生的热量作用下重新释放，部分气体游离后被收缩的涂料限制在涂料表层，从而可以在涂料表面形成惰性的二氧化碳气膜层，进一步阻止了细菌对气膜的粘附，使产品抗菌性能得到进一步提升。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

水性聚丙烯酸的合成：

按摩尔比为1：1.5取单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)和单体丙烯酸丁酯(BA)，再称取甲基丙烯酸(AA)和丙烯酸羟丙酯(HPA)，其中AA的用量为所有单体总质量的2.5％，HPA的用量为所有单体总质量的4.5％；再称取所有单体总质量2％的引发剂BPO，以及所有单体总质量1倍的无水乙醇；先将1/2质量的单体，1/4质量的引发剂，1/2质量的无水乙醇加入反应器中，于温度为80℃，搅拌转速为200r/min条件下，加热搅拌反应20min后，滴加剩余的单体和引发剂，控制在2h内滴完，再补加剩余无水乙醇，继续反应3h后，冷却，滴加三乙胺中和至pH为中性，得水性聚丙烯酸；

脒基团的接枝：

用质量分数为5％的碳酸钠溶液调节水性聚丙烯酸pH至8.0，再加入水性聚丙烯酸质量5％的甲醛，于温度为75℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌反应2h后，再用质量分数为5％的盐酸调节pH至5.0，再加入甲醛等质量的二氰二胺，于温度为80℃，转速为400r/min条件下，加热搅拌反应4h后，出料，得接枝脒基团的水性聚丙烯酸；

涂料的配制：

按重量份数计，依次取60份接枝脒基团的水性聚丙烯酸，8份吸水树脂，10份弹性体乳液，3份硬脂酸钙，10份颜填料，80份水，搅拌混合均匀，出料，灌装，即得抗菌环保涂料；

所述吸水树脂为聚乙二醇；所述弹性体乳液为天然橡胶乳液；所述弹性体乳液的固含量为40％。

实施例2

水性聚丙烯酸的合成：

按摩尔比为1：2取单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)和单体丙烯酸丁酯(BA)，再称取甲基丙烯酸(AA)和丙烯酸羟丙酯(HPA)，其中AA的用量为所有单体总质量的3％，HPA的用量为所有单体总质量的4.8％；再称取所有单体总质量3％的引发剂BPO，以及所有单体总质量1.5倍的无水乙醇；先将1/2质量的单体，1/4质量的引发剂，1/2质量的无水乙醇加入反应器中，于温度为82℃，搅拌转速为300r/min条件下，加热搅拌反应25min后，滴加剩余的单体和引发剂，控制在2.5h内滴完，再补加剩余无水乙醇，继续反应4h后，冷却，滴加三乙胺中和至pH为中性，得水性聚丙烯酸；

脒基团的接枝：

用质量分数为7％的碳酸钠溶液调节水性聚丙烯酸pH至8.2，再加入水性聚丙烯酸质量7％的甲醛，于温度为76℃，转速为400r/min条件下，加热搅拌反应3h后，再用质量分数为8％的盐酸调节pH至5.2，再加入甲醛等质量的二氰二胺，于温度为82℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌反应5h后，出料，得接枝脒基团的水性聚丙烯酸；

涂料的配制：

按重量份数计，依次取80份接枝脒基团的水性聚丙烯酸，9份吸水树脂，15份弹性体乳液，4份硬脂酸锌，15份颜填料，90份水，搅拌混合均匀，出料，灌装，即得抗菌环保涂料；

所述吸水树脂为聚乙烯醇；所述弹性体乳液为丁苯橡胶乳液；所述弹性体乳液的固含量为50％。

实施例3

水性聚丙烯酸的合成：

按摩尔比为1：3取单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)和单体丙烯酸丁酯(BA)，再称取甲基丙烯酸(AA)和丙烯酸羟丙酯(HPA)，其中AA的用量为所有单体总质量的5％，HPA的用量为所有单体总质量的5.0％；再称取所有单体总质量4％的引发剂BPO，以及所有单体总质量2倍的无水乙醇；先将1/2质量的单体，1/4质量的引发剂，1/2质量的无水乙醇加入反应器中，于温度为85℃，搅拌转速为400r/min条件下，加热搅拌反应30min后，滴加剩余的单体和引发剂，控制在3h内滴完，再补加剩余无水乙醇，继续反应5h后，冷却，滴加三乙胺中和至pH为中性，得水性聚丙烯酸；

脒基团的接枝：

用质量分数为10％的碳酸钠溶液调节水性聚丙烯酸pH至8.5，再加入水性聚丙烯酸质量10％的甲醛，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌反应4h后，再用质量分数为10％的盐酸调节pH至5.5，再加入甲醛等质量的二氰二胺，于温度为85℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌反应6h后，出料，得接枝脒基团的水性聚丙烯酸；

涂料的配制：

按重量份数计，依次取100份接枝脒基团的水性聚丙烯酸，10份吸水树脂，20份弹性体乳液，5份硬脂酸铝，20份颜填料，100份水，搅拌混合均匀，出料，灌装，即得抗菌环保涂料；

所述吸水树脂为聚丙烯酰胺；所述弹性体乳液为有机硅弹性体乳液；所述弹性体乳液的固含量为60％。

对比例1

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：水性聚丙烯酸未接枝脒基团，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入吸水树脂，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例相比于实施例1而言，区别在于未加入弹性体乳液，其余条件保持不变。

对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方式和测试结果如下所述：

清除外墙墙面基层霉斑、油污、粉尘等杂质，露出基层，待墙面干燥后批刮腻子粉，干燥后打磨平整，自然养护24h后，于施工温度为30℃，相对湿度为80％，墙面含水率为3％条件下，将上述各实施例和对比例产品分别涂刷至不同墙面，涂刷两次，第二次施工必须等第一次涂膜完全干燥后方可进行，控制涂料用量为15㎡/L，待第二次施工完毕，自然养护一周；然后分别测试不同样品墙面的耐洗刷次数，以及使用1个月、6个月后墙面的抗菌率，具体测试结果如表1所示。

表1：产品性能测试表

	耐洗刷次数/次	1个月后抗菌率/％	6个月后抗菌率/％
				实施例1	1600	99.6	97.6
实施例2	1650	99.5	97.8
				实施例3	1700	99.8	97.9
对比例1	1350	95.6	85.5
				对比例2	1420	94.6	88.9
对比例3	1100	92.1	76.2

由表1测试结果可知，本申请技术方案所得产品不仅具有良好的抗菌持效性，同时还可以保障涂膜具有较长的使用寿命。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗菌环保涂料，其特征在于，

所述水性聚丙烯酸中接枝有脒基团；

所述抗菌环保涂料中还包括吸水树脂和弹性体乳液。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌环保涂料，其特征在于，所述水性聚丙烯酸中硬单体和软弹体之间的比例为1：1.5-1：3；所述硬单体为甲基丙烯酸甲酯(MMA)，所述软单体为丙烯酸丁酯(BA)。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌环保涂料，其特征在于，所述吸水树脂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌环保涂料，其特征在于，所述弹性体乳液为天然橡胶乳液、丁苯橡胶乳液、丁基橡胶乳液和有机硅弹性体乳液中的任意一种。

5.根据权利要求1或4任一项所述的一种抗菌环保涂料，其特征在于，所述弹性体乳液的固含量为40-60％。

6.一种抗菌环保涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：

水性聚丙烯酸的合成：

脒基团的接枝：

涂料的配制：

7.根据权利要求6所述的一种抗菌环保涂料的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯(MMA)和所述丙烯酸丁酯(BA)的摩尔比为1：1.5-1：3。

8.根据权利要求6所述的一种抗菌环保涂料的制备方法，其特征在于，所述吸水树脂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的任意一种。

9.根据权利要求6所述的一种抗菌环保涂料的制备方法，其特征在于，所述弹性体乳液为天然橡胶乳液，丁苯橡胶乳液，丁基橡胶乳液和有机硅弹性体乳液中的任意一种。

10.根据权利要求6或9任一项所述的一种抗菌环保涂料的制备方法，其特征在于，所述弹性体乳液的固含量为40-60％。