一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料
技术领域
，尤其是涉及一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及其制备方法和应用。背景技术
远红外线的发现已经有200多年的历史，近年来一直探索远红外线的工业应用和医学应用。在医学应用领域，研究人员研究远红外线的频谱作用对人体的生物医学效应，逐渐开发出了远红外浴箱、远红外辐照器、远红外健身器、频谱治疗仪等一系列医疗及保健类装置。环顾国内外市场，远红外材料及其制品的销量不断增加，影响不断扩大，不仅在消费者中传播开来，而且不断的显示出新的发展潜力。近年来，随着人们生活水平的逐渐提高，对家庭环境、生活空间的环保、健康要求逐渐增高，而且对身体健康状况越来越受到重视，因此，如果能够开发出具有更多远红外频谱功效的保健产品将会受到人们的重视和青睐，这将具有广阔的市场前景和应用价值。
抗菌作为一种远红外保健领域锦上添花的功效，随着现代人类自我防护意思的进一步提升而被越来越重视，在现有远红外功效的基础上，引入高效抗菌元素，可以进一步完善远红外频谱产品的功效，更加适合人类使用和更好的造福人类。
具有频谱功效的远红外材料一般均为硬质材料，只能应用在固定的板类或者其他建材表面，因此，本发明提供了一种可以涂覆在柔性薄膜表面的具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，可以很好的被应用在可穿戴式或者其他需要柔性材料的领域，弥补市场上中相关产品的不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及其制备方法和应用，用于解决现有柔性涂层及其相应薄膜制品不具备抗菌功效和无法柔性涂覆的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：水性聚氨脂30～70份、频谱粉体8～30份、流平剂1～3份、消泡剂0.2～1份、增稠剂0.2～0.5份和抗菌剂2～4份，所述频谱粉体包括Al2O3-TiO2-Cr2O3类陶瓷粉体、碳类粉体、硅酸盐矿物粉体中的至少一种。
本发明根据不同功效的场合，可以制备成具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，在需要高频谱功效的场合，选择使用Al2O3-TiO2-Cr2O3类陶瓷粉体，能够在20-50℃的室温附近辐射出6-15μm的远红外线，该波长与人体红外吸收谱可完美匹配，可以成为“生命热线”或“生理热线”，对人体有众多好处。在需要高抗菌要求场合中，选择抗菌剂和碳系粉体，可以在保持远红外频谱功效的基础上，进一步提高涂层的抗菌性能，而且其自身形态稳定，使用寿命长。在合成过程中加入增稠剂、流平剂和消泡剂等功能性添加剂，能够增强涂层材料的结构强度和加工特性。采用上述重量份数的组分制备的抗菌柔性涂层可以涂覆在薄膜的表面，使得薄膜可以应用于可穿戴式或者其他需要柔性材料的领域中。
作为本发明所述抗菌柔性涂层的优选实施方式，所述碳类粉体包括石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的至少一种。
作为本发明所述抗菌柔性涂层的优选实施方式，所述硅酸盐矿物粉体包括托玛琳粉体、麦饭石粉体、鸵鸟石粉体、硅藻土粉体中的至少一种。
更优选地，陶瓷粉体还可以为氧化铬绿、氧化铝、氧化钛和氧化锆。
作为本发明所述抗菌柔性涂层的优选实施方式，所述抗菌剂为银离子水溶液和/或季铵盐类溶液。
本发明选择含有银离子水溶液、季铵盐类溶液和碳系粉体，使得涂层可以在保持远红外频谱功效的基础上，更进一步提高涂层的抗菌性能，而且其自身形态稳定，使用寿命长。
作为本发明所述抗菌柔性涂层的优选实施方式，所述水性聚氨酯为单组份水性聚氨酯，所述流平剂为丙烯酸类流平剂；所述增稠剂为无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂。
更优选地，本发明抗菌柔性涂层还包括交联剂、分散剂等添加剂，上述添加剂不仅限于此。交联剂包括三元醇、蓖麻油、三羟甲基丙烷、季戊四醇中的至少一种。
第二方面，本发明提供了上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、频谱粉体、交联剂、流平剂、分散剂、增稠剂、消泡剂和抗菌剂搅拌混合，搅拌速度为800～1000r/min，0.5～1h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
本发明抗菌柔性涂层的制备方法成本低，成型工艺简单，可操作性强，通过限定先后的组分添加的顺序，增强了具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层的稳定性和加工特性。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，步骤S1中，采用0.4mm的氧化锆球在研磨机中对频谱粉体进行研磨。
第三方面，本发明提供了上述抗菌柔性涂层在制备抗菌柔性薄膜上的应用。
作为本发明所述应用的优选实施方式，所述抗菌柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将要进行丝网印刷的薄膜材料放入等离子处理设备中，在5000w额定功率等离子处理设备下，处理5～6min后取出备用；
2)采用丝网印刷的方式将抗菌柔性涂层涂覆在在薄膜材料的表面，采用100目丝网作为涂覆网控制抗菌柔性涂层的厚度为300μm，温度控制为80℃，成膜后进入下一道工序；
3)采用300目丝网作为涂覆网控制抗菌柔性涂层的厚度为100μm，温度控制为80℃，成膜后卷曲备用，获得抗菌柔性薄膜。
本发明通过等离子处理和丝网印刷的工艺方式，制成的抗菌柔性薄膜具有较高的柔韧性。通过等离子处理，可以进一步激发薄膜材料表面的活性离子，确保涂覆层具有更强的结合作用；通过丝网印刷的方式，可以均匀完整的将抗菌柔性涂层涂覆在薄膜的表面，最后通过两次具有远红外频谱功效的涂层成膜的方式，获得强度高稳定性好功能层，使用寿命长，同时实现了稳定的远红外频谱功效，从而可以广泛用于人们日常相关的柔性产品加工与制作，如服装手套及频谱保健类产品等。
作为本发明所述应用的优选实施方式，所述抗菌柔性薄膜的制备方法中，采用具有鼓风干燥功能的精密烘箱和热空气加热的方式。
上述方案中采用具有鼓风干燥功能的精密烘箱和热空气加热的方式，可以确保均匀控制抗菌柔性涂层的表面温度，确保薄膜表面的抗菌柔性涂层实现从表层向内部的均匀固化。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供了一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，在确保涂层具有远红外频谱功效的前提下，其抗菌效果和柔性更佳；
2)本发明抗菌柔性涂层的制备方法成型工艺简单，后加工能力强，实现抗菌柔性涂层在远红外频谱产品上众多潜在应用；
3)采用丝网印刷的方式，将抗菌柔性涂层涂覆在薄膜表面，可以使涂层和柔性薄膜材料更好的结合，提高了产品的稳定性。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
在以下实施例和对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在以下实施例和对比例中，丙烯酸类流平剂可采用丙烯酸酯流平剂；无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂采用改性聚酰胺蜡增稠剂，原料均可从市场中得到。
实施例1、一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及抗菌柔性薄膜
一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：
水性聚氨脂55份、Al2O3-TiO2-ZrO2系白色陶瓷粉体20份(Al2O3粉体8份、TiO2粉体8份、ZrO2粉体4份)、石墨烯3份、丙烯酸类流平剂1.5份、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂0.8份、非离子型聚氨酯分散剂2份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂0.3份和200ppm浓度的银离子水溶液2份。
上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，采用0.4mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、Al2O3-TiO2-ZrO2系白色陶瓷粉体、石墨烯、交联剂、丙烯酸类流平剂、非离子型聚氨酯分散剂、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂和银离子水溶液搅拌混合，搅拌速度为900r/min，0.5h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
一种抗菌柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)采用具有鼓风干燥功能的精密烘箱和热空气加热的方式，确保可以均匀控制涂层表面温度，确保薄膜涂层实现从表层向内部的均匀固化；
2)将要进行丝网印刷的薄膜材料放入等离子处理设备中，在5000w额定功率等离子处理设备下，处理5min后取出备用；
3)采用丝网印刷的方式将上述制备的抗菌柔性涂层涂覆在在薄膜材料的表面，采用100目丝网作为涂覆网控制抗菌柔性涂层的厚度为300μm，精密烘箱的温度控制为80℃，成膜后进入下一道工序；
4)采用300目丝网作为涂覆网控制抗菌柔性涂层的厚度为100μm，精密烘箱的温度控制为80℃，成膜后卷曲备用，获得抗菌柔性薄膜。
实施例2、一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及抗菌柔性薄膜
一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：
水性聚氨脂40份、石墨烯2份、托玛琳粉体25份、炭黑1份、丙烯酸类流平剂1.5份、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂0.8份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂0.2份和200ppm浓度的银离子水溶液4份。
上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，采用0.4mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、石墨烯、托玛琳粉体、炭黑、交联剂、丙烯酸类流平剂、非离子型聚氨酯分散剂、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂和银离子水溶液搅拌混合，搅拌速度为800r/min，0.5h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
抗菌柔性薄膜的制备方法如实施例1相同，区别采用实施例2制备的抗菌柔性涂层涂覆。
实施例3、一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及抗菌柔性薄膜
一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：
水性聚氨脂40份、石墨烯2份、氧化铬绿25份、炭黑1份、丙烯酸类流平剂1.5份、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂1份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂0.2份和200ppm浓度的银离子水溶液4份。
上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，采用0.4mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、石墨烯、氧化铬绿、炭黑、交联剂、丙烯酸类流平剂、非离子型聚氨酯分散剂、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂和银离子水溶液搅拌混合，搅拌速度为800r/min，0.5h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
抗菌柔性薄膜的制备方法如实施例1相同，区别采用实施例3制备的抗菌柔性涂层涂覆。
实施例4、一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及抗菌柔性薄膜
一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：
水性聚氨脂30份、石墨烯2份、麦饭石粉体27份、炭黑1份、丙烯酸类流平剂1份、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂0.2份、非离子型聚氨酯分散剂2份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂0.2份和200ppm浓度的银离子水溶液3份。
上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，采用0.4mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、麦饭石粉体、石墨烯、炭黑、交联剂、丙烯酸类流平剂、非离子型聚氨酯分散剂、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂和银离子水溶液搅拌混合，搅拌速度为1000r/min，0.5h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
抗菌柔性薄膜的制备方法如实施例1相同，区别采用实施例4制备的抗菌柔性涂层涂覆。
实施例5、一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层及抗菌柔性薄膜
一种具有远红外频谱功效的抗菌柔性涂层，包括以下重量份数的成分：
水性聚氨脂70份、Al2O3-TiO2-ZrO2系白色陶瓷粉体2份(Al2O3粉体1份、TiO2粉体0.5份、ZrO2粉体0.5份)、石墨烯1份、丙烯酸类流平剂1份、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂0.2份、非离子型聚氨酯分散剂1份、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂0.2份和200ppm浓度的季铵盐类溶液2份。
上述抗菌柔性涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将频谱粉体放入微纳米级砂磨机，采用0.4mm的氧化锆球在涡轮式的研磨机中研磨频谱粉体，获得粒径小于15μm的频谱粉体；
S2、先后放入上述重量份数的水性聚氨脂、Al2O3-TiO2-ZrO2系白色陶瓷粉体、石墨烯、交联剂、丙烯酸类流平剂、非离子型聚氨酯分散剂、无溶剂的改性聚酰胺蜡类增稠剂、聚二甲基硅氧烷类有机硅消泡剂和银离子水溶液搅拌混合，搅拌速度为1000r/min，0.5h后，取出，即得抗菌柔性涂层。
抗菌柔性薄膜的制备方法如实施例1相同，区别采用实施例5制备的抗菌柔性涂层涂覆。
对比例1
选择市售的柔性薄膜作为对比例，购买于杭州高烯科技有限公司。
对比例2
与实施例1相比，区别在于，抗菌柔性涂层不含有Al2O3-TiO2-ZrO2系白色陶瓷粉体，石墨烯的重量份数为23份，其他步骤和参数与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，区别在于，抗菌柔性薄膜的制备方法中不含有步骤2)，其他步骤和参数与实施例1相同。
试验例一、抗菌柔性薄膜性能对比
将实施例1-5及对比例1-3的薄膜按照测试标准GB/T 21866和GB/T 7287测定上述薄膜的抗菌性、柔性和附着能力，测试结果见表1。
表1实施例和对比例性能测试数据对比
由上述表1可知，采用本发明的各实施例(实施例1-5)制备的抗菌柔性薄膜，抗菌性能优异，抗菌率均高于99.99％，相比较于普通的薄膜材料，抗菌性能有显著的提升。结合柔性性能判断，本发明的抗菌柔性涂层具有更加优异性能。
与实施例1相比，对比例1采用市售的柔性薄膜，其抗菌率(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)为0，且经过测试标准，出现了明显的弯折痕迹，说明本发明的抗菌柔性薄膜在抗菌和柔性效果方面更佳。
对比例2的抗菌柔性涂层减少了组分，其抗菌柔性涂层的柔性功效不及实施例1-5，对比例3抗菌柔性薄膜的制备方法中不含有步骤2)，缺少等离子处理步骤，其薄膜容易出现弯折痕迹和涂层脱落情况，本发明采用等离子处理薄膜材料，激发薄膜材料表面的活性离子，确保涂覆层具有更强的结合作用。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
