一种铜纳米复合抗菌涂层及其制备方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及金属表面涂层技术领域，特别是涉及一种铜纳米复合抗菌涂层及其制备方法。
背景技术
[0002] 健康是人们最为关注的话题之一，然而，细菌无处不在、无孔不入，它们的传播和蔓延严重威胁着人类的健康。随着人民生活
水平的提高和环境意识的增强，保护生态环境、提高人们生活工作环境
质量的呼声日益高涨。因此健康的生存环境日益成为人类的追求目标，危害人类健康的环境
微生物也引起人们的重视。利用抗菌材料来杀灭和抑制有害细菌的生长、繁殖是提高人类健康水平的一个重要手段。满足人们对涂层的保健和环境安全性的要求，开发具有抗菌功能的涂层是涂层工业发展方向之一。
[0003] 抗菌材料是指自身具有杀灭有害细菌或抑制有害细菌生长繁殖功能的一类功能材料，其有效成分是
抗菌剂。抗菌剂通常可分为有机抗菌剂和无机抗菌剂两大类。大多数有机抗菌剂耐热性差、易挥发、易分解产生有害物质，安全性较差等缺点，多数用于一次性抗菌剂使用。天然抗菌剂种类有限，抗菌性能还较差。而无机抗菌剂是近年来发展起来的一种具有很好发展前景的抗菌剂，抗菌活性较强作用时间长，灭菌性能也较为稳定，目前主要是含
银、铜、锌等抗菌离子的抗菌材料和以二
氧化
钛为代表的光催化活性无机抗菌材料。银系抗菌剂虽然抗菌能
力强，但存在易变色、抗霉菌效果差、成本较高等缺点，难以广泛应用于金属表面涂层。
发明内容
[0004] 鉴于上述状况，本发明提供一种铜纳米复合抗菌涂层及其制备方法，解决易变色、抗霉菌效果差、成本较高、应用范围窄的问题。
[0005] 本发明的一方面提供一种铜纳米复合抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006] S1、采用化学还原法制备铜纳米胶体，经过离心、干燥后得到铜纳米粉；
[0007] S2、将铜纳米粉均匀分散到静电
喷涂粉末中得到铜纳米复合抗菌粉末；
[0008] S3、采用静电喷涂工艺将铜纳米复合抗菌粉末喷涂在金属表面，以在金属表面形成铜纳米复合抗菌涂层。
[0009] 本发明的另一方面提供了上述制备方法制备出的铜纳米复合抗菌涂层。
[0010] 本发明有益的技术效果在于：
[0011] 1.采用化学还原法制备的铜纳米胶体的纯度高、分散性好、抗氧化性好、不易变色、无毒无味。
[0012] 2.本发明制备的铜纳米复合抗菌涂层不仅有着优异的抗菌性能，而且其制备工艺简单，成本较低，其与金属基体结合性能良好、具有良好的流平度和光泽度。
[0013] 3.本发明制备的铜纳米复合抗菌涂层能广泛应用于家电、文件柜和医疗器械等金属产品的表面涂层，应用范围广、实用性强。
[0014] 另外，根据本发明上述的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0015] 在一个可选的实施方式中，所述步骤S1中，采用化学还原法制备铜纳米胶体的步骤包括：
[0016] 以铜盐在
有机溶剂中采用化学还原法制备粒径为50-400nm的铜纳米颗粒，并且添加
表面活性剂进行颗粒尺寸和形状控制。
[0017] 在一个可选的实施方式中，所述铜盐为氧化铜，使用的还原剂为水合肼或
抗坏血酸，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷
酮及十六烷基三乙基溴化铵，使用的
有机溶剂为无水
乙醇。
[0018] 在一个可选的实施方式中，化学还原法制备铜纳米胶体的反应体系中，按质量百分比，各物质的占比分别为：铜盐10-15％，有机溶剂55-65％，表面活性剂10-15％，还原剂10-15％。
[0019] 在一个可选的实施方式中，所述步骤S2中，所述静电喷涂粉末的主要成分包括环氧
树脂、聚酯树脂、
固化剂、颜料、填料及助剂。
[0020] 在一个可选的实施方式中，所述助剂包括
流平剂、防潮剂、边
角改性剂中的至少一种。
[0021] 在一个可选的实施方式中，所述步骤S2中，所述均匀分散的步骤包括：
[0022] 将铜纳米粉和静电喷涂粉末按重量比为0.1～1：99～99.9的比例放入混料机中进行充分混合，将混合均匀的原料放在高温
挤出机中熔融、挤出冷却成片状，再将原料片进行
粉碎、过筛，得到铜纳米复合抗菌粉末。
[0023] 在一个可选的实施方式中，所述步骤S3中，所述静电喷涂工艺包括：
[0024] 前处理，除油、除锈、磷化；
[0025] 静电喷涂；
[0026] 高温固化；
[0027] 出炉冷却，最终得到厚度为30～150μm的铜纳米复合抗菌涂层。
[0028] 在一个可选的实施方式中，所述步骤S3中，所述高温固化的
温度为160～200℃。
[0029] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0030] 图1为
实施例1制得的铜纳米粉的XRD图谱，各衍射峰均对应纯铜的衍射峰；
[0031] 图2为实施例1制得为铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌的抗菌实验结果照片，a图为空白对照组，b图为实验组；
[0032] 图3为实施例1制得为铜纳米复合抗菌涂层对金黄色葡萄球菌的抗菌实验结果照片，a图为空白对照组，b图为实验组；
[0033] 图4为实施例2制得为铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌的抗菌实验结果照片，a图为空白对照组，b图为实验组；
[0034] 图5为实施例2制得为铜纳米复合抗菌涂层对金黄色葡萄球菌的抗菌实验结果照片，a图为空白对照组，b图为实验组。
具体实施方式
[0035] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0036] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0037] 本发明的实施方式提供了一种铜纳米复合抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0038] S1、采用化学还原法制备铜纳米胶体，经过离心、干燥后得到铜纳米粉；
[0039] 其中，采用化学还原法制备铜纳米胶体的步骤具体包括：
[0040] 以铜盐在有机溶剂中采用化学还原法制备粒径为50-400nm的铜纳米颗粒，并且添加表面活性剂进行颗粒尺寸和形状控制。铜盐可以为氧化铜，使用的还原剂为水合肼或抗坏血酸，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮及十六烷基三乙基溴化铵，使用的有机溶剂为无水乙醇。该化学还原法制备铜纳米胶体的反应体系中，按质量百分比，各物质的占比分别为：铜盐10-15％，有机溶剂55-65％，表面活性剂10-15％，还原剂10-15％。
[0041] S2、将铜纳米粉均匀分散到静电喷涂粉末中得到铜纳米复合抗菌粉末；
[0042] 其中，所述静电喷涂粉末的主要成分包括
环氧树脂、聚酯树脂、固化剂、颜料、填料及助剂。其中，助剂包括流平剂、防潮剂、边角改性剂中的至少一种。
[0043] 均匀分散的步骤具体包括：
[0044] 将铜纳米粉和静电喷涂粉末按重量比为0.1～1：99～99.9的比例放入混料机中进行充分混合，将混合均匀的原料放在高温挤出机中熔融、挤出冷却成片状，再将原料片进行粉碎、过筛，得到铜纳米复合抗菌粉末。
[0045] S3、采用静电喷涂工艺将铜纳米复合抗菌粉末喷涂在金属表面，以在金属表面形成铜纳米复合抗菌涂层。
[0046] 其中，静电喷涂工艺具体包括：
[0047] 前处理，除油、除锈、磷化；
[0048] 静电喷涂；
[0049] 160～200℃下高温固化；
[0050] 出炉冷却，最终得到厚度为30～150μm的铜纳米复合抗菌涂层。
[0051] 相比
现有技术，本发明采用化学还原法制备的铜纳米胶体的纯度高、分散性好、抗氧化性好、不易变色、无毒无味。本发明制备的铜纳米复合抗菌涂层不仅有着优异的抗菌性能，而且其制备工艺简单，成本较低，其与金属基体结合性能良好、具有良好的流平度和光泽度。本发明制备的铜纳米复合抗菌涂层能广泛应用于家电、文件柜和医疗器械等金属产品的表面涂层，应用范围广、实用性强。
[0052] 下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
[0053] 实施例1
[0054] 一种铜纳米复合抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0055] S1、制备铜纳米粉：将6g氧化铜粉、3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、3g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)充分溶解于50ml无水乙醇，缓慢滴入10ml水合肼溶液(80％)进行化学还原反应，反应完成后离心、干燥得到铜纳米粉；制得的铜纳米粉的XRD图谱可以参阅图1，各衍射峰均对应纯铜的衍射峰。
[0056] S2、将步骤S1制备的铜纳米粉和静电喷涂粉末按重量比0.2：99.8放入混料机中进行充分混合，将混合均匀的原料放在高温挤出机中熔融、挤出冷却成片状，再将原料片进行粉碎、过筛成超细铜纳米复合抗菌粉末。
[0057] S3、采用静电喷涂工艺将铜纳米复合抗菌粉末喷涂在金属表面，得到厚度为60μm的铜纳米复合抗菌涂层。
[0058] 依据GB/T21866-2008，分别测试了铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果，请参阅图2、3，分别为铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌实验结果照片，其中图2a、3a为空白对照组，图2b、3b为纳米铜含量为0.2％的实验组。实验结果表明，该本实施例制备的铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99.99％以上，抗菌效果显著。
[0059] 实施例2：
[0060] 一种铜纳米复合抗菌涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0061] S1、制备铜纳米粉：将6g氧化铜粉、3g聚乙烯吡咯烷酮、3g十六烷基三甲基溴化铵充分溶解于50ml无水乙醇，缓慢滴入10ml水合肼溶液(80％)进行化学还原反应，反应完成后离心、干燥得到铜纳米粉。
[0062] S2、将步骤S1制备的铜纳米粉和静电喷涂粉末按重量比1：99放入混料机[0063] 中进行充分混合，将混合均匀的原料放在高温挤出机中熔融、挤出冷却成片状，再将原料片进行粉碎、过筛成超细铜纳米复合抗菌粉末。
[0064] S3、采用静电喷涂工艺将铜纳米复合抗菌粉末喷涂在金属表面，即可得到厚度为80μm的铜纳米复合抗菌涂层。
[0065] 依据GB/T21866-2008，分别测试了铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果。图4、5分别为试验结果照片，其中图4a、5a为空白对照组，图4b、5b为纳米铜含量为1％的实验组。实验结果表明，本实施例制备的铜纳米复合抗菌涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99.99％以上，抗菌效果显著。
[0066] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
