[发明专利]含二氧化钛和季铵盐的纳米复合抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明提供含二氧化钛和季铵盐的纳米复合抗菌涂层及其制备方法，以丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯为主共聚基体，合成了一种乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵，乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵既作为可聚合乳化剂又作为阳离子单体通过静电相互作用和空间位阻相互作用调控二氧化钛纳米粒子在聚合物基体中的分散，通过半连续乳液聚合制备纳米复合乳液，此外，乙烯基苄基二甲基十二烷基氯化铵还作为季铵盐类有机抗菌剂，与二氧化钛纳米粒子起到协同抗菌的作用。以丙烯酸丁酯(BA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为涂层主要成分，采用乳液聚合的方法制备纳米复合涂层，将二氧化钛纳米粒子分散于聚合物基体中，制备高分散纳米复合抗菌涂层。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，更具体地说涉及一种含二氧化钛(TiO₂)和季铵盐的纳米复合抗菌涂层及其制备方法和应用。

背景技术

微生物感染和细菌污染已成为一个日益严重的问题，严重影响工业产品的质量和寿命，也对人类健康和安全产生不利影响。日常生活中，细菌无处不在，我们经常接触到的各种物体表面几乎都聚集着各种细菌等微生物，比如汽车方向盘、鼠标、电梯扶手、地铁把手等，这对我们的人身健康造成了严重的威胁。随着人类生活水平的不断提高，人们对于居住、工作、生活的环境质量以及卫生健康方面有了更高的要求。涂层作为重要的建材，在日常生活中家具生产、材料包装、工业产品防护等各方面具有广泛应用。同时，出于人们对自身安全的考虑以及对环保的需求，也使得抗菌涂层的应用越来越受人关注。

目前的抗菌涂层主要为添加型抗菌涂层，主要是通过添加的方式，将具有抗菌功能并且能够在涂膜中稳定存在的抗菌剂，在经过一定的加工工艺后，以制备具有抗菌功能的涂层。在此类添加型的抗菌涂层中，抗菌剂是作为一种助剂，以分散于涂层体系中，这类抗菌剂包括纳米二氧化钛、纳米银、抗生素、季铵盐等。由于二氧化钛纳米粒子(TiO₂NPs)具有异常突出的抗菌性能，故在抗菌涂层领域有着非常重要的不可替代的作用。TiO₂NPs作为一种热门的光催化剂被应用到抗菌材料中，其作为抗菌剂具有众多优势：首先，TiO₂ NPs毒性低，安全性高；其次，TiO₂ NPs具有很强的抗菌能力，并且具有即时的抗菌效果，TiO₂ NPs发挥抗菌效果仅需2h左右，而银系抗菌剂则需要12～24h左右；除此之外，TiO₂ NPs的抗菌机理主要是光催化效应，因此不会出现其它抗菌剂随着时间的推移和抗菌剂的使用逐渐消耗进而削弱抗菌效果的问题，TiO₂ NPs具有持久且稳定的抗菌性能；此外，TiO₂ NPs这种光催化型抗菌剂还具有广谱抗菌的优点，对常见的各种微生物和致病菌均有很好的抑制和杀灭作用，并且TiO₂ NPs不产生耐药性。此外，TiO₂ NPs是白色固体，将其引入聚合物中几乎不会对聚合物的外观和透明性等造成负面影响；其次，TiO₂ NPs的光催化效应除了赋予其很强的抗菌性能之外，还使其吸收光照尤其是紫外光，进而防止聚合物材料在长期使用过程当中发生老化和降解等，从而延长材料使用寿命。然而，由于纳米二氧化钛与基体树脂存在结构差异性，同时由于纳米粒子粒径小、比表面积大、表面能大、表面作用强，导致其易团聚，分散性差。因而如何使纳米二氧化钛在基体中分散均匀就成为了制备这类抗菌涂层的一个关键问题。目前已报道的分散方法多为纳米粒子表面改性，这些方法大多操作复杂，步骤繁琐，对环境污染大，给纳米复合涂层的制备带来诸多不便。

发明内容