[发明专利]一种改性无机颗粒及其制备方法和在超疏水材料中的应用

说明书

本发明属于涂料技术领域，提供了一种改性无机颗粒及其制备方法和在超疏水材料中的应用，本发明利用具有抗菌功能的松香或松香衍生物对含有羟基的无机纳米颗粒进行疏水改性制得改性无机颗粒，可以进一步将其结合低表面能树脂，经涂覆到不同基材的表面上，固化后可以制得具有抗菌功能的超疏水涂层，在制备过程中避免了有机氟化合物、金属离子或者有机物季铵盐的使用，涂层对环境友好、可生物降解、生物相容性好，水的接触角不小于152.3°，抗菌效率不低于94.6％，对大肠杆菌和葡萄球菌具有抗菌特性。

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，更具体地，涉及一种改性无机颗粒及其制备方法和在超疏水材料中的应用。

背景技术

超疏水涂层因具有防水、抗污、防结冰等功能，在工业、农业、国防及现实生活中具有重要的用途。超疏水涂层是指水的接触角大于150°的涂层，该涂层通常是由具有低的表面能物质及微纳结构构成，其微纳结构主要是一些无机纳米颗粒，例如SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等，经疏水改性得到，而低表面能物质是指具有低表面能的树脂，微纳结构及低表面能树脂混合、喷涂并固化既可以得到超水性涂层。目前大多数的无机纳米颗粒的疏水改性主要是通过有机氟化合物与无机颗粒通过共价键结合得到，虽然有机氟化合物改性后可以获得超疏水材料，然而有机氟化合物通常是不可降解，且在大自然生态循环中具有富集作用，危害环境及人身健康，因此，亟需寻找一种环境友好且可生物降解的疏水改性无机颗粒用于涂层中。

另外，涂层除了超疏水性质外，抗菌性也是关注的重点，抗菌功能的实现主要是通过向涂层体系中添加具有抗菌作用的物质，例如，添加铜离子、银离子或利用有机物季铵盐对无机纳米粒子进行改性，但金属离子对生态环境及人身健康是有危害作用，而季铵盐有机物是两亲性物质，制备步骤多、过程繁琐、复杂、使用有机溶剂且成本高，另外季铵盐类有机物容易在涂层中发生迁移，影响超疏水的效果。综上，针对现有技术制备兼具超疏水和抗菌性的涂层需要采用有机氟化合物、金属离子或者有机物季铵盐，存在对环境不友好、不可降解、对人体有害的问题，所以，亟需开发一种环境友好、可生物降解、生物相容性好的超疏水抗菌涂层。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种改性无机颗粒及其制备方法和在超疏水材料中的应用，利用可生物降解的松香和/或松香衍生物对含有羟基的纳米无机颗粒进行改性，所制得的改性无机颗粒可以进一步用于制备涂料，固化后制得涂层，无需采用有机氟化合物、金属离子或者有机物季铵盐等物质，具有对环境友好、可生物降解、生物相容性好的特点，同时兼具良好的抗菌性和超疏水性，水的接触角不小于152.3°，抗菌效率不低于94.6％。

本发明的第一方面提供一种改性无机颗粒。

具体地，一种改性无机颗粒，所述改性无机颗粒为松香和/或松香衍生物改性的含有羟基的纳米无机颗粒。

本发明采用松香或松香衍生物对含有羟基的纳米无机颗粒进行改性，松香是来源于松树分泌的一种可再生资源，其分子含有一个具有较强的疏水性的刚性三环非平面氢菲结构，而松香衍生物已被公认为具有生物相容性和对环境友好，其中一些松香衍生物可以用来作为食品添加剂，已经被美国食品与药品管理局收录；除此之外，松香及其衍生物的分子结构特征使其具有抗菌特性，且含有羧酸基团，可以与含有羟基的纳米无机颗粒通过酯化反应改性，因此，本发明利用松香和/或松香衍生物改性含有羟基的纳米无机颗粒，同时赋予改性无机颗粒超疏水性和抗菌性，进一步将改性无机颗粒用于制备涂料，固化后形成涂层，使其兼具抗菌性和超疏水性，同时具有环境友好性、可生物降解、生物相容性。

优选地，所述松香衍生物为脱氢松香、氢化松香、丙烯酸松香、马来酸松香、乌头酸松香中的一种或几种。

优选地，所述纳米无机颗粒为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、海泡石中的一种或几种。