[发明专利]一种纳米羟基磷灰石抗菌涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米羟基磷灰石抗菌涂料及其制备方法，特别是一 种表面包覆瓜尔豆胶-氧化锌有机无机复合涂层的掺杂了一定比例锌离子的 纳米羟基磷灰石均匀稳定分散于纯丙烯酸乳液中形成的抗菌涂料及其相应 的制备方法，属于功能涂料领域。

背景技术

涂料功能化已经成为当前涂料发展的主要趋势。除了对墙面、地面和各 种家居用品的保护作用外，不同的功能涂料还可以分别发挥抗菌、吸附、防 静电、电磁屏蔽等各种功能。抗菌涂料是其中非常重要的一种。

大部分的抗菌涂料是由抗菌剂和高分子基体复合而成的。其中抗菌剂的 抗菌功能及其稳定性和抗菌剂在高分子基体内的良好分散是抗菌涂料能否 发挥作用的关键要素。出于环保的需要，水性高分子涂料成为民用涂料的主 流方向。因此，抗菌涂料的关键问题就是具有稳定抗菌性能的抗菌剂的选择 或制备，以及抗菌剂在水性介质中的均匀分散。

目前，抗菌涂料用的抗菌剂主要可以分为有机抗菌剂和无机抗菌剂两大 类。有机抗菌剂包括天然和合成有机物质，耐热性差、易分解、使用寿命短， 总体表现为稳定性差，有的还有毒副作用，在涂料中较少使用；无机抗菌剂 在安全性、持久性、广谱抗菌性、耐热性等方面都存在明显优势，成为抗菌 剂的主流选择。无机抗菌剂的抗菌机理有两种：一是金属离子溶出抗菌机理， 即抗菌剂在使用过程中，抗菌金属离子(如Ag⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等)逐渐从抗菌 材料中溶出，与生物体内的蛋白质、核酸中的巯基(-SH)、氨基(-NH₂) 等含硫、氮的官能团发生反应，达到抗菌目的，金属离子交换的A型沸石、膨 润土等就是这种类型；二是活性氧抗菌机理，即抗菌剂在光的作用下和水或 空气发生反应，产生具有很高反应活性的超氧自由基O₂·和羟基自由基·OH 等活性官能团，这些官能团与微生物体发生反应生成-CO₂和H₂O，从而达到抗 菌的作用，纳米TiO₂、纳米氧化锌等就是其中的代表。两种抗菌剂都存在一 些问题。光催化抗菌无机粉体仍然主要对紫外光敏感，而对于可见光的反应 非常微弱，同时由于半导体受到光激发电子跃迁后留下的空穴会逐渐氧化周 围的有机物，因此，其在涂料中应用，尤其是室内涂料中应用的效果并不明 显，普及面也不高。相对而言，含有银、铜、锌等离子或单质的无机抗菌剂 在表现出更好的性能和更强的实用性。其中，通过离子交换作用在一些无机 材料上负载一定比例杀菌金属离子的方法，既具有较强的金属离子结合能 力，又通过无机载体改善了少量金属离子在体系中的分散性，从而获得了较 多的关注。

羟基磷灰石具有广谱离子交换能力，能够通过离子交换作用负载银、铜、 锌等具有强杀菌性的金属离子。有关纳米羟基磷灰石掺杂金属离子后杀菌性 能及用作无机抗菌填料的报导有不少，但是目前为止在有机基体抗菌涂料中 应用纳米羟基磷灰石的专利和研究报导并不多见。纳米羟基磷灰石在体系中 的分散是其中的关键问题。有人通过共沉淀和离子交换的方法，将钛和锌离 子共掺杂在羟基磷灰石上，制备了羟基磷灰石抗菌剂，并制备成为涂料，证 明了钛、锌掺杂的羟基磷灰石在抗菌涂料制备中的作用。公开的文献中提到 抗菌剂在体系中良好分散的重要性，但是如同大多数研究一样，也通过采用 分散剂来实现抗菌剂在体系中的均匀分散，并没有提出和应用解决避免体系 中的纳米羟基磷灰石在保存过程中的团聚、沉降问题。在实际情况下，这种 一般的通过分散剂实现的分散并不具备长期稳定性。在涂料制备成功后存放 到最终使用期间，其中的纳米粉体颗粒会团聚、沉降并结团，使用时如果没 有专业的高速分散设备，根本无法将纳米粉体重新分散在体系中。对于一般 的涂料而言，填料尺寸较大，而且没有其他功能，因此只要基本均匀就不影 响应用，但是对于功能性涂料而言，尤其是功能相的尺寸为纳米级的情况， 分散程度极其关键。