隨著科技進步和人們生活水平的提高，鋁型材因質輕、高強度等優異性能，越來越受到人們的青睞，其應用領域也越來越廣泛。另外由于人們環保意識和健康意識的不斷增強，人們對鋁型材的性能要求也越來越高，抗菌防霉性便是其中之一。鋁型材用抗菌防霉粉末涂料能讓鋁型材表面涂膜帶有抗菌性，一方面減少涂膜受到細菌、霉菌等有害微生物的侵害，從而避免涂膜玷污、變色、粉化、脫落，失去對鋁型材的保護裝飾功能；另一方面能避免或減少病菌對人類健康的威脅，防止爆發疫情傳染，從而滿足人們對健康生活的追求。本文通過對商品化的抗菌防霉劑進行篩選，確定了應用于鋁型材用粉末涂料的一種苯腈類有機抗菌防霉劑，并討論這種抗菌防霉劑用量對涂膜性能的影響以及確定了該抗菌防霉劑的最佳用量。
1 實驗部分
1.1 原料
端羧基飽和聚酯樹脂：廣州擎天實業公司；異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）：黃山華惠科技；二氧化鈦：山東道恩；沉淀硫酸鋇，東莞奇艾發公司；抗菌防霉劑：上海潤河科技；光亮劑，流平劑，安息香：寧波南?；瘜W。
1.2 鋁型材用抗菌防霉粉末涂料的制造
抗菌防霉劑是能夠在一定時間內使某些微生物、細菌的生成或繁殖保持在必要水平以下的化學物質，分為有機類和無機類。本文采用有機類抗菌防霉劑。
鋁型材用抗菌防霉粉末涂料的制造主要有兩種方法，即：
外混法：將成品粉與抗菌防霉劑一起再混合，采用高速攪拌混合機或用V型混合機來實現。其缺點是，不僅增加制粉工藝，而且由于抗菌劑添加量很少，很難混合均勻。再者抗菌防霉劑與粉末的帶電性能不一致，會導致噴涂施工過程中兩者分離，涂膜抗菌防霉劑有效成分波動較大，抗菌防霉效果無法保證。
內加法：將配方量的抗菌防霉劑加入到已計量好的原材料中，與原材料一起進入制粉工藝流程。此法的優點是抗菌防霉劑在粉末涂料中能更好地分散均勻，而且黏附在粉末涂料顆粒之中的抗菌防霉劑在施工中不易逃逸，有利于抗菌防霉劑在涂裝后發揮效力。分散均勻，熔融在粉末涂料成分中，保證所有成分帶電性一致，避免抗菌防霉劑在噴涂施工過程中與粉末涂料分離，保證了最終涂膜的抗菌防霉效果。
本文采用第二種方法，制造鋁型材用抗菌防霉粉末涂料產品。
分別將占涂料總質量0.1％、0.3％、1.0％的抗菌防霉劑與聚酯樹脂、固化劑、流平劑、光亮劑、脫氣劑、顏填料及其他添加劑按照普通的粉末涂料配方一起混合均勻，通過雙螺桿擠出機熔融混合，壓片冷卻，粉碎，再置于ACM研磨機中，粉碎成粒徑合適的粉末涂料。
取適量的抗菌防霉粉末涂料，用靜電噴槍噴涂于150mm×75mm×1.0mm狀態為H24或H14的純鋁板樣板上，置于200℃的烘箱中，固化10min后，取出，室溫下放置24 h 之后，測試涂膜各項基本常規性能并進行進行抑菌實驗。
1.3 測試方法
根據ISO22196:2007塑料-塑料表面抗細菌活性的檢測方法，進行鋁型材用抗菌防霉粉末涂料樣板抗菌檢測；按照中華人民共和國國家標準《鋁合金建筑型材 第四部分：粉末噴涂型材》（GB5237.4——2008），對涂膜性能作綜合測試。
2 結果與討論
2.1 鋁型材用抗菌防霉粉末涂料的抗菌性能和常規性能檢測結果
2.1.1 鋁型材用抗菌粉末涂料的抗菌性能
添加0.3%用量的抗菌防霉劑的粉末涂料抑菌實驗結果如表1所示，從表1可見，本文制造的粉末涂料，抗菌防霉；劑添加量僅為配方總量的0.3%，便能使鋁型材用粉末涂料顯示出很強的抗菌性能，能夠滿足抗菌防霉粉末涂料在鋁型材行業的使用要求。
表1添加0.3%用量的抗菌防霉劑的粉末涂料抑菌實驗結果
|
實驗菌種 |
接種菌液濃度（cfu/ml） |
在不同接觸時間洗脫后獲得的細菌數（cfu/cm2） |
抗菌活性對數值 |
細菌減少率（%） |
||
|
— |
0小時 |
24小時 |
||||
|
金黃色葡萄球菌ATCC6538P |
8.8×105 |
樣品 |
— |
6.2×10-1 |
5.6 |
99.9 |
|
對照樣 |
2.1×104 |
2.8×105 |
||||
|
大腸桿菌ATCC 8739 |
6.9×105 |
樣品 |
— |
6.1×101 |
3.9 |
99.9 |
|
對照樣 |
2.2×104 |
5.2×105 |
計算細菌減少率，按下式進行：
%細菌減少率=（a-b）/a×100
式中：a=對照樣24小時接觸后獲得的細菌數
b=測試樣24小時接觸后獲得的細菌數
2.1.2 抗菌粉末涂料常規性能
對添加有0.3％抗菌防霉劑的粉末涂料做了常規性能檢測，結果如表2所示。由表2可見，0.3％抗菌劑的加入基本上不影響粉末涂料涂膜各項力學性能和涂膜外觀質量，添加有0.3％抗菌劑的抗菌防霉粉末涂料符合鋁型材用粉末涂料的使用標準。
表2添加0.3％抗菌防霉劑的粉末涂料性能
|
項目 |
要求 |
空白樣 |
抗菌防霉涂膜 |
|
耐沖擊性 |
50cm |
50cm |
50cm |
|
附著性 |
0級 |
0級 |
0級 |
|
抗彎曲性 |
3 mm |
3mm |
3mm |
|
抗杯突性 |
5 mm |
5 mm |
5 mm |
|
耐鹽酸性（10%HCl） |
15min無明顯變化 |
15min無明顯變化 |
15min無明顯變化 |
|
耐砂漿性 |
24h無明顯變化 |
24h無明顯變化 |
24h無明顯變化 |
|
耐溶劑性 |
3級或4級 |
3級 |
3級 |
|
耐洗滌劑性 |
72h無明顯變化 |
72h無明顯變化 |
72h無明顯變化 |
|
耐鹽霧腐蝕性 |
1000h無明顯變化 |
1000h無明顯變化 |
1000h無明顯變化 |
|
耐濕熱性 |
1000h無明顯變化 |
1000h無明顯變化 |
1000h無明顯變化 |
|
加速耐候性 |
I級或Ⅱ級 |
I級 |
I級 |
|
外觀質量 |
平滑、均勻、允許有輕微桔皮 |
平滑、均勻、無桔皮 |
平滑、均勻、無桔皮 |
2.2 抗菌防霉劑在鋁型材用粉末涂料中的最佳用量討論
2.2.1 不同用量的抗菌防霉劑對樣板表面效果的影響
如果該抗菌防霉劑與成膜物之間的相容性不好，用量過大時可能會引起涂膜出現縮孔、桔皮、光澤下降等問題，影響涂膜的裝飾性能，所以有必要對抗菌防霉劑用量對涂膜表面效果的影響進行研究。由表3可知，抗菌防霉劑用量在1.0%范圍內對樣板表面外觀影響不大；對光澤稍有影響，隨著抗菌防霉劑用量的增加，樣板光澤會有所下降。即使是加入1.0%的抗菌防霉劑，光澤的下降在允許的范圍內，并不影響鋁型材的裝飾性。
表3 不同用量的抗菌劑對樣板表面效果的影響
|
抗菌防霉劑添加量（%） |
樣板表面效果 |
|
|
表面外觀 |
60°光澤/%， |
|
|
空白 |
平整細膩 |
87.5 |
|
0.1 |
平整細膩 |
87 |
|
0.3 |
平整細膩 |
85.5 |
|
1.0 |
平整細膩 |
84 |
2.2.2 不同用量的抗菌防霉劑對涂膜顏色穩定性的影響
眾所周知，與無機抗菌防霉劑相比，有機抗菌防霉劑的耐熱性能并不優異。傳統的抗菌防霉劑熱穩定性差，易變色，會影響制品的顏色【2】。隨著抗菌防霉劑用量的增加，對涂膜顏色的影響必定會加大，而鋁型材用粉末涂料對顏色的要求很高。所以筆者對抗菌防霉粉末涂料的顏色穩定性進行了簡單的研究?？咕烂箘┯昧繉ν磕ど畹挠绊懸姳?。另外，抗菌防霉劑不同添加量的粉末涂料顏色隨溫度的變化情況如表5所示。由表4、表5可知，熱穩定性隨著抗菌防霉劑用量的增加而降低，抗菌防霉劑用量在0.3%以下時，與普通粉末涂料相比，色差并沒有很大的改變，這說明0.3%以下的抗菌防霉劑在粉末涂料的固化溫度下保持了很好的熱穩定性，能很好的滿足鋁型材用粉末涂料的應用要求。而抗菌防霉劑用量為1.0%時，色差值已經達到0.55，熱穩定性較差。
表4抗菌防霉劑用量對涂膜色差的影響
|
抗菌防霉劑添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
色差值 |
0 |
0.12 |
0.15 |
0.55 |
表5不同抗菌防霉劑用量在不同固化條件下的涂膜色差值
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抗菌防霉劑添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
180℃/10min |
基準板 |
基準板 |
基準板 |
基準板 |
|
200℃/10min |
0.17 |
0.25 |
0.28 |
0.33 |
|
220℃/10min |
0.22 |
0.34 |
0.32 |
0.44 |
表6不同用量的抗菌防霉劑對涂膜耐沸水性的影響
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抗菌防霉劑添加量（%） |
耐沸水性試驗后樣板表面效果 |
||
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涂膜表面狀況 |
保光率% |
色差 |
|
|
空白 |
無脫落、起皺 |
69 |
0.78 |
|
0.1 |
無脫落、起皺 |
67.8 |
0.85 |
|
0.3 |
無脫落、起皺 |
67 |
0.89 |
|
1.0 |
無脫落、起皺 |
58.9 |
1.58 |
由表6可知，隨著抗菌防霉劑用量的增加，涂膜耐沸水性能會變差，即保光率下降和色差值變大。但抗菌防霉劑添加量在0.3%以內時與空白樣板差別不大，而抗菌防霉劑添加量在1.0%時，耐沸水保光率已經很低及色差值已經很大，并不能滿足鋁型材用粉末涂料的使用要求。
2.2.4 不同用量的抗菌防霉劑對涂膜耐沖擊性的影響
表7不同用量的抗菌劑對涂膜耐沖擊性的影響
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抗菌防霉劑添加量（%） |
耐沖擊性/cm |
|
空白 |
50 |
|
0.1 |
50 |
|
0.3 |
50 |
|
1.0 |
50 |
由表7數據可知，抗菌防霉劑用量在1.0%范圍內對樣板涂膜耐沖擊性能影響不大，能滿足鋁型材用粉末涂料的使用要求。
2.2.5 不同用量的抗菌防霉劑對粉末涂料膠化時間的影響
由于使用的抗菌防霉劑是苯腈類化合物，必須考慮其對粉末涂料交聯固化反應的影響，故對抗菌防霉粉末涂料的膠化時間進行了測試，結果如表7所示。由表8可知，隨著抗菌防霉劑用量的增加，涂料的反應速度成遞增趨勢。這可能與抗菌防霉劑中的苯腈類化合物對交聯固化反應有促進作用有關，這也證明了該抗菌防霉劑用量不能過多，否則會應交聯固化反應過快而影響涂膜的性能。
表8不同用量的抗菌劑對粉末涂料膠化時間的影響
|
抗菌防霉劑添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
膠化時間（s） |
457 |
415 |
404 |
323 |
2.2.6 不同用量的抗菌防霉劑對涂膜抗菌性的影響
添加不同用量的抗菌防霉劑的粉末涂料抑菌實驗結果如表9所示，由表9可知，隨著抗菌防霉劑用量增加，粉末涂料抗菌性能呈增加趨勢。當抗菌防霉利的用量為0.3％時 ，細菌減少率已達99％ ，能夠滿足抗菌防霉粉末涂料在鋁型材行業的使用要求。進一步提高抗菌防霉劑的用量，細菌減少率幾乎沒有變化，其提升的空間很有限，而且還會增加成本。另外，由上述實驗數據可知，當用量達到1.0％ 時，涂膜顏色穩定性、耐沸水性已經不能滿足鋁型材粉末涂料的使用要求，而且該抗菌防霉劑對涂料交聯固化反應可能有促進作用。綜合涂膜各方面性能和成本考慮，該抗菌防霉利在鋁型材用粉末涂料中的最佳用量應為0.3%。
表9不同用量的抗菌劑對涂膜抗菌性的影響
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抗菌防霉劑添加量（%） |
細菌減少率（%） |
|
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金黃色葡萄球菌ATCC6538P |
大腸桿菌ATCC 8739 |
|
|
0.1 |
89.4 |
85.3 |
|
0.3 |
99.9 |
99.9 |
|
1.0 |
99.9 |
99.9 |
3 結語
制備了添加有苯腈類有機抗菌防霉劑的鋁型材用粉末涂料，試驗表明抗菌防霉粉末涂料在涂膜耐沖擊性、耐溫性、耐候性等方面都符合鋁型材行業標準，所制備的抗菌防霉粉末涂料具有良好的抗菌防霉效果，能夠滿足涂料行業的使用要求。 (1)制備的抗菌防霉粉末涂料實驗證明具有良好的常規性能和抗菌性。
(2)由于抗菌防霉劑含有對交聯固化反應有促進作用的物質，必須嚴格控制抗菌防霉劑的用量。
(3)綜合涂膜各方面性能和成本考慮，該抗菌防霉利在鋁型材用粉末涂料中的最佳用量應為0.3%。
