本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂涂料，具體為一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料和制備方法。

背景技術：

1、尋找更加合適的抗菌物質成了改善抗菌效果的重中之中，需知細菌和真菌感染通常發(fā)生在材料表面，使用抗菌涂料是改善器材抗菌效果的重要方法之一，為此，科研者們做了許多研究，如中國專利公開號cn105482536a的專利，其公開了一種透明抗菌親水涂料，以及中國專利公開號cn104356873a的專利，其公開了一種環(huán)氧防腐抗菌涂料，盡管兩者均增加了涂料的抗菌性，但仍具有添加量高，抗菌效果不理想的問題。

2、已經報道多種抗菌材料，碳納米管是屬于常規(guī)的無機添加劑，對多種細菌和病毒具有很強的抗菌作用，而碳納米管的抗菌性能主要是由活性氧，物理穿孔/捕獲效應，疏水-親水相互作用和靜電排斥引起的，但單獨的碳納米管的抗菌效果并不理想，針對其進行改性成了增加碳納米管抗菌效果的重要手段，季銨鹽及其衍生物具有多種用途，例如用于柔軟劑，抗靜電劑，瀝青乳化劑，染料勻染劑以及抗菌劑，在這些領域中，抗菌性能得到了最廣泛的研究，因為其帶正電的陽離子部分賦予其特殊的吸附和應用特性，但單獨使用季銨鹽容易造成小分子析出，使得抗菌性效果不穩(wěn)定，而將其接枝在無機物表面則能夠避免此類問題的發(fā)生。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料和制備方法，解決了環(huán)氧樹脂涂料抗菌性差，機械性能低的問題。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，所述功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料制備方法包括以下步驟：

3、（1）將羧基化碳納米管放置在反應瓶中，然后再向其中添加二氯亞砜，攪拌均勻后在60-90℃下反應18-36h，待反應結束后，真空旋轉蒸發(fā)溶劑，得到酰氯化碳納米管；

4、（2）將酰氯化碳納米管和n-乙基哌嗪超聲分散在二氯甲烷中，攪拌均勻后，進行反應，待反應結束后，過濾，使用去離子水洗滌至中性，得到哌嗪基碳納米管；

5、（3）將哌嗪基碳納米管和4-溴-丁胺氫溴酸鹽超聲分散在加入乙腈溶劑中，然后再氮氣氛圍下回流，進行反應，待反應結束后，過濾，使用去離子水和乙醇進行洗滌，得到含氨基季銨化哌嗪基碳納米管；

6、（4）將水性環(huán)氧樹脂放置在反應瓶中，再加入含氨基季銨化哌嗪基碳納米管，攪拌均勻后，再以1800-3000r/min的轉速下分散15-40min，再使用砂磨機研磨8-20min，然后再加入消泡劑聚醚改性有機硅，流平劑聚二甲基硅氧烷，攪拌均勻后，再向其中添加固化劑，靜置并消泡2-6min，得到功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料。

7、優(yōu)選的，所述步驟（1）中羧基化碳納米管和二氯亞砜之間的質量比為100:3000-6000。

8、優(yōu)選的，所述步驟（2）中酰氯化碳納米管，n-乙基哌嗪和二氯甲烷之間的質量比為10:35-80:250-600。

9、優(yōu)選的，所述步驟（2）中反應溫度為0-10℃，反應時間為1-3h。

10、優(yōu)選的，所述步驟（3）中哌嗪基碳納米管，4-溴-丁胺氫溴酸鹽和乙腈之間的質量比100:35-100:3000-8000。

11、優(yōu)選的，所述步驟（3）中反應溫度為60-100℃，反應時間為3-8h。

12、優(yōu)選的，所述步驟（4）中固化劑的種類為鏈烯基琥珀酸酐或偏苯三酸酐中的任意一種。

13、優(yōu)選的，所述步驟（4）中水性環(huán)氧樹脂，含氨基季銨化哌嗪基碳納米管，消泡劑聚醚改性有機硅，流平劑聚二甲基硅氧烷和固化劑之間的質量比為100:2-5:0.08-0.2:0.01-0.03:18-30。

14、與現有技術相比，本發(fā)明具備以下實驗原理和有益技術效果：

15、該一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，首先通過使用二氯亞砜對羧基化碳納米管進行改性，得到酰氯化碳納米管，然后使得酰氯化碳納米管的酰氯基團與n-乙基哌嗪中的亞胺基的酰胺化反應，得到哌嗪基碳納米管，接著再使用4-溴-丁胺氫溴酸鹽為季銨化試劑，對哌嗪基碳納米管的叔胺基進行季銨化反應，得到含氨基季銨化哌嗪基碳納米管，最后再以含氨基季銨化哌嗪基碳納米管為抗菌添加劑，通過機械共混的方式制備得到功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料。

16、該一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，相對于純相的環(huán)氧樹脂涂料，使用含氨基季銨化哌嗪基碳納米管改性后的環(huán)氧樹脂涂料具有更強的抗菌效果，碳納米管作為常見的無機添加劑，當添加在環(huán)氧樹脂涂料中時，能夠顯著提升其抗菌效果，借由碳納米管納米級別的結構，當碳納米管與細菌細胞發(fā)生接觸時，細菌細胞膜能夠發(fā)生物理形變，使得細菌細胞膜受到物理破壞，細胞質及大量營養(yǎng)物質流失，細菌喪失活性，從而達到抗菌的作用，而且高比表面積賦予了碳納米管高的吸附性能，能夠對細菌細胞發(fā)生理想的吸附行為，進一步提升環(huán)氧樹脂涂料對細菌的滅活作用，除此之外，碳納米管還能夠對細菌細胞發(fā)生氧化應激行為，通過造成細菌細胞中的抗氧化劑以及強氧化劑的失衡，達到對細菌細胞的傷害，哌嗪基季銨鹽具有良好的生物活性，對細菌有顯著的滅活效果，季銨鹽通過電荷之間的靜電吸附行為，對細菌細胞有著足夠的吸附能力，而且當哌嗪基季銨鹽分子與細菌細胞接觸時，其中的疏水性長鏈能夠與細菌細胞膜發(fā)生碰觸，破壞細胞膜，氮原子的正電荷也能夠使得蛋白質發(fā)生變質，使得細菌失活，當滅殺烷細菌后，季銨鹽仍能夠保持足夠活性，持續(xù)抗菌，將季銨鹽接枝在碳納米管表面，不僅能夠使得兩者之間發(fā)生協同作用，進一步提升環(huán)氧樹脂涂料的抗菌效果，而且避免了季銨鹽分子在使用過程中的析出現象，增加環(huán)氧樹脂涂料的抗菌穩(wěn)定性，除此之外，季銨鹽末端含有的氨基對酸酐類環(huán)氧樹脂固化劑具有一定的促進效果，能夠充當胺類促進劑，不但提升了固化物的性能，更是減少了固化劑的使用量，降低了其危害，碳納米管的機械性能強，添加在涂料中可以增加其機械性能，當受到外力作用時，通過碳納米管與有機基體之間形成的有機-無機網絡結構，應力分散在涂料內部，減少了應力集中造成的破壞，提升了涂料的機械強度。

技術特征：

1.一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料的制備方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（1）中羧基化碳納米管和二氯亞砜之間的質量比為100:3000-6000。

3.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（2）中酰氯化碳納米管，n-乙基哌嗪和二氯甲烷之間的質量比為10:35-80:250-600。

4.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（2）中反應溫度為0-10℃，反應時間為1-3h。

5.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（3）中哌嗪基碳納米管，4-溴-丁胺氫溴酸鹽和乙腈之間的質量比100:35-100:3000-8000。

6.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（3）中反應溫度為60-100℃，反應時間為3-8h。

7.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（4）中固化劑的種類為鏈烯基琥珀酸酐或偏苯三酸酐中的任意一種。

8.根據權利要求1所述的一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，其特征在于：所述步驟（4）中水性環(huán)氧樹脂，含氨基季銨化哌嗪基碳納米管，消泡劑聚醚改性有機硅，流平劑聚二甲基硅氧烷和固化劑之間的質量比為100:2-5:0.08-0.2:0.01-0.03:18-30。

技術總結
本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂涂料技術領域，且公開了一種功能化碳納米管改性環(huán)氧樹脂抗菌涂料，使用含氨基季銨化哌嗪基碳納米管改性后的環(huán)氧樹脂涂料具有更強的抗菌效果，碳納米管作為常見的無機添加劑，當添加在環(huán)氧樹脂涂料中時，能夠顯著提升其抗菌效果，哌嗪基季銨鹽具有良好的生物活性，對細菌有顯著的滅活效果，當滅殺烷細菌后，季銨鹽仍能夠保持足夠活性，將季銨鹽接枝在碳納米管表面，不僅能夠使得兩者之間發(fā)生協同作用，而且增加環(huán)氧樹脂涂料的抗菌穩(wěn)定性，季銨鹽末端含有的氨基對酸酐類環(huán)氧樹脂固化劑具有一定的促進效果，添加碳納米管增加了涂料機械性能。

技術研發(fā)人員：郭宏丹,張珊珊,李思佳
受保護的技術使用者：武漢市琦深銘科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9