随着科技进步和人们生活水平的提高，铝型材因质轻、高强度等优异性能，越来越受到人们的青睐，其应用领域也越来越广泛。另外由于人们环保意识和健康意识的不断增强，人们对铝型材的性能要求也越来越高，抗菌防霉性便是其中之一。铝型材用抗菌防霉粉末涂料能让铝型材表面涂膜带有抗菌性，一方面减少涂膜受到细菌、霉菌等有害微生物的侵害，从而避免涂膜玷污、变色、粉化、脱落，失去对铝型材的保护装饰功能；另一方面能避免或减少病菌对人类健康的威胁，防止爆发疫情传染，从而满足人们对健康生活的追求。本文通过对商品化的抗菌防霉剂进行筛选，确定了应用于铝型材用粉末涂料的一种苯腈类有机抗菌防霉剂，并讨论这种抗菌防霉剂用量对涂膜性能的影响以及确定了该抗菌防霉剂的最佳用量。
1 实验部分
1.1 原料
端羧基饱和聚酯树脂：广州擎天实业公司；异氰脲酸三缩水甘油酯（TGIC）：黄山华惠科技；二氧化钛：山东道恩；沉淀硫酸钡，东莞奇艾发公司；抗菌防霉剂：上海润河科技；光亮剂，流平剂，安息香：宁波南海化学。
1.2 铝型材用抗菌防霉粉末涂料的制造
抗菌防霉剂是能够在一定时间内使某些微生物、细菌的生成或繁殖保持在必要水平以下的化学物质，分为有机类和无机类。本文采用有机类抗菌防霉剂。
铝型材用抗菌防霉粉末涂料的制造主要有两种方法，即：
外混法：将成品粉与抗菌防霉剂一起再混合，采用高速搅拌混合机或用V型混合机来实现。其缺点是，不仅增加制粉工艺，而且由于抗菌剂添加量很少，很难混合均匀。再者抗菌防霉剂与粉末的带电性能不一致，会导致喷涂施工过程中两者分离，涂膜抗菌防霉剂有效成分波动较大，抗菌防霉效果无法保证。
内加法：将配方量的抗菌防霉剂加入到已计量好的原材料中，与原材料一起进入制粉工艺流程。此法的优点是抗菌防霉剂在粉末涂料中能更好地分散均匀，而且黏附在粉末涂料颗粒之中的抗菌防霉剂在施工中不易逃逸，有利于抗菌防霉剂在涂装后发挥效力。分散均匀，熔融在粉末涂料成分中，保证所有成分带电性一致，避免抗菌防霉剂在喷涂施工过程中与粉末涂料分离，保证了最终涂膜的抗菌防霉效果。
本文采用第二种方法，制造铝型材用抗菌防霉粉末涂料产品。
分别将占涂料总质量0.1％、0.3％、1.0％的抗菌防霉剂与聚酯树脂、固化剂、流平剂、光亮剂、脱气剂、颜填料及其他添加剂按照普通的粉末涂料配方一起混合均匀，通过双螺杆挤出机熔融混合，压片冷却，粉碎，再置于ACM研磨机中，粉碎成粒径合适的粉末涂料。
取适量的抗菌防霉粉末涂料，用静电喷枪喷涂于150mm×75mm×1.0mm状态为H24或H14的纯铝板样板上，置于200℃的烘箱中，固化10min后，取出，室温下放置24 h 之后，测试涂膜各项基本常规性能并进行进行抑菌实验。
1.3 测试方法
根据ISO22196:2007塑料-塑料表面抗细菌活性的检测方法，进行铝型材用抗菌防霉粉末涂料样板抗菌检测；按照中华人民共和国国家标准《铝合金建筑型材 第四部分：粉末喷涂型材》（GB5237.4——2008），对涂膜性能作综合测试。
2 结果与讨论
2.1 铝型材用抗菌防霉粉末涂料的抗菌性能和常规性能检测结果
2.1.1 铝型材用抗菌粉末涂料的抗菌性能
添加0.3%用量的抗菌防霉剂的粉末涂料抑菌实验结果如表1所示，从表1可见，本文制造的粉末涂料，抗菌防霉；剂添加量仅为配方总量的0.3%，便能使铝型材用粉末涂料显示出很强的抗菌性能，能够满足抗菌防霉粉末涂料在铝型材行业的使用要求。
表1添加0.3%用量的抗菌防霉剂的粉末涂料抑菌实验结果
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实验菌种 |
接种菌液浓度（cfu/ml） |
在不同接触时间洗脱后获得的细菌数（cfu/cm2） |
抗菌活性对数值 |
细菌减少率（%） |
||
|
— |
0小时 |
24小时 |
||||
|
金黄色葡萄球菌ATCC6538P |
8.8×105 |
样品 |
— |
6.2×10-1 |
5.6 |
99.9 |
|
对照样 |
2.1×104 |
2.8×105 |
||||
|
大肠杆菌ATCC 8739 |
6.9×105 |
样品 |
— |
6.1×101 |
3.9 |
99.9 |
|
对照样 |
2.2×104 |
5.2×105 |
计算细菌减少率，按下式进行：
%细菌减少率=（a-b）/a×100
式中：a=对照样24小时接触后获得的细菌数
b=测试样24小时接触后获得的细菌数
2.1.2 抗菌粉末涂料常规性能
对添加有0.3％抗菌防霉剂的粉末涂料做了常规性能检测，结果如表2所示。由表2可见，0.3％抗菌剂的加入基本上不影响粉末涂料涂膜各项力学性能和涂膜外观质量，添加有0.3％抗菌剂的抗菌防霉粉末涂料符合铝型材用粉末涂料的使用标准。
表2添加0.3％抗菌防霉剂的粉末涂料性能
|
项目 |
要求 |
空白样 |
抗菌防霉涂膜 |
|
耐冲击性 |
50cm |
50cm |
50cm |
|
附着性 |
0级 |
0级 |
0级 |
|
抗弯曲性 |
3 mm |
3mm |
3mm |
|
抗杯突性 |
5 mm |
5 mm |
5 mm |
|
耐盐酸性（10%HCl） |
15min无明显变化 |
15min无明显变化 |
15min无明显变化 |
|
耐砂浆性 |
24h无明显变化 |
24h无明显变化 |
24h无明显变化 |
|
耐溶剂性 |
3级或4级 |
3级 |
3级 |
|
耐洗涤剂性 |
72h无明显变化 |
72h无明显变化 |
72h无明显变化 |
|
耐盐雾腐蚀性 |
1000h无明显变化 |
1000h无明显变化 |
1000h无明显变化 |
|
耐湿热性 |
1000h无明显变化 |
1000h无明显变化 |
1000h无明显变化 |
|
加速耐候性 |
I级或Ⅱ级 |
I级 |
I级 |
|
外观质量 |
平滑、均匀、允许有轻微桔皮 |
平滑、均匀、无桔皮 |
平滑、均匀、无桔皮 |
2.2 抗菌防霉剂在铝型材用粉末涂料中的最佳用量讨论
2.2.1 不同用量的抗菌防霉剂对样板表面效果的影响
如果该抗菌防霉剂与成膜物之间的相容性不好，用量过大时可能会引起涂膜出现缩孔、桔皮、光泽下降等问题，影响涂膜的装饰性能，所以有必要对抗菌防霉剂用量对涂膜表面效果的影响进行研究。由表3可知，抗菌防霉剂用量在1.0%范围内对样板表面外观影响不大；对光泽稍有影响，随着抗菌防霉剂用量的增加，样板光泽会有所下降。即使是加入1.0%的抗菌防霉剂，光泽的下降在允许的范围内，并不影响铝型材的装饰性。
表3 不同用量的抗菌剂对样板表面效果的影响
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抗菌防霉剂添加量（%） |
样板表面效果 |
|
|
表面外观 |
60°光泽/%， |
|
|
空白 |
平整细腻 |
87.5 |
|
0.1 |
平整细腻 |
87 |
|
0.3 |
平整细腻 |
85.5 |
|
1.0 |
平整细腻 |
84 |
2.2.2 不同用量的抗菌防霉剂对涂膜颜色稳定性的影响
众所周知，与无机抗菌防霉剂相比，有机抗菌防霉剂的耐热性能并不优异。传统的抗菌防霉剂热稳定性差，易变色，会影响制品的颜色【2】。随着抗菌防霉剂用量的增加，对涂膜颜色的影响必定会加大，而铝型材用粉末涂料对颜色的要求很高。所以笔者对抗菌防霉粉末涂料的颜色稳定性进行了简单的研究。抗菌防霉剂用量对涂膜色差的影响见表4。另外，抗菌防霉剂不同添加量的粉末涂料颜色随温度的变化情况如表5所示。由表4、表5可知，热稳定性随着抗菌防霉剂用量的增加而降低，抗菌防霉剂用量在0.3%以下时，与普通粉末涂料相比，色差并没有很大的改变，这说明0.3%以下的抗菌防霉剂在粉末涂料的固化温度下保持了很好的热稳定性，能很好的满足铝型材用粉末涂料的应用要求。而抗菌防霉剂用量为1.0%时，色差值已经达到0.55，热稳定性较差。
表4抗菌防霉剂用量对涂膜色差的影响
|
抗菌防霉剂添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
色差值 |
0 |
0.12 |
0.15 |
0.55 |
表5不同抗菌防霉剂用量在不同固化条件下的涂膜色差值
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抗菌防霉剂添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
180℃/10min |
基准板 |
基准板 |
基准板 |
基准板 |
|
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剂对涂膜耐沸水性的影响
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抗菌防霉剂添加量（%） |
耐沸水性试验后样板表面效果 |
||
|
涂膜表面状况 |
保光率% |
色差 |
|
|
空白 |
无脱落、起皱 |
69 |
0.78 |
|
0.1 |
无脱落、起皱 |
67.8 |
0.85 |
|
0.3 |
无脱落、起皱 |
67 |
0.89 |
|
1.0 |
无脱落、起皱 |
58.9 |
1.58 |
由表6可知，随着抗菌防霉剂用量的增加，涂膜耐沸水性能会变差，即保光率下降和色差值变大。但抗菌防霉剂添加量在0.3%以内时与空白样板差别不大，而抗菌防霉剂添加量在1.0%时，耐沸水保光率已经很低及色差值已经很大，并不能满足铝型材用粉末涂料的使用要求。
2.2.4 不同用量的抗菌防霉剂对涂膜耐冲击性的影响
表7不同用量的抗菌剂对涂膜耐冲击性的影响
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抗菌防霉剂添加量（%） |
耐冲击性/cm |
|
空白 |
50 |
|
0.1 |
50 |
|
0.3 |
50 |
|
1.0 |
50 |
由表7数据可知，抗菌防霉剂用量在1.0%范围内对样板涂膜耐冲击性能影响不大，能满足铝型材用粉末涂料的使用要求。
2.2.5 不同用量的抗菌防霉剂对粉末涂料胶化时间的影响
由于使用的抗菌防霉剂是苯腈类化合物，必须考虑其对粉末涂料交联固化反应的影响，故对抗菌防霉粉末涂料的胶化时间进行了测试，结果如表7所示。由表8可知，随着抗菌防霉剂用量的增加，涂料的反应速度成递增趋势。这可能与抗菌防霉剂中的苯腈类化合物对交联固化反应有促进作用有关，这也证明了该抗菌防霉剂用量不能过多，否则会应交联固化反应过快而影响涂膜的性能。
表8不同用量的抗菌剂对粉末涂料胶化时间的影响
|
抗菌防霉剂添加量（%） |
0 |
0.1 |
0.3 |
1.0 |
|
胶化时间（s） |
457 |
415 |
404 |
323 |
2.2.6 不同用量的抗菌防霉剂对涂膜抗菌性的影响
添加不同用量的抗菌防霉剂的粉末涂料抑菌实验结果如表9所示，由表9可知，随着抗菌防霉剂用量增加，粉末涂料抗菌性能呈增加趋势。当抗菌防霉利的用量为0.3％时 ，细菌减少率已达99％ ，能够满足抗菌防霉粉末涂料在铝型材行业的使用要求。进一步提高抗菌防霉剂的用量，细菌减少率几乎没有变化，其提升的空间很有限，而且还会增加成本。另外，由上述实验数据可知，当用量达到1.0％ 时，涂膜颜色稳定性、耐沸水性已经不能满足铝型材粉末涂料的使用要求，而且该抗菌防霉剂对涂料交联固化反应可能有促进作用。综合涂膜各方面性能和成本考虑，该抗菌防霉利在铝型材用粉末涂料中的最佳用量应为0.3%。
表9不同用量的抗菌剂对涂膜抗菌性的影响
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抗菌防霉剂添加量（%） |
细菌减少率（%） |
|
|
金黄色葡萄球菌ATCC6538P |
大肠杆菌ATCC 8739 |
|
|
0.1 |
89.4 |
85.3 |
|
0.3 |
99.9 |
99.9 |
|
1.0 |
99.9 |
99.9 |
3 结语
制备了添加有苯腈类有机抗菌防霉剂的铝型材用粉末涂料，试验表明抗菌防霉粉末涂料在涂膜耐冲击性、耐温性、耐候性等方面都符合铝型材行业标准，所制备的抗菌防霉粉末涂料具有良好的抗菌防霉效果，能够满足涂料行业的使用要求。 (1)制备的抗菌防霉粉末涂料实验证明具有良好的常规性能和抗菌性。
(2)由于抗菌防霉剂含有对交联固化反应有促进作用的物质，必须严格控制抗菌防霉剂的用量。
(3)综合涂膜各方面性能和成本考虑，该抗菌防霉利在铝型材用粉末涂料中的最佳用量应为0.3%。
