抗菌防霉涂料.doc

抗菌防霉涂料的研制和应用
李泽国 朱月侠 李毕忠
（北京崇高纳米科技有限公司 100084）

摘要：本文介绍了有害微生物对涂料及其涂饰制品的危害和原因，涂料配方设计所应用的抗菌防霉剂的品种、作用机理、选用原则等，以及抗菌防霉性涂料抗菌防霉效果的评价方法，同时，还重点介绍了我公司研制的新型纳米抗菌防霉剂及其在不同涂料中的一些具体应用。
关键词：抗菌 防霉 涂料 纳米技术

¨ 0.引言
乳胶漆、水性涂料和油性树脂面漆等涂料中的有机物成分为微生物滋生、繁殖提供了丰富的物质基础。微生物利用这些营养物质经过生物降解、生化合成，体内新陈代谢，获得能量，转化成自身的各种生命物质。这一复杂的生命过程可同时产生酶和有机酸，而这些代谢物可使涂料中的有机物和成膜后的物质不断受到破坏。随着微生物的不断繁殖，涂料的破坏程度不断加速，其粘度下降、破乳、分层、沉降、腐败、发臭，失去使用价值。漆膜受到微生物的侵袭后，成膜物质被溶解，基材受到腐蚀失去对环境的抵抗能力，直致变色、起泡、粉化、脱落，使被保护材料失去保护层。特别是在通风不良的潮湿环境场所，以及环境中富含营养物的场所，微生物对涂料的破坏作用表现就更加突出。因此，涂料在生产时都必须加入合适的抗菌、防霉剂，制成可抵御微生物侵害的抗菌防霉涂料，保证涂料产品在生产期、贮存期和使用后不受微生物侵害，长期保持涂饰效果。
随着现代经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活和工作环境中的卫生要求也在迅速提高。于是，近些年来，涂料产业开始向着绿色环保、无毒、健康卫生的方向发展。特别是随着纳米技术迅速发展，涂料的综合性能得到了长足的改善。大量实验结果表明，如果将纳米抗菌防霉剂在涂料中能很好地分散，那么其抗菌和防霉的效果可以大大提高。我公司正是在这一背景下，结合纳米技术，几年来连续研究开发出了一批可应用于不同种涂料的抗菌防霉剂，分散性优异，使用方便，涂膜制品抗菌率可达到99%，而防霉效果可达到0级。
¨ 1.涂料中抗菌防霉剂作用机理
目前，对于有关抗菌防霉剂的抗菌防霉机理研究还不够深入，但公认的主要有以下几方面的作用机理：
①使细菌或霉菌细胞内的各种代谢酶失活，从而杀死细菌或霉菌；②与细胞内的蛋白质发生化学反应，破坏其机能；③阻断DNA的合成，抑制孢子生成，抑制细菌生长；④明显地加快磷酸氧化还原体系的反应，打乱细胞正常生长体系；⑤破坏细胞内的能量释放体系；⑥阻碍电子转移系统及氨基酸转酯的生成；⑦通过静电场的吸附作用，使细菌或霉菌的细胞壁破坏而杀死细胞 ；⑧通过光催化作用，在无机抗菌防霉剂表面产生的活性氧来杀灭微生物，分解有机营养物，有效的抑制细菌或霉菌的繁殖。
¨ 2.抗菌防霉涂料的配方设计
抗菌防霉涂料由抗菌防霉剂、黏结剂、颜料和填料、助剂等组成。配方设计的任务，就是将抗菌防霉涂料调配得既具有合格的抗菌防霉性能，又具有优良的装饰性能，当然，其还必须有足够的贮存稳定性和施工性，以及生产的可操作性等。抗菌防霉涂料配方设计和调整的过程，也是对涂料中抗菌防霉剂的选择优化，达到整体配方中各组分互相匹配、相容的研究开发过程。
¨ 2.1抗菌防霉剂的选用条件
抗菌防霉涂料的抗菌防霉功能主要依靠抗菌防霉剂来实现的，其理想的抗菌防霉剂应具备如下条件：
² 高效：少量添加就能杀死或抑制微生物繁殖；
² 广谱：对多种微生物都有杀死或抑制作用；
² 低毒：安全性高，对皮肤、黏膜、眼睛等没有不良刺激反应，并且不污染环境；
² 相容性好：在涂料中容易分散；
² 稳定性高：不与涂料中的其它成分发生反应，对光、热、酸、碱等也无影响，长效性高；
² 无色无难闻气味，无腐蚀性：加入涂料中不影响产品的质量和性能；
² 来源丰富，价格低廉，使用方便。
¨ 2.2抗菌防霉剂种类
根据材料类型的不同，抗菌防霉剂可分为有机抗菌防霉剂和无机抗菌防霉剂。有机抗菌防霉剂为传统抗菌防霉剂，在医疗领域和工农业得到了广泛应用，如苯并咪唑类、吡啶类、碘炔丙基类、异噻唑啉类、季铵盐类、苯酚类、有机锡类、有机砷类等等。无机抗菌防霉剂通过抗菌成分的离子（Ag+、Cu2+、Zn2+等）及其化合物结合于无机材料而制得的，如载银沸石化合物、磷酸锆载银化合物、氧化亚铜、纳米氧化锌等等。通常，有机抗菌防霉剂存在耐热性、安全性差等问题，且抗菌防霉长效性差，而无机抗菌防霉剂耐热性好，且抗菌性高效广谱。不过，银系抗菌防霉剂如果表面处理不好却会出现变色问题。还有，无机抗菌防霉剂的防霉性长效性虽好，但防霉效率一般低于有机类抗菌防霉剂，用量较高。我公司经过长期摸索研究，综合利用有机抗菌防霉剂和无机抗菌防霉剂的特点，结合纳米技术处理手段，研制出了一系列可应用于不同涂料的新型高效纳米无机/有机复合抗菌防霉剂。相关产品目录见下表：
牌号
用量（重量比）
适用范围
安迪美-AM2
1.5-2.0%
适用于苯丙类等水性内墙乳胶漆
及粉末涂料等等
安迪美-AMS
0.4-0.6%
适用于水性或油性内墙涂料，还特别适合于那些对光亮度要求高的涂料制品
安迪美-AMZ-B
0.7-1.2%
适用于普通水性和油性涂料及粉末涂料等等
安迪美-CAL
5.0%
适用于阳离子或非离子型水性涂料，如室内及木器制品表面装饰等涂料
安迪美-CAL-1
1.0%
适用于各类油性涂料，特别是一些透明性要求高表面修饰层，如家具、地板等表面面漆。
安迪美-CAL-4
1.0-1.5%
适用于阳离子或非离子型的水性性涂料，特别是一些透明性要求高的表面修饰层，如家具、地板等表面面漆。另外，该类产品还适用于水性三聚氰胺的板材胶等
安迪美-CAL-T
1.0-1.5%
适用于各类水性涂料（阴离子型、阳离子性和非离子型），特别是一些透明性要求高的表面修饰层

¨ 2.3抗菌防霉涂料的一般生产方法
我们期望的是，尽量不增加繁杂的工艺过程和昂贵的设备投资，应用可实现纳米级分散的技术。经过我们预先分散加工处理的抗菌防霉剂，在涂料中的使用一般来说比较简单，一是在涂料生产的混料阶段直接将抗菌剂混入，搅匀，在有条件的情况下也可将混合料送入分散设备，如砂磨机或三辊研磨机，进行研磨直至达到所需的分散程度；二是在涂料施工前，将抗菌防霉剂混入现成的涂料中，搅匀即可使用。
¨ 3. 抗菌防霉性能的评价方法
涂料抗菌防霉检测一般参照抗菌材料的抗菌防霉测试方法和评价指标，目前轻工行业标准QB/T2591-2003《抗菌塑料——抗菌性能试验方法和抗菌效果》是与国际接轨的固体材料表面抗菌防霉测试方法，已在国内被广泛采用。同时，抗菌防霉涂料的行业标准也正在起草制订中。
3.1抗细菌性能的测试
取0.2ml规定浓度的菌悬液滴在经消毒的已涂饰样品的表面（涂料干膜要预先烘烤去除VOC的干扰），用聚乙烯薄膜覆于其上。在37℃﹑相对湿度90%的恒温恒湿培养箱内培养18-24h。然后，用无菌水将菌液洗下，稀释成适当的浓度梯度。取0.1ml均匀涂布在无菌琼脂培养基上。移至培养箱内于37℃培养18-24h，观察结果。
结果判定：抗细菌率≥99%，符合Ⅰ级，表明有强抗细菌作用；抗细菌率≥90%，符合Ⅱ级，表明有抗细菌作用。
3.2防霉性能的测试
将一定量的孢子混悬液喷在待测样品和培养基上，28℃﹑相对湿度≥90%下培养14-28d，通过直接观测长霉菌程度来评价样品的长霉菌等级。
样品长霉等级：
0级：不长，即显微镜（放大50倍）下观察未见生长；
1级：痕迹生长，即肉眼可见生长，但生长覆盖面积小于10%；
2级：生长覆盖面积不小于10%。
长霉菌等级符合0级的表明有强抗霉菌作用；长霉菌等级符合1级的表明有防霉菌作用。
¨ 4. 抗菌防霉涂料应用的典型效果
将5重量份安迪美-CAL抗菌剂（液体分散处理液）与95重量份普通苯丙涂料搅拌混合，然后涂饰在塑料板上，自然凉干。经80℃鼓风烘箱干燥驱除VOC，测试抗菌防霉性。
结果表明，抗菌率（测试菌株为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）均大于99%，防霉等级0级。经在培养基上培养，细菌生长情况见下图中A所示，接触抗菌样品后的金黄色葡萄球菌不再具有生长和繁殖能力。在涂料样品表面的测试霉菌7天时的生长情况见图B所示。在抗菌防霉涂料表面霉菌无法繁殖。
图A，左：普通涂料
右：抗菌防霉涂料
注：培养皿中为培养基， 颗粒状为金黄色葡萄球菌生长菌落。

图B，左：抗菌防霉涂料
右：普通涂料
注：白色底板为涂料，蓝色为生长的霉菌。

¨ 5.抗菌防霉涂料的发展前景
随着人们生活水平的提高和对环境安全意识的增强，抗菌防霉涂料的应用将越来越多，同时，对抗菌防霉涂料性能的要求越来越高，抗菌防霉涂料的发展方向正是顺应这种导向，追求高安全性、强而持久的抗菌防霉功能、对环境无污染。
当前研究者仍然是将精力放在抗菌防霉剂的开发和选择上，其中可令环境接受的银系体系、天然酶杀菌剂及以杂环化合物为主的有机抗菌防霉剂等为主要的研究方向，另外，以钛类化合物为主的光触媒或冷触媒（空气触媒），因其除了具有抗菌防霉的功能外，还具有可催化分解甲醛、苯等有害VOC化合物的功能，所以是一研究热点，目前最重要的是要解决该类产品的性能稳定和长效性问题。

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