防霉抗菌涂料及制备方法与流程

1.本发明涉及建筑涂料领域，更具体地说，涉及一种防霉抗菌涂料及制备方法。


背景技术：

2.在适宜的条件下，建筑中存在的霉菌、细菌等可以在墙面、家具、家电等物品表面快速增殖。这些霉菌、细菌及其孢子在进入空气后，可以通过呼吸系统、皮肤接触等途径进入人体，引发一系列的健康问题。鲜为人知的是，霉菌的毒性是砒霜的68倍，已被世界卫生组织列为1类致癌物。随着消费者对于室内空气质量的日益关注，以霉菌、细菌为代表的生物类污染物的防控成为提升房屋居住质量的一项重要措施。
3.根据相关研究，针对霉菌、细菌等生物类污染物的繁殖的抑制机制可以分为四种：使蛋白质变性，干扰其遗传机理，干扰细胞膜，干扰其细胞内部酶的活动。就建筑内部存在的霉菌、细菌等生物类污染物，主流的应对措施为使用防霉抗菌功能涂料。对于防霉抗菌功能涂料而言，普遍采用添加防霉抗菌剂的方法构建防霉抗菌效能，如杂环类化合物就是一种常见的防霉剂。需要指出的是，防霉抗菌剂的种类及添加量对于防霉抗菌功能涂料的防霉抗菌谱等防霉抗菌效能具有决定性作用。在工程实践中，鉴于防霉抗菌谱是特定防霉抗菌剂的固有属性，且添加量需要高于该防霉抗菌剂的最小抑制浓度(minimum inhibitory concentration，mic)，若要实现全谱抗菌，则需添加多种不同类型的防霉抗菌剂，不仅成本高昂，而且可能带来新的污染。
4.此外，电子或者电流可以使霉菌、细菌的高分子等物质处于高能量状态，从而诱导其分子结构发生变化，实现杀灭霉菌、细菌的目的。采用电子、电流的方法对于霉菌、细菌的抑制和杀灭作用具有普适性。产生电子、电流的方法诸如光触媒、原电池等，其中光触媒的方法受限于采用光触媒的类型以及应用环境的光照状况；而原电池的方法虽然可以高效、持续输出电流，但原电池无法直接用于对建筑内的墙面、家具、家电等物品表面的霉菌、细菌的抑制和杀灭。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对上述单一的防霉抗菌剂无法实现全谱抗菌、光触媒方式使用受限、原电池方式无法直接使用的问题，提供一种防霉抗菌涂料及制备方法。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种防霉抗菌涂料，包括主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂以及去离子水，且所述防霉抗菌有效物包括金属离子及碳基微粒，所述碳基微粒由本征单层石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的至少一个构成。
7.作为本发明的进一步改进，所述防霉抗菌涂料中的主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂和去离子水的质量份数比为12～25：30～50：0.6～1.5：0.4～1.5：22～57。
8.作为本发明的进一步改进，所述防霉抗菌涂料中的主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂和去离子水的质量份数比为17～20：38～42：0.9～1.2：0.8～1.1：35.7～
43.3。
9.作为本发明的进一步改进，所述碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纤维构成，且所述防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纤维的质量份数比为100：1～15：2～25；或者，
10.所述碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纳米管构成，且所述防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纳米管的质量份数比为100：1～15：2～25。
11.作为本发明的进一步改进，所述碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纤维构成，且所述防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纤维的质量份数比为100：5～11：10～17；或者，
12.所述碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纳米管构成，且所述防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纳米管的质量份数比为100：5～11：10～17。
13.作为本发明的进一步改进，所述防霉抗菌有效物还包括辣椒素，且所述辣椒素与所述金属离子的质量比为5～40：100。
14.作为本发明的进一步改进，所述本征单层石墨烯的尺寸为5～20μm，所述碳纤维和碳纳米管的直径为20～60nm、长度为5～20μm。
15.作为本发明的进一步改进，所述主体水性树脂可以为苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、硅丙树脂、水性聚氨酯树脂、水性氟碳树脂等中的一种或几种；
16.所述金属离子为铜离子、银离子、铁离子、稀土元素中的一种或多种。
17.本发明还提供一种如上所述的防霉抗菌涂料的制备方法，包括：
18.a、制备防霉抗菌有效物的水溶液；
19.b、将主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物的水溶液、助剂以及去离子水混合搅拌形成防霉抗菌涂料。
20.作为本发明的进一步改进，所述将主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物的水溶液、助剂以及去离子水混合搅拌形成防霉抗菌涂料，包括：
21.b1、在所述防霉抗菌有效物的水溶液中加入主体水性树脂，并充分搅拌；
22.b2、继续加入助剂，并充分搅拌；
23.b3、缓慢加入颜填料，并充分搅拌获得防霉抗菌涂料。
24.本发明具有以下有益效果：通过将金属离子及碳基微粒混合后作为防霉抗菌有效物，并与主体水性树脂、颜填料及助剂制备涂料，可在保证涂料色彩的同时，实现建筑室内霉菌、细菌等生物类污染物的全谱防霉抗菌。
附图说明
25.图1是本发明实施例提供的防霉抗菌涂料的制备方法的流程示意图；
26.图2为使用本发明实施例提供的防霉抗菌涂料的物体在56天时的表面的照片；
27.图3为使用传统防霉抗菌乳胶漆的物体在56天时的表面的照片。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
29.本发明实施例提供一种防霉抗菌涂料，该防霉抗菌涂料可应用建筑室内的墙面、家具表面、电器表面等，并实现墙面、家具表面、电器表面等的全谱防霉抗菌。本实施例的防霉抗菌涂料包括主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂以及去离子水，其中防霉抗菌有效物包括金属离子及碳基微粒，而碳基微粒则由本征单层石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的至少一个构成。
30.由于霉菌、细菌等的细胞壁和细胞膜由携带负电荷的磷脂质双分子膜组成，在上述防霉抗菌涂料中，金属离子以常见的铜离子为例，带正电荷的纳米铜离子与带负电荷的细菌，通过电荷吸引使得纳米铜离子与细菌等接触，然后纳米铜离子进入到细菌的细胞内，使得细菌的细胞壁发生破壁，细胞液外流，造成细菌的死亡；同时进入细胞的纳米铜离子能与细菌细胞内的蛋白质酶等发生作用，使得酶变性失活，从而杀死细菌等。而本征单层石墨烯、碳纤维、碳纳米管等碳基微粒可借助其与金属离子如铜离子之间离子π键，活化金属离子，可以使局域范围内有效金属离子的浓度提升2个数量级，显著提升防霉杀菌效果。
31.同时，当霉菌、细菌向涂层内部渗透时，防霉抗菌涂料内部的碳基微粒可以通过物理作用，穿透霉菌、细菌的细胞壁，破坏细胞结构；同时，金属离子可以通过被破坏的细胞壁进入细胞内部，破坏霉菌、细菌的正常代谢，达到防霉、杀菌的效果。
32.上述对霉菌、细菌细胞的破坏过程对于全谱范围内的霉菌、细菌均有效，因此无需为每一类霉菌、细菌单独配置对应的防霉抗菌剂即可实现全谱防霉抗菌。
33.在本发明的一个实施例中，主体水性树脂可以为苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、硅丙树脂、水性聚氨酯树脂、水性氟碳树脂等中的一种或几种，在防霉抗菌涂料成膜过程中，主体水性树脂可发生化学交联反应形成网状的交联漆膜；颜填料可采用颜料和/或填料，例如为保证所制备的涂料具有好的涂膜效果，颜料可采用遮盖力和耐老化较佳的钛白粉等，填料则可采用碳酸钙、煅烧高岭土、滑石粉中的一种或多种；助剂可采用水性助剂，具体可包括消泡剂、分散剂、增稠剂、湿润剂等中的一种或几种。
34.具体地，在防霉抗菌涂料中，主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂和去离子水的质量份数比为12～25：30～50：0.6～1.5：0.4～1.5：22～57。优选地，在主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂和去离子水的质量份数比为17～20：38～42：0.9～1.2：0.8～1.1：35.7～43.3时，防霉抗菌涂料的综合性能较佳。
35.在本发明的一个实施例中，碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纤维构成，其中本征单层石墨烯的尺寸为5～20μm，碳纤维的直径为20～60nm、长度为5～20μm，金属离子可以为铜离子、银离子、铁离子、稀土元素中的一种或多种，且防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纤维的质量份数比为100：1～15：2～25。优选地，碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纤维构成，且所述防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纤维的质量份数比为100：5～11：10～17，此时，防霉抗菌涂料的防霉抗菌效果较佳。
36.或者，碳基微粒由本征单层石墨烯和碳纳米管构成，其中本征单层石墨烯的尺寸为5～20μm，碳纳米管的直径为20～60nm、长度为5～20μm，金属离子可以为铜离子、银离子、铁离子、稀土元素中的一种或多种，且防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纳米管的质量份数比为100：1～15：2～25。优选地，防霉抗菌有效物中金属离子、本征单层石墨烯以及碳纳米管的质量份数比为100：5～11：10～17此时，防霉抗菌涂料的防霉抗菌效
果较佳。
37.并且，由于防霉抗菌涂料中碳基微粒的含量较低，因此不会影响涂料的颜色。
38.此外，上述防霉抗菌有效物还可包括辣椒素，该辣椒素可借助生物防霉实现特定防霉抗菌谱，并且辣椒素与金属离子的质量比为5～40：100。通过添加的辣椒素，可以强化对特定霉菌、细菌的杀灭作用。
39.结合图1所示，是本发明实施例的提供的如上所述的防霉抗菌涂料的制备方法，该方法具体包括：
40.步骤s1：制备防霉抗菌有效物的水溶液。具体地，可按照防霉抗菌有效物的组成比例将金属盐、本征单层石墨烯、碳纤维(或碳纳米管)、辣椒素加入到容器中，并在容器中加入设定比例的去离子水，然后充分搅拌至无漂浮物、无沉淀，从而获得防霉抗菌有效物的水溶液。
41.在该防霉抗菌有效物水溶液中，防霉抗菌有效物与去离子水的质量之比例控制在1:10至1:20之间。
42.步骤s2：将主体水性树脂、颜填料、防霉抗菌有效物的水溶液、以及去离子水混合搅拌形成防霉抗菌涂料。
43.在该步骤中，可向防霉抗菌有效物水溶液依次添加主体水性树脂、颜填料和助剂，即先在防霉抗菌有效物的水溶液中加入主体水性树脂，并充分搅拌至主体水性树脂与防霉抗菌有效物水溶液充分混合；然后加入助剂，并充分搅拌；最后缓慢加入颜填料，并充分搅拌获得防霉抗菌涂料。
44.实施例1
45.将铜离子、本征单层石墨烯、碳纤维、辣椒素加入到制备容器中，并向制备容器中加入设定比例的去离子水，以制备防霉抗菌有效物的水溶液，其中铜离子、本征单层石墨烯、碳纤维、辣椒素、去离子水的质量份数比为100：5：10：10：5400。具体地，铜离子可使用铜盐(例如氯化铜、硫酸铜等)，其含量可按铜的原子与铜盐的分子量之比计算获得，本征单层石墨烯的尺寸为10μm的，碳纤维的直径为20nm、长度为10μm。
46.然后向防霉抗菌有效物的水溶液加入设定比例的水性丙烯酸树脂，充分搅拌；再加入设定比例的助剂，充分搅拌；最后缓慢加入设定比例的颜填料，进行充分搅拌。待各组分充分均匀混合后即可获得防霉抗菌涂料。其中，水性丙烯酸树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂，按照质量份数比为15：40：1：0.8。
47.以下的表1为采用上述方法直奔获得的防霉抗菌涂料与传统防霉抗菌乳胶漆的效果对比：
[0048][0049]
[0050]
表1：防霉抗菌效果对比
[0051]
由以上表1可知，使用上述方法制备获得的防霉抗菌涂料具有56天0级防霉效能，相对于传统防霉抗菌乳胶漆28天0级防霉效能，防霉能力显著增强。开展56天防霉抗菌测试时，两者的防霉抗菌测试效果差异明显。
[0052]
实施例2
[0053]
将银离子、本征单层石墨烯、碳纳米管、辣椒素加入到制备容器中，并向制备容器中加入设定比例的去离子水，以制备防霉抗菌有效物的水溶液，其中银离子、本征单层石墨烯、碳纳米管、辣椒素、去离子水的质量份数比为100：1：2：5：4104。具体地，银离子可使用银盐(例如氯化银、硝酸银等)，其含量可按银的原子与银盐的分子量之比计算获得，本征单层石墨烯的尺寸为5μm的，碳纳米管的直径为30nm、长度为5μm。
[0054]
然后向防霉抗菌有效物的水溶液加入设定比例的水性丙烯酸树脂，充分搅拌；再加入设定比例的助剂，充分搅拌；最后缓慢加入设定比例的颜填料，进行充分搅拌。待各组分充分均匀混合后即可获得防霉抗菌涂料。其中，水性丙烯酸树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂，按照质量份数比为12：30：1.5：0.4。
[0055]
实施例3
[0056]
将铜离子、本征单层石墨烯、碳纤维、辣椒素加入到制备容器中，并向制备容器中加入设定比例的去离子水，以制备防霉抗菌有效物的水溶液，其中铜离子、本征单层石墨烯、碳纤维、辣椒素、去离子水的质量份数比为100：15：25：40：6600。具体地，铜离子可使用铜盐(例如氯化铜、硫酸铜等)，其含量可按铜的原子与铜盐的分子量之比计算获得，本征单层石墨烯的尺寸为20μm的，碳纤维的直径为60nm、长度为20μm。
[0057]
然后向防霉抗菌有效物的水溶液加入设定比例的水性丙烯酸树脂，充分搅拌；再加入设定比例的助剂，充分搅拌；最后缓慢加入设定比例的颜填料，进行充分搅拌。待各组分充分均匀混合后即可获得防霉抗菌涂料。其中，水性丙烯酸树脂、颜填料、防霉抗菌有效物、助剂，按照质量份数比为25：50：0.6：0.4。
[0058]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。