基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法及镀膜件与流程

1.本发明涉及物理气相沉积表面处理技术领域，具体涉及到一种基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法及镀膜件。


背景技术：

2.根据数据调查显示，普通人手平均每天接触到的物品含有1000万个以上细菌，所以手被认为是人体最脏的部分，更有一项研究对门把手进行了病毒实验，通过将病毒放置在工作场所的门把手上，研究结果显示办公室内多达60％的人感染了这种病毒。这些把手上的细菌通过接触手从而转移到不同的地方，细菌还能附着在物品的表面生存一段时间，所以，选择开发一种绿色环保的高效抗菌涂层的表面处理工艺，无论是在现在还是未来都变得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法及镀膜件。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法，包括以下步骤：
6.s1、往基材表面喷涂一处理剂，再喷涂pu底漆，形成底漆层；其中，所述pu底漆由下列重量份的原料组成：丙烯酸丁酯
‑
甲基丙烯酸甲酯共聚物 15
‑
25份、氯化聚乙烯30
‑
45份、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元嵌段共聚物10
‑
20 份和聚己内酰胺10
‑
15份；
7.s2、将步骤s1处理后的基材置于真空炉内进行等离子辉光处理，在所述底漆层上形成膜厚为0.02
‑
0.05μm的镀膜层；其中，所述镀膜层由下列重量份的原料组成：铝25
‑
35份、铬5
‑
15份、铜4
‑
8份、钛4
‑
8份、银6
‑
10份、铌0.04
‑
0.08份、镍0.02
‑
0.06份、稀土0.03
‑
0.07份、钯0.01
‑
0.05份；
8.s3、将含有色素粒子的pu漆喷涂于所述镀膜层的表面，形成厚度为5
‑
8 μm的中漆层；其中，所述含有色素粒子的pu漆由下列重量份的原料组成：支链聚酯多元醇10
‑
20份、羟基聚丙烯酸酯10
‑
20份、脂肪族异氰酸酯12
‑
24 份、二季戊四醇五丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯3
‑
10份、助剂0.1
‑
0.5 份、溶剂30
‑
60份、色素粒子1
‑
5份；
9.s4、将含有抗菌剂的pu面漆喷涂于所述中漆层的表面，形成面漆层；所述含有抗菌剂的pu面漆由下列重量份的原料组成：聚氨酯20
‑
40份、环氧树脂20
‑
40份、丙烯酸酯类单体10
‑
20份、纳米tio24
‑
6份、纳米抗静电材料1
‑
5份、纳米耐腐蚀材料1
‑
5份、纳米耐磨材料1
‑
5份、固化剂1
‑
5份、增稠剂1
‑
5份、偶联剂4
‑
8份；
10.在喷涂所述处理剂后与在喷涂所述pvd底漆前，所述基材先经过烘烤，再经过紫外光固化。
11.进一步的，往基材表面喷涂一处理剂前，对基材的表面进行除油、除蜡和除尘处理。
12.进一步的，处理剂为聚氨酯丙烯酸酯预聚物和热塑性丙烯酸树脂复配而成，所述处理剂喷涂于所述基材上形成的膜层厚度为3
‑
8μm。
13.进一步的，在喷涂所述pu底漆后与在所述等离子辉光处理镀膜前，所述基材经过55
‑
60℃烘烤3
‑
6min，再经过紫外光固化，紫外光能量为 800
‑
950mj/cm2。
14.进一步的，在喷涂所述pu中漆后与在喷涂所述含有抗菌剂的pu面漆前，所述基材经过65
‑
70℃烘烤4
‑
8min，再经过紫外光固化，紫外光能量为 400
‑
500mj/cm2。
15.进一步的，在喷涂所述含有抗菌剂的pu面漆后，所述基材经过75
‑
80℃烘烤25
‑
30min，再经过紫外光固化，紫外光能量为1000
‑
1200mj/cm2。
16.进一步的，等离子辉光处理的工艺条件为：离子源电流0.1
‑
0.5a，偏压 10
‑
100v，占空比20％
‑
60％，氩气流速10
‑
100sccm，氧气流速0
‑
150sccm，乙炔流速0
‑
150sccm，时间3
‑
5min；所述大功率溅射沉积金属合金层的工艺条件为：采用大功率中频脉冲或者大功率直流电源，电源电流100
‑
200a，电压400
‑
600v，沉积时间15
‑
35min，偏压20
‑
80v，占空比40％
‑
80％，氩气流速60
‑
200sccm。
17.进一步的，步骤s3中支链聚酯多元醇为支链化饱和聚酯多元醇；所述支链聚酯多元醇的羟基含量为3.0
‑
6.0wt％，数均分子量为5000
‑
30000；所述羟基聚丙烯酸酯的羟基含量为2.0％
‑
4.0wt％，数均分子量为10000
‑
30000；所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，其中异氰酸酯基的含量为 15
‑
20wt％。
18.进一步的，步骤s4中丙烯酸酯类单体由如下重量份的原料组成：甲基丙烯酸甲酯10
‑
20份、丙烯腈5
‑
15份、丙烯酸月桂酯15
‑
25份、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯8
‑
12份、甲基丙烯酸缩水甘油酯4
‑
8份、n
‑
羟甲基丙烯酰胺2
‑
6份；所述纳米抗静电材料由如下重量份的原料组成：氧化银20
‑
40份、二氧化钒 10
‑
20份和石墨烯6
‑
10份；所述纳米耐腐蚀材料由如下重量份的原料组成：氧化铝20
‑
40份、四氟化硅10
‑
30份和氧化锆10
‑
20份。
19.一种镀膜件，包括基材，所述基材表面覆盖有采用上述的基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法制得的高效抗菌涂层。
20.本发明的有益效果：由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法，通过采用复合镀膜技术，可以得到类似水电镀质感的金属层，取代传统水电镀高浓度酸碱和铬酸等重污染的原料，且没有废水处理和排放问题；复合镀层，可以得到高电位差效应的抗菌涂层，且表面含有自然光催化有机污染物(如残留在部件表面的汗渍或脂类指纹)效果的涂层。同时具有抗菌、降解残留表面的有机污染物，达到自清洁的双重效果；可广泛应用于五金、家电、卫浴及汽车配件等领域。本发明生产过程中具有无废水排放、成本低和性能优异等优点。
附图说明
21.图1为本发明优选实施例中镀膜件的剖视图；
22.附图标记：1、基材；2、抗菌涂层；201、底漆层；202、镀膜层；203 中漆层；204、面漆层。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描
述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.参照图1所示，一种镀膜件，包括基材1，所述基材表面覆盖有采用下述的基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法制得的高效抗菌涂层2。
26.本发明的优选实施例，基于物理气相沉积制备高效抗菌涂层的方法，包括以下步骤：
27.s1、往基材1表面喷涂一处理剂，接着进行烘烤，再经过紫外光固化，其中烘烤温度为75
‑
85℃，烘烤时间为5
‑
7min，再经过紫外光固化，紫外光能量为550
‑
650mj/cm2；再喷涂pu底漆，形成底漆层201，接着经过55
‑
60℃烘烤3
‑
6min，再经过紫外光固化，紫外光能量为800
‑
950mj/cm2；其中，所述pu底漆由下列重量份的原料组成：丙烯酸丁酯
‑
甲基丙烯酸甲酯共聚物 15
‑
25份、氯化聚乙烯30
‑
45份、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元嵌段共聚物10
‑
20 份和聚己内酰胺10
‑
15份；
28.其中，处理剂为聚氨酯丙烯酸酯预聚物和热塑性丙烯酸树脂复配而成，所述处理剂喷涂于所述基材上形成的膜层厚度为3
‑
8μm；
29.s2、将步骤s1处理后的基材置于真空炉内进行等离子辉光处理，在所述底漆层上形成膜厚为0.02
‑
0.05μm的镀膜层202；其中，所述镀膜层由下列重量份的原料组成：铝25
‑
35份、铬5
‑
15份、铜4
‑
8份、钛4
‑
8份、银6
‑
10 份、铌0.04
‑
0.08份、镍0.02
‑
0.06份、稀土0.03
‑
0.07份、钯0.01
‑
0.05份；
30.其中等离子辉光处理的工艺条件为：离子源电流0.1
‑
0.5a，偏压10
‑
100v，占空比20％
‑
60％，氩气流速10
‑
100sccm，氧气流速0
‑
150sccm，乙炔流速0
‑
150sccm，时间3
‑
5min；所述大功率溅射沉积金属合金层的工艺条件为：采用大功率中频脉冲或者大功率直流电源，电源电流100
‑
200a，电压 400
‑
600v，沉积时间15
‑
35min，偏压20
‑
80v，占空比40％
‑
80％，氩气流速 60
‑
200sccm；
31.s3、将含有色素粒子的pu漆喷涂于所述镀膜层的表面，形成厚度为5
‑
8 μm的中漆层203，接着经过65
‑
70℃烘烤4
‑
8min，再经过紫外光固化，紫外光能量为400
‑
500mj/cm2；其中，所述含有色素粒子的pu漆由下列重量份的原料组成：支链聚酯多元醇10
‑
20份、羟基聚丙烯酸酯10
‑
20份、脂肪族异氰酸酯12
‑
24份、二季戊四醇五丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯3
‑
10份、助剂0.1
‑
0.5份、溶剂30
‑
60份、色素粒子1
‑
5份；
32.其中，支链聚酯多元醇为支链化饱和聚酯多元醇；所述支链聚酯多元醇的羟基含量为3.0
‑
6.0wt％，数均分子量为5000
‑
30000；所述羟基聚丙烯酸酯的羟基含量为2.0％
‑
4.0wt％，数均分子量为10000
‑
30000；所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，其中异氰酸酯基的含量为15
‑
20wt％；
33.s4、将含有抗菌剂的pu面漆喷涂于所述中漆层的表面，形成面漆层204，接着经过75
‑
80℃烘烤25
‑
30min，再经过紫外光固化，紫外光能量为1000
ꢀ‑
1200mj/cm2；所述含有抗菌剂的pu面漆由下列重量份的原料组成：聚氨酯 20
‑
40份、环氧树脂20
‑
40份、丙烯酸酯类单体10
‑
20份、纳米tio24
‑
6份、纳米抗静电材料1
‑
5份、纳米耐腐蚀材料1
‑
5份、纳米耐磨材
料1
‑
5份、固化剂1
‑
5份、增稠剂1
‑
5份、偶联剂4
‑
8份；
34.其中，丙烯酸酯类单体由如下重量份的原料组成：甲基丙烯酸甲酯10
‑
20 份、丙烯腈5
‑
15份、丙烯酸月桂酯15
‑
25份、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯8
‑
12份、甲基丙烯酸缩水甘油酯4
‑
8份、n
‑
羟甲基丙烯酰胺2
‑
6份，实现通过严格控制丙烯酸酯类单体的种类、复配及配比，制得的防护漆漆膜干燥快，附着力好，耐热性、耐候性能好，具有较好的户外耐久性；
35.所述纳米抗静电材料由如下重量份的原料组成：氧化银20
‑
40份、二氧化钒10
‑
20份和石墨烯6
‑
10份，通过严格控制纳米抗静电材料的种类及用量，可以提高防护漆的抗静电性能；所述纳米耐腐蚀材料由如下重量份的原料组成：氧化铝20
‑
40份、四氟化硅10
‑
30份和氧化锆10
‑
20份，通过严格控制纳米耐腐蚀材料的种类及用量，可以提高防护漆的耐腐蚀性能。
36.作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：往基材表面喷涂一处理剂前，对基材的表面进行除油、除蜡和除尘处理。
37.下面以具体的实施方式进行说明：
38.实施例一
39.s1、往基材表面喷涂一处理剂，接着进行烘烤，再经过紫外光固化，其中烘烤温度为75℃，烘烤时间为5min，再经过紫外光固化，紫外光能量为 550mj/cm2；再喷涂pu底漆，形成底漆层，接着经过55℃烘烤3min，再经过紫外光固化，紫外光能量为800mj/cm2；其中，所述pu底漆由下列重量份的原料组成：丙烯酸丁酯
‑
甲基丙烯酸甲酯共聚物20份、氯化聚乙烯45份、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯三元嵌段共聚物20份和聚己内酰胺15份；
40.其中，处理剂为聚氨酯丙烯酸酯预聚物和热塑性丙烯酸树脂复配而成，所述处理剂喷涂于所述基材上形成的膜层厚度为3μm；
41.s2、将步骤s1处理后的基材置于真空炉内进行等离子辉光处理，在所述底漆层上形成膜厚为0.02μm的镀膜层；其中，所述镀膜层由下列重量份的原料组成：铝30份、铬10份、铜6份、钛7份、银8份、铌0.06份、镍 0.04份、稀土0.07份、钯0.03份；
42.其中等离子辉光处理的工艺条件为：离子源电流0.3a，偏压10
‑
100v，占空比20％
‑
60％，氩气流速10
‑
100sccm，氧气流速0
‑
150sccm，乙炔流速0
‑
150sccm，时间4min；所述大功率溅射沉积金属合金层的工艺条件为：采用大功率中频脉冲或者大功率直流电源，电源电流100
‑
200a，电压 400
‑
600v，沉积时间15
‑
35min，偏压20
‑
80v，占空比40％
‑
80％，氩气流速 60
‑
200sccm；
43.s3、将含有色素粒子的pu漆喷涂于所述镀膜层的表面，形成厚度为6 μm的中漆层，接着经过68℃烘烤5min，再经过紫外光固化，紫外光能量为450mj/cm2；其中，所述含有色素粒子的pu漆由下列重量份的原料组成：支链聚酯多元醇20份、羟基聚丙烯酸酯10份、脂肪族异氰酸酯18份、二季戊四醇五丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯8份、助剂0.4份、溶剂41份、色素粒子3份；
44.其中，支链聚酯多元醇为支链化饱和聚酯多元醇；所述支链聚酯多元醇的羟基含量为3.0
‑
6.0wt％，数均分子量为5000
‑
30000；所述羟基聚丙烯酸酯的羟基含量为2.0％
‑
4.0wt％，数均分子量为10000
‑
30000；所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯三聚体，其中异氰酸酯基的含量为15
‑
20wt％；
45.s4、将含有抗菌剂的pu面漆喷涂于所述中漆层的表面，形成面漆层，接着经过75℃
烘烤25min，再经过紫外光固化，紫外光能量为1200mj/cm2；所述含有抗菌剂的pu面漆由下列重量份的原料组成：聚氨酯25份、环氧树脂30份、丙烯酸酯类单体10份、纳米tio25份、纳米抗静电材料3份、纳米耐腐蚀材料2份、纳米耐磨材料3份、固化剂3份、增稠剂2份、偶联剂6份；
46.其中，丙烯酸酯类单体由如下重量份的原料组成：甲基丙烯酸甲酯15 份、丙烯腈12份、丙烯酸月桂酯20份、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯10份、甲基丙烯酸缩水甘油酯6份、n
‑
羟甲基丙烯酰胺4份，实现通过严格控制丙烯酸酯类单体的种类、复配及配比，制得的防护漆漆膜干燥快，附着力好，耐热性、耐候性能好，具有较好的户外耐久性；
47.所述纳米抗静电材料由如下重量份的原料组成：氧化银30份、二氧化钒 15份和石墨烯8份，通过严格控制纳米抗静电材料的种类及用量，可以提高防护漆的抗静电性能；所述纳米耐腐蚀材料由如下重量份的原料组成：氧化铝30份、四氟化硅20份和氧化锆15份，通过严格控制纳米耐腐蚀材料的种类及用量，可以提高防护漆的耐腐蚀性能。
48.对比例一
49.本实施例与实施例一的区别在于：不加入纳米tio2和丙烯酸酯类单体，其他均已实施例一相同。
50.对比例二
51.本实施例与实施例一的区别在于：不加入抗静电材料和纳米耐腐蚀材料，其他均已实施例一相同。
52.性能测试
53.1、抗菌性能测试
54.将上述实施例一和对比例一、二的镀膜件置于菌体环境中，通过测试可知该实施例一的镀膜件抗菌杀菌率达到99.99％，明显强于对比例一、二的抗菌性能。
55.表1
‑
1为在相同的4小时内镀膜件的杀菌能力对比表：
56.细菌种类实施例一对比例一对比例二金黄色葡萄球菌99.99％93％94％大肠杆菌99.99％95％92％
57.2、可靠性测试
58.将上述实施例一和对比例一、二的镀膜件进行可靠性检测
59.a、防指纹测试
60.工具：白板笔和水，将白板笔和水涂覆于上述实施例一和对比例一、二的镀膜件表面，静置3
‑
5min，观察镀膜件表面的水珠状态。
61.其中实施例一的镀膜件表面的油墨和水均凝结成水珠，对比例一、二镀膜件出现不同程度的油墨和水覆盖于镀膜件表面，其中对比例一的覆盖面积大于对比例二。
62.b、电位差测试
63.利用电位差计对实施例一和对比例一、二镀膜件进行电压检测，其中实施例一检测器电位差为5
‑
10v；对比例一检测器电位差为1
‑
2v；对比例二检测器电位差为1.5
‑
4v。
64.本发明通过采用复合镀膜技术，可以得到类似水电镀质感的金属层，取代传统水电镀高浓度酸碱和铬酸等重污染的原料，且没有废水处理和排放问题；复合镀层，可以得到高电位差效应的抗菌涂层，且表面含有自然光催化有机污染物(如残留在部件表面的汗渍
或脂类指纹)效果的涂层。同时具有抗菌、降解残留表面的有机污染物，达到自清洁的双重效果；可广泛应用于五金、家电、卫浴及汽车配件等领域。本发明生产过程中具有无废水排放、成本低和性能优异等优点。
65.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
66.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。