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抗菌防霉粉末涂料的研究

抗菌防霉粉末涂料的研究

2020年02月25日

摘 要：采用摄像录像最低抑菌浓度法 (MIC) 选择抗菌剂，添加于粉末涂料中，研究了抗菌剂的龙岩最佳用量、抗菌防霉粉末涂料的抗菌性、涂膜性能、颜色的热稳定性及与其他粉末涂料的相容性。

关键词：抗菌剂；最低抑菌浓度；抗菌；粉末涂料；防霉粉末涂料；涂料性能

引言

随着环保意识的不断提高和环保法规的逐步完善， 涂料行业对挥发性有机化合物 (VOC) 含量和有害物质(HMPS)含量的控制越来越严格，涂料水性化和粉末化的趋势越来越明显。作为环保型涂料的粉末涂料，其应用范围日益扩大，从传统的金属底材领域如家电、建材、交通器材、机器外壳等扩大到非金属底材领域，如塑料制品、玻璃制品、中密度纤维板等涂料。随着粉末涂料应用领域的扩大 , 粉末涂料经常会用于气候潮湿、温度适中的环境中，涂膜表面就有可能受到细菌、霉菌等有害微生物的侵害，导致涂膜玷污、变色、粉化、脱落，失去对底材的保护装饰功能，如果有害细菌与人体接触还会传染各种疾病，威胁人类的健康。

近年来，日本、欧美等国家先后研制开发了抗菌粉末涂料，Du Pont 、 Orion Industries 等公司生产的抗菌防霉型粉末涂料已广泛应用到家电、汽车等领域中。我国的抗菌涂料在液体涂料中应用很广泛，但是在粉末涂料行业中的应用还不多见。本文通过对传统的抗菌防霉剂进行筛选，确定了应用于粉末涂料的一种复合抗菌防霉体系，并讨论了这种抗菌防霉剂对粉末涂料及粉末涂膜的影响。

1 实验部分

1. 1 抗菌防霉剂的选择和制备

侵蚀涂料的微生物有细菌、霉菌、酵母菌和藻类，对粉末涂料而言，危害较大的微生物主要是细菌和霉菌，因此，开发抗菌防霉粉末涂料主要是针对这两种菌类。

可以用做抗菌防霉剂的物质有很多，主要分为4 大类：有机抗菌剂、无机抗菌剂、天然抗菌剂和高分子抗菌剂。无机抗菌剂是利用银、锌、铜、钛等金属离子的杀菌或抑菌能力而制得的一类抗菌剂，目前多采用沸石、硅灰石、陶瓷、不溶性磷酸盐等和金属离子有较强结合力的物质作载体制备而成，无机抗菌剂属于离子溶出接触型抗菌剂，耐热性好，广谱抗菌，有效期长，毒性低，不产生耐药性，但易变色，制备困难，对霉菌抑制力较弱；有机抗菌剂常用的有卤化物、有机锡、异噻唑、吡啶金属盐、咪唑酮、醛类化合物、季铵盐等，它们应用历史长 , 用量少，杀菌速度快，加工方便，颜色稳定性好，防霉效果好，但耐热性差，且易于产生生物耐药性；天然抗菌剂主要有壳聚糖类，耐热性较差，应用受到限制；高分子抗菌剂是模拟天然高分子抗菌剂合成的具有一定抗菌性能的高分子材料，制备较困难。

由于粉末涂料不含溶剂，由树脂、填料、添加剂等组分组成，抗菌防霉剂加入后，要求与各组分有良好的相容性不引起涂料颜色、气味及稳定性的变化，并能够经受住粉末涂料固化时的温度，且不影响粉末涂料的交联固化，不影响粉末涂膜的性能。本研究依据每种抗菌剂的最低抑菌浓度，选择了3 种抗菌剂，组成了无机/有机复合抗菌防霉剂，对该复合体系进行了化学处理， 同时利用高速拌搅、球磨等物理手段进行分散、细化，制成了粉末涂料专用抗菌防霉剂。

1. 2 抗菌防霉粉末涂料的制造

将占涂料总质量1% 的抗菌防霉剂与环氧树脂、聚酯树脂、流平剂、脱气剂、填料及其他添加剂按照普通的粉末涂料配方一起混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融混合，压片冷却，粉碎，再置于ACM 研磨机中，粉碎成粒径合适的粉末涂料。

取适量的抗菌防霉粉末涂料，用静电喷枪喷涂于样板上( 样板依据国标GB/ T 1727 制作)，置于设定温度的烘箱中，固化规定的时间后，取出，室温下放置24h 。按照HG/T2006 — 91 ( 电冰箱用粉末涂料标准) ，对涂膜性能综合测试，结果见表1；参照《卫生部消毒技术规范》中的抑菌实验，测试涂膜的抗菌率，结果见表2；按照GB2423.（电工电子产品基本环境试验规程中试验J：长霉试验方法ASTMG）测试防霉等级，结果见表3。以上各项试验均同时做空白对比试验。

起步较早

2 结果与讨论

2. 1 抗菌剂的选择

确定抗菌剂杀菌能力采用最低抑菌浓度法 (MIC) ，即在营养琼脂培养液中加入105cfu/mL 的菌液，测试完全不长菌时所需要的杀菌剂的最低浓度。表4 为3 种典型的抗菌剂的最低抑菌浓度。1 # 为无机纳米抗菌剂，它抗金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的能力很强，但对其他霉菌的抑制作用较弱；2 # 、3 # 为有机抗菌剂，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用差，但对其他不同霉菌有不同的抑制作用， 防霉谱不连续，2 # 、3 # 同时使用，既可保证防霉谱的连续，又能解决生物耐药性。根据以上分析， 最终确定了3 种组分同时使用，形成了有机/无机复合抗菌防霉剂。

无机抗菌剂中含有重金属离子，对粉末涂料的固化反应有一定程度的影响，在复合抗菌剂中应尽量少用无机抗菌剂，同时应对复合抗菌剂进行化学吸尘管处理，以减少对涂料树脂聚合反应的阻碍作用。在粉末涂料的配方设计中， 要选用高反应活性的树脂，或添加适量催化剂，以保证涂料树脂的充分固化。

2. 2 复合抗菌防霉剂在粉末涂料中的用量 ( 质量分数)

在普通粉末涂料配方中，添加不同质量分数的抗菌防霉剂，制成抗菌防霉粉末涂料，经喷涂、固化后，测试抗菌率 ( 以大肠杆菌为代表 )，结果见表5 。

由表5 可知 , 抗菌防霉剂的最佳用量应为1%, 此时的抗菌率已达98 %，进一步提高抗菌防霉剂的用量，抗菌率提高有限，且会影响涂膜的固化反应，还会增加成本，当用量达到2.5% 时，固化后涂膜的耐冲击性能变得很差，不能满足涂膜对底材的保护功能。因此，抗菌防霉剂的用量应为≤ 2%，用量为1% 时即可满足一般要求。

2. 3 抗菌防霉剂对粉末涂料颜色稳定性的影响

传统的抗菌防霉剂热稳定性差，易变色，会影响制品的颜色。因此 , 有必要对抗菌防霉粉末涂料的颜色稳定性进行研究。抗菌防霉剂主要受光、热的影响而产生颜色的变化，抗有4个在禹城建立分支机构菌防霉粉末涂料要经受180 ℃以上的烘烤功能愈来愈强大温度，所以，最主要的影响因素是涂膜固化过程中的热量。热稳定性随着抗菌防霉剂的用量增加而降低输出的最全面的结果，见表6 。当用量为2%时，热稳定性较差，此时，测试颜色随温度的变化情况，见表7。

表6 、7 表明抗菌防霉剂用量 2% 范围内，抗菌防霉粉末涂料的色差是可以接受的。

2. 4 抗菌防霉剂对粉末涂料相容性的影响

在粉末涂料施工过程中，经常会遇到相容性的问题，如果2 种粉末涂料不相容或相容性差，就会产生缩孔、失光、针孔等多种问题。取普通粉末涂料和抗菌防霉粉末涂料 ( 基本配方一致 , 仅有抗菌防霉剂含量的区别 ) 各200g, 根据表8作混粉试验，结果表明，抗菌防霉剂对粉末涂料的混容性没有影响。

3 结语

(1) 选择抗菌防霉剂时必须综合考虑抗菌、防霉、生物耐药性、杀菌谱等多种因素，无机 / 有机复合体系可以达到这一要求。

(2) 在选择抗菌防霉男包剂时必须慎重，由于其中含有重金属离子，阻碍涂料中树脂之间的化学反应 , 在涂料配方中必须选择高反应活性的树脂 , 并尽量减少抗菌防霉剂的用量。

(3) 抗菌防霉剂对粉末涂料颜色的热稳定性和粉末之间的混容性几乎没有影响。

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