CN115386271B - 一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料及其制备方法，属于粉末涂料技术领域，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂40‑50份、填料14‑18份、偶联剂0.3‑0.4份、抗菌助剂0.8‑1份、固化剂10‑12份、流平剂0.6‑0.7份、安息香0.2‑0.3份、消泡剂0.2‑0.3份。本发明的粉末涂料以丙烯酸树脂为成膜基质，在原料中加入了抗菌助剂，该抗菌助剂为一种季铵盐型添加物，在后续涂料熔融过程中，抗菌助剂通过碳碳双键能参与到成膜基质的聚合过程中，以化学键合的方式与成膜基质作用，不仅能提高抗菌助剂的耐迁移性，使涂层持续、稳定发挥抗菌作用；而且抗菌助剂的加入不会造成涂层力学性能和装饰效果的下降。

Description

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末涂料技术领域，具体地，涉及一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料及其制备方法。

背景技术

粉末涂料具有省资源、省能源、无公害、劳动生产率高和便于实现自动涂装等特点，现已成为公认的生态环保型、高生产效率、优良涂膜性能和经济型的涂料产品，在各种涂料品种中发展速度最快，为许多功能性涂料的开发提供了空间。粉末涂料广泛应用于金属材料的表面涂装，由于金属具有良好的热传导性，所以一般金属工件通过粉末涂装难以达到保温性能和隔热性能的要求，这限制了粉末涂料在一些特定领域的应用。

随着人们对健康和环境保护意识的不断增强，对抗菌等功能粉末涂料提出了新的要求。目前，涂料用抗菌剂有纳米银和有机季铵盐，其中，由于银离子会不断从纳米银中释放出来，一些国家规定水体中银的PPM不能超过0.5PPM，否则会造成重金属污染，对水体造成巨大的破坏，纳米银抗菌剂如果被人体内脏吸收，会累积而发生病变，危害人体健康。而有机季铵盐抗菌剂的最大优点是环保安全无毒，对皮肤无刺激性而且抗菌效果持久、耐洗性能好。但是现有的季铵盐抗菌剂与基体作用不强，使得抗菌防霉的效力所持续的时间短，且与粉末涂料中的主要成膜物质相容性不好，影响了粉末涂料的力学性能和装饰效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料及其制备方法。

本发明的粉末涂料以丙烯酸树脂为成膜基质，在原料中加入了抗菌助剂，该抗菌助剂为一种季铵盐型添加物，其分子上含有季铵盐、多个酰胺键以及碳碳双键等多个功能基团，在后续涂料熔融过程中，抗菌助剂通过碳碳双键能参与到成膜基质的聚合过程中，以化学键合的方式与成膜基质作用，不仅能使抗菌助剂以化学键合作用锚固于涂层中，提高抗菌助剂的耐迁移性，使涂层持续、稳定发挥抗菌作用；而且抗菌助剂的加入不会造成涂层力学性能和装饰效果的下降。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂40-50份、填料14-18份、偶联剂0.3-0.4份、抗菌助剂0.8-1份、固化剂10-12份、流平剂0.6-0.7份、安息香0.2-0.3份、消泡剂0.2-0.3份。

进一步地，填料为钛白粉、碳酸钙和云母粉中的一种或多种按照任意比例的混合物。

进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH550。

进一步地，抗菌助剂通过如下步骤制备：

S1、在三口烧瓶中将2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮溶解于乙醇中，放入37℃恒温水浴中，采用恒压滴液漏斗缓慢滴入质量分数为20％的N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液，于37℃恒温搅拌反应24h，反应结束后，旋蒸除去乙醇，获得中间产物；2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮、乙醇和N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液的用量之比为14g:80mL:44mL；

2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮含有活性较高的偶氮内酯环基团，与N,N-二甲基乙二胺分子上的端-NH₂发生亲核反应，获得中间产物，反应过程如下所示：

S2、在三口烧瓶中加入上述制备的中间产物和三氯甲烷，室温条件下搅拌使其完全溶解，然后加入溴代丁烷，升温至70℃回流反应12h，反应结束后，旋蒸除去三氯甲烷，充分干燥后，得到抗菌助剂；中间产物、三氯甲烷、溴代丁烷的用量比为36.5g:250mL:14.5g；

在溴代丁烷的作用下，中间产物分子上的含氮基团发生季铵化反应，获得抗菌助剂，反应过程如下所示：

获得的抗菌助剂为一种季铵盐型添加物，其分子上含有季铵盐、多个酰胺键以及碳碳双键等多个功能基团，其中的季铵盐具有抗菌效果好、稳定性强、安全无毒的特点，对细菌、霉菌等微生物具有较强的杀灭作用，属于抗菌防霉功能基团；其中的酰胺键与粉末涂料的成膜基质(丙烯酸树脂)具有较强的氢键相互作用；其中的碳碳双键，在后续涂料熔融过程中，能参与到成膜基质的聚合过程中，以化学键合的方式与成膜基质作用，不仅能使抗菌助剂以化学键合作用锚固于涂层中，提高抗菌助剂的耐迁移性，使涂层持续、稳定发挥抗菌作用；而且抗菌助剂的加入不会造成涂层力学性能的下降，在赋予抗菌防霉性能的同时不会降低力学性能。

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、按照配方重量份比例称取各原料，投入高速混合机中混合5-6min，获得预混料；

第二步、将双螺杆挤出机的温度设为110℃，将预混料投入到挤出机的料斗中，保持匀速熔融混炼挤出，经过双辊压片，待片材冷却后，用高速磨粉机磨碎，然后过180目筛，制得抗菌防霉的铝型材粉末涂料。

本发明的有益效果：

本发明的粉末涂料以丙烯酸树脂为成膜基质，在原料中加入了抗菌助剂，该抗菌助剂为一种季铵盐型添加物，其分子上含有季铵盐、多个酰胺键以及碳碳双键等多个功能基团，在后续涂料熔融过程中，抗菌助剂通过碳碳双键能参与到成膜基质的聚合过程中，以化学键合的方式与成膜基质作用，不仅能使抗菌助剂以化学键合作用锚固于涂层中，提高抗菌助剂的耐迁移性，使涂层持续、稳定发挥抗菌防霉作用；而且抗菌助剂的加入不会造成涂层力学性能和装饰效果的下降。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

抗菌助剂通过如下步骤制备：

S1、在三口烧瓶中将28g的2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮溶解于160mL乙醇中，放入37℃恒温水浴中，采用恒压滴液漏斗缓慢滴入88mL质量分数为20％的N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液，于37℃恒温搅拌反应24h，反应结束后，旋蒸除去乙醇，获得中间产物；

S2、在三口烧瓶中加入36.5g上述制备的中间产物和250mL三氯甲烷，室温条件下搅拌使其完全溶解，然后加入14.5g溴代丁烷，升温至70℃回流反应12h，反应结束后，旋蒸除去三氯甲烷，充分干燥后，得到抗菌助剂。

实施例2

抗菌助剂通过如下步骤制备：

S1、在三口烧瓶中将14g的2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮溶解于80mL乙醇中，放入37℃恒温水浴中，采用恒压滴液漏斗缓慢滴入44mL质量分数为20％的N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液，于37℃恒温搅拌反应24h，反应结束后，旋蒸除去乙醇，获得中间产物；

S2、在三口烧瓶中加入18.25g上述制备的中间产物和125mL三氯甲烷，室温条件下搅拌使其完全溶解，然后加入7.25g溴代丁烷，升温至70℃回流反应12h，反应结束后，旋蒸除去三氯甲烷，充分干燥后，得到抗菌助剂。

实施例3

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂400g、钛白粉140g、硅烷偶联剂KH5603g、抗菌助剂8g、固化剂DDDA 100g、流平剂6g、安息香2g、消泡剂2g；

该粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、按照配方重量份比例称取各原料，投入高速混合机中混合5min，获得预混料；

第二步、将双螺杆挤出机的温度设为110℃，将预混料投入到挤出机的料斗中，保持匀速熔融混炼挤出，经过双辊压片，待片材冷却后，用高速磨粉机磨碎，然后过180目筛，制得抗菌防霉的铝型材粉末涂料。

实施例4

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂450g、碳酸钙160g、硅烷偶联剂KH5503.5g、抗菌助剂9g、固化剂DDDA110g、流平剂6.5g、安息香2.5g、消泡剂2.5g；

该粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、按照配方重量份比例称取各原料，投入高速混合机中混合5.5min，获得预混料；

第二步、将双螺杆挤出机的温度设为110℃，将预混料投入到挤出机的料斗中，保持匀速熔融混炼挤出，经过双辊压片，待片材冷却后，用高速磨粉机磨碎，然后过180目筛，制得抗菌防霉的铝型材粉末涂料。

实施例5

一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂500g、云母粉180g、硅烷偶联剂KH5604g、抗菌助剂10g、固化剂DDDA 120g、流平剂7g、安息香3g、消泡剂3g；

该粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一步、按照配方重量份比例称取各原料，投入高速混合机中混合6min，获得预混料；

第二步、将双螺杆挤出机的温度设为110℃，将预混料投入到挤出机的料斗中，保持匀速熔融混炼挤出，经过双辊压片，待片材冷却后，用高速磨粉机磨碎，然后过180目筛，制得抗菌防霉的铝型材粉末涂料。

对比例

将实施例3中的抗菌助剂原料去掉，其余原料及制备过程不变。

对实施例3-5和对比例获得的粉末涂料，用静电喷涂的方式喷涂在经过除油除锈处理的金属板表面，然后置于200℃的烘箱中烘烤固化10min，形成涂层，进行如下性能测试：

按照GB 21551.2-2010检测抗菌粉末涂料的抗菌性能；按照GB 21551.2-2010进行防霉性能检测；抗冲击性能根据GB/T 1732-1993进行测试；附着力(划格法)：按GB/T 9286-1998测试；

测得的结果如下表所示：

由上表数据可知，本发明制得的粉末涂料具备较高的抗菌性(对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到了99.0％以上)，具备较高的抗霉菌性能(28d，不不长霉，防霉等级为0级)；结合对比例的数据可知，本发明通过抗菌助剂的加入，能够赋予涂料优良的抗菌防霉性能，且其不会对涂层的力学性能产生负面影响。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，其特征在于，包括如下重量份原料：丙烯酸树脂40-50份、填料14-18份、偶联剂0.3-0.4份、抗菌助剂0.8-1份、固化剂10-12份、流平剂0.6-0.7份、安息香0.2-0.3份、消泡剂0.2-0.3份；

其中，抗菌助剂通过如下步骤制备：

S1、在三口烧瓶中将2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮溶解于乙醇中，放入37℃恒温水浴中，采用恒压滴液漏斗缓慢滴入质量分数为20％的N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液，于37℃恒温搅拌反应24h，反应结束后，旋蒸除去乙醇，获得中间产物；

S2、在三口烧瓶中加入上述制备的中间产物和三氯甲烷，室温条件下搅拌使其完全溶解，然后加入溴代丁烷，升温至70℃回流反应12h，反应结束后，旋蒸除去三氯甲烷，充分干燥后，得到抗菌助剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，其特征在于，步骤S1中2-乙烯基-4,4-二甲基-2-恶唑啉-5-酮、乙醇和N,N-二甲基乙二胺的乙醇溶液的用量之比为14g:80mL:44mL。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，其特征在于，步骤S2中中间产物、三氯甲烷、溴代丁烷的用量比为36.5g:250mL:14.5g。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，其特征在于，所述填料为钛白粉、碳酸钙和云母粉中的一种或多种按照任意比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH550。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌防霉的铝型材粉末涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、按照配方重量份比例称取各原料，投入高速混合机中混合5-6min，获得预混料；

第二步、将双螺杆挤出机的温度设为110℃，将预混料投入到挤出机的料斗中，保持匀速熔融混炼挤出，经过双辊压片，待片材冷却后，用高速磨粉机磨碎，然后过180目筛，制得抗菌防霉的铝型材粉末涂料。