一种自清洁UV涂料及其制备方法与流程

本发明属于uv涂料的，涉及一种自清洁uv涂料及其制备方法。

背景技术：

1、紫外光固化涂料(uv涂料)是20世纪末在欧美、日本等地区兴起的一种新型涂料。由于其固化后的涂层展现出卓越的抗划伤性、高硬度以及良好的丰满度，并且具备高效、节能、环保和经济等多重优势，该涂料在建筑、体育用品、电子通讯、包装材料以及汽车部件等多个领域得到了广泛的应用。特别地，具备自清洁功能的紫外光固化涂料，通过赋予基材独特的物理化学特性，使得基材无需借助传统的人工清洗方式即可实现自我清洁，成为近年来uv涂料领域中日益受到关注的创新产品。

2、zno是多功能、有前途的无机材料，属ii-vi半导体。它具备压电、半导体、化学传感、电导率和光学特性。其特点包括近紫外光谱的直接宽带隙(3.3ev)、高激子结合能(60mev)及自然n型电导率，广泛应用于多领域。此外，氧化锌也展现出显著的抗菌性能，且成本相对低廉。经过纳米技术改性的zno材料，亦展现出由纳米粒子尺寸效应所引发的多种特殊性能。纳米级的zno颗粒因其较大的总表面积和增强的穿透生物膜能力，能够有效地消灭多种细菌和微生物，包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌等。然而，在纳米粒子的应用领域中，目前面临的主要挑战之一是纳米粒子的聚集问题。纳米级zno粒子由于其尺寸处于纳米级别，具有较大的比表面积，导致粒子间接触面广泛，易于聚集形成较大的颗粒，从而无法充分发挥纳米材料的特殊性能。特别是在纳米粒子与高分子材料混合或应用于涂料中时，聚集现象尤为显著。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自清洁uv涂料及其制备方法，本发明制得抗菌颗粒由有机聚合物包裹氧化锌构成，提升氧化锌在涂料体系中的分散性和相容性，包裹的氧化锌含有多种基团，可作为白炭黑与涂料体系界面的相容剂，提高涂料的抗菌性和力学性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种自清洁uv涂料按重量份数包括以下组分：水性聚氨酯丙烯酸酯乳液52-68份、反应单体5-8份、抗菌颗粒10-13份、光引发剂2-3份、消泡剂0.2-0.4份、分散剂0.2-0.3份、流平剂1-2份、白炭黑4-6份、助溶剂2-4份和去离子水24-30份。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应单体由甲基丙烯酸和乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯按质量比3-4：2-5混合而成；所述水性聚氨酯丙烯酸酯乳液选自长兴化学的dr-w485。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述光引发剂为光引发剂184，即1-羟基环己基苯基甲酮。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述消泡剂为byk019、byk-020和byk-1794中一种或多种。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂为byk190。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚流平剂，优选地，选用byk-3455。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述助溶剂为乙二醇丁醚和丙二醇丁醚和丙二醇甲醚中一种或两种。

10、其中，所述抗菌颗粒的制备包括以下步骤：

11、1)将氧化锌置于乙醇溶液中超声混合后，加入硅烷偶联剂升温搅拌混合后，冷却至室温，离心取固体物进行洗涤，置于烘箱中真空干燥后，得到预制颗粒；

12、2)在惰性氛围下，将预制颗粒和有机溶剂机械搅拌混合后，加入丁香酚、油酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯高速搅拌后，加入引发剂加热搅拌，冷却至室温后进行离心，洗涤，置于烘箱中真空干燥后，得到改性复合体；

13、3)将改性复合体浸泡于紫苏醛溶液中升温搅拌后进行纯化，置于烘箱中真空干燥后，得到抗菌颗粒。

14、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述超声混合为在200-300w频率下超声20-30min；所述升温搅拌混合为在50-60℃温度下搅拌混合3-4h。

15、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述洗涤为无水乙醇洗涤三次；所述真空干燥为在80-90℃温度下真空干燥6-8h。

16、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述氧化锌、乙醇溶液和硅烷偶联剂的质量比为20-26：60-70：8-10；所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂nq62；本发明实施例和对比例中，所述乙醇溶液的质量分数为95％。

17、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述惰性氛围为氮气惰性氛围；所述机械搅拌混合为在500-800r/min转速下搅拌混合15-20min；所述高速搅拌为在1000-1200r/min转速下高速搅拌30-40min；所述加热搅拌为在60-70℃温度下搅拌5-6h。

18、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述洗涤为无水乙醇洗涤三次；所述真空干燥为在70-80℃温度下真空干燥8-10h。

19、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述预制颗粒、有机溶剂、丁香酚、油酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和引发剂的质量比为20-30：60-70：11-12：2.2-2.6：16-18：0.8-1.0。

20、作为本发明的一种优选技术方案，首先，油酸具有一定的抗菌活性。油酸是一种脂肪酸，具有较强的亲油性，可以与细菌细胞膜中的脂质相互作用，破坏细菌细胞膜的完整性，导致细菌细胞的渗透性增加，最终导致细菌死亡；此外，油酸还可以干扰细菌的代谢过程，影响细菌的正常生长和繁殖，从而发挥抗菌作用。

21、作为本发明的一种优选技术方案，纳米级氧化锌对细菌细胞膜的穿透作用以及zno纳米粒子促进活性氧自由基的产生，这种自由基能够杀死细菌从而实现抗菌作用。

22、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述有机溶剂为无水乙醇和异丙醇中一种或两种；所述引发剂为引发剂aibn。

23、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述升温搅拌为在60-70℃温度下升温搅拌4-5h。

24、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述纯化为过滤后取固体进行醇洗；所述真空干燥为在80℃温度下真空干燥至恒重。

25、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述改性复合体和紫苏醛溶液的质量比为20-21：8-10；所述紫苏醛溶液由紫苏醛和乙醇按质量比5-6：40-50混合而成。

26、本发明公开了一种自清洁uv涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

27、将水性聚氨酯丙烯酸酯乳液、反应单体、抗菌颗粒、光引发剂、消泡剂、流平剂、分散剂、白炭黑、助溶剂和去离子水在1200-1500r/min转速下混合50-60min后，即得。

28、本发明的有益效果：

29、1、本发明涂料固化后，表面形成类似荷叶的微观凹凸结构，纳米级涂层使灰尘悬浮，增大水接触角，促进水珠滚落并吸附灰尘，增加污物附着难度。涂层通过自我分层，形成富含疏水物质的表层，赋予涂层卓越疏水抗油污性能，确保污染物被自然因素清除。涂层具备亲疏水性物质特性，实现易清洁和自我清洁功能。

30、2、本发明制得抗菌颗粒由有机聚合物包裹氧化锌构成，提升氧化锌在涂料体系中的分散性和相容性，包裹的氧化锌含有多种基团，可作为白炭黑与涂料体系界面的相容剂，提高涂料的抗菌性和力学性能。