水性环氧抗病毒涂料在工业上的应用研究

涂料作为与大众居住环境密切相关的产品，直接关系到人们的健康。2019年底爆发的COVID-19新冠疫情给全球实体经济和餐饮酒店等服务产业带来了巨大的经营压力和冲击，也给人类的健康带来前所未有的挑战。这促使这两年众多科研工作者和涂料厂商投入大量精力与资源开发具有抗菌和抗病毒功能的新型涂料。

目前市场上主流的抗菌抗病毒材料主要为外添加型的助剂材料，可以分为无机抗菌材料，诸如银离子、铜离子、光敏纳米二氧化钛等；天然抗菌材料如壳聚糖、山梨酸等；还有有机抗菌材料如卤化物、异噻唑、季铵盐、醛类化合物等，高分子聚合物抗菌材料等[1-2]。针对抗菌抗病毒涂料的研究由来已久，传统的抗菌涂料一般通过添加无机金属离子或具有生物毒性的小分子有机物来实现抗菌抗病毒性能[3-5]。近些年国内外的很多学者也开始研究一些新型的抗菌抗病毒材料。D.Botequim 和J.Maia 等人[6]最近研究了一种基于叔胺阳离子表面活性剂改性的纳米二氧化硅颗粒的抗菌和抗病毒性能，发现这种改性纳米二氧化硅的抗菌性能并不依赖于阳离子乳化剂的释放，所以可以实现长效的抗菌效果，经测试即使经过60天的水相浸泡依然能保持良好的抗菌性能。Atefeh Khorsand Kheirabad与Xuefeng Pan等人[7]通过悬浮聚合技术合成了一种含铜的离子型胶体，发现喷涂了这种胶体的表面能够在30分钟内灭活90%的SARS-CoV-2病毒。Indrani Das Jana和Partha Kumbhakar等人[8]发现了一种铜与石墨烯的纳米复合材料对流感病毒有非常高效的抗病毒性能。

图1. SETAQUA AMV550 破坏细菌和病毒细胞膜的机理

除了一些学者的研究报告，众多大型涂料公司近两年也做了很多抗菌抗病毒涂料的研究，并且推出了很多商业化的产品。据市场了解，2021年11月，PPG推出了与美国康宁公司联手研发的抗新冠病毒新型涂料“Copper Armor”。2021年10月，日本关西涂料推出了基于消石灰技术的抗病毒产品。2021年7月，阿克苏诺贝尔旗下“多乐士”品牌推出一款基于银离子技术的抗菌抗病毒涂料。立邦更是在去年一次推出了三款分别基于铜离子技术、银离子技术和光催化技术的三款产品。国内品牌诸如嘉宝莉，三棵树等也都纷纷推出了自己的抗菌抗病毒产品。

不过我们发现，现在的应用研究和商业化产品，大多主要是基于外添加的抗菌抗病毒功能助剂为主，主要应用也更多是针对于丙烯酸建筑乳胶漆的应用[9-11]，而对于高分子有机化合物抗菌抗病毒材料的研究并不多，特别是针对基于水性环氧的工业应用研究几乎没有看到。湛新树脂公司新推出的SETAQUA® AMV550水性丙烯酸乳液是一种高分子聚合物阳离子乳液，它和非离子水性环氧乳液具有良好的相容性，可以成功应用到工业地坪和工业防腐领域，诸如医院的卫生涂料、学校和食品加工厂的工业地坪、疫苗运输冷链汽车和生鲜食品的冷链集装箱涂层等，为各种需要预防细菌和病毒扩散的应用领域提供良好的防护性能和优异的抗菌抗病毒功能。

原理

Paulina D. Rakowska 等人[12]介绍了诸如铜离子、银离子、聚乙烯亚胺和阳离子聚合物等诸多抗菌抗病毒材料的抗菌性能及其基本原理。一般而言，无机金属离子例如银离子是通过带正电荷的Ag+与带负电荷的细胞膜结合进去细胞内部，然后Ag+与含氨的官能团结合，使蛋白质凝固失去活性，从而杀死细菌和病毒[13-14]，还有一些有机杀菌剂是通过其生物毒性来杀死病毒。上面提到的这些市场上常见的抗菌抗病毒材料，或多或少有这样或那样的缺陷，例如铜离子容易带来变色的问题，而纳米银离子技术本身对人体有一定的毒性，有机杀菌剂同样面临对生物和环境带来污染的问题。

此外，这些技术都有一个容易被水洗脱的问题，随着雨水冲刷和日常清洁的擦洗，其抗菌抗病毒性能会随着时间的推移而慢慢降低。湛新树脂公司最新推出的SETAQUA AMV550树脂是基于疏水改性的高分子阳离子乳液，其既没有生物毒性，也不容易被水洗涤出来，是一种特别高效且长久的抗菌抗病毒材料。其基本原理是，含有SETAQUA AMV550的漆膜表面，会形成一种带正电荷的界面，这种带正电荷的界面会与带负电荷的细胞膜发生结合，然后打乱细胞膜的分子排列，从而使细菌和病毒细胞失去活性，也失去再繁殖的能力，从而达到抗菌和抗病毒的功能。
 
实验

◆ 主要原料
树脂及固化剂，SETAQUA AMV550，BECKOPOX EP 384W/ 53WAMP, BECKOCURE EH 2261w/41WA, BECKOPOX FH 2769W/80W以上树脂均由湛新树脂提供，其他辅料由湛新树脂或市场上购买。

◆ 测试方法
针对工业地坪的应用，按照GB/T 22374-2018《地坪涂装材料》的要求和方法进行测试。对于工业防腐应用，按照 ISO7253-2001耐中性盐雾测试和ISO6270-2 2017冷凝测试方法进行，其他常规机械性能测试按照相关行业标准进行测试。抗菌和抗病毒性能，按照CNCIA 01014-2020 《抗菌及抗病毒涂料》的标准，委托权威第三方进行测试。

◆ 涂料制备
经过一系列的评价，基础性能测试和抗菌抗病毒测试，最终筛选出了适用于工业地坪和工业防腐的涂料配方，优化后的配方如表1和表2所示。

结果讨论

◆ 工业地坪
常规性能和耐性测试
按照表1配方制样喷板，工业地坪抗菌抗病毒涂料的常规性能测试和耐性测试结果展示如表3。测试结果显示，添加了SETAQUA AMV550 功能树脂的工业地坪配方，展示出极好的机械性能和耐性，完全满足GB/T 22374-2018标准的性能要求。

抗菌抗病毒性能测试
按照表1涂料配方，制备5cm X 5cm 板，按照标准交由第三方测试，抗菌抗病毒功能性测试结果如表4所示。第三方测试结果显示该功能性地坪对大肠杆菌，金黄色葡萄球菌，EV71病毒，H3N2病毒和鼠诺如病毒都具有非常好的抗性，即使经过标准的老化测试后，依然表现出优良的抗性，完全达到了CNCIA 01014-2020 《抗菌及抗病毒涂料》标准的一级要求。

◆ 工业防腐
常规性能和耐性测试
按照表2工业防腐抗病毒配方制备油漆并喷板做测试，其性能和耐性测试结果如表5所示。结果显示添加过SETAQUA AMV550功能树脂的配方具有优良的机械性能和附着力，耐化学品性能和防腐性能均能满足车辆和集装箱内涂层的性能要求。

抗菌抗病毒性能测试

按照表2涂料配方制样，制备5cm X 5cm 板，按照标准交由第三方测试，结果展示如表5。结果显示添加过SETAQUA AMV550功能树脂的水性环氧体系，具有优异的抗菌抗病毒性能，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、H3N2病毒、EV71病毒、鼠诺如病毒均有极高抗性，即使经过耐性测试后，抗菌抗病毒性能也没有明显降低，完全满足CNCIA 01014-2020标准的一级要求。

结语

SETAQUA AMV550功能性树脂与水性环氧体系具有良好的相容性。基于SETAQUA AMV550改性的水性环氧地坪涂料体系，既可以提供普通地坪材料的机械性能和耐性，还可以提供优异的抗菌抗病毒功能，能够达到CNCIA 01014-2020标准的一级要求。

基于SETAQUA AMV550改性的水性环氧工业防腐体系，不但可以提供常规机械性能和防护性能，也能赋予涂料抗菌抗病毒功能， 能够达到CNCIA 01014-2020标准的一级要求。

第三方测试结果表明，即使经过耐久性测试，基于SETAQUA AMV550改性的水性环氧涂料体系的抗菌抗病毒性能也没有明显降低，是一种高效且长久的康菌抗病毒材料。SETAQUA AMV550可以为各种需要预防细菌和病毒扩散的应用领域提供良好的防护性能和优异的抗菌抗病毒功能，包括医院、学校、食品加工厂等地方的工业地坪，疫苗运输冷链汽车和生鲜食品的冷链集装箱涂层等。

作者：朱凤凤、Ria De Cooman、戴顺安、刘军、 张阿所，湛新树脂（中国）有限公司

来源：荣格-《涂料与油墨-中国版》

原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。

参考文献

[1]谭生，郭军红等. 抗菌涂料的研究现状及发展趋势[J]. 中国涂料，2011.16(02):16-20
[2]胡涛，毛文钦. 抗菌涂料的应用进展[J]. 安徽化工，2005(5):2-4
[3]Jayanta Haldar1, Alisha K Weight, et al. Preparation, application and testing of permanent antibacterial and antiviral coatings[J]．Nature Protocols, 2007(2): 2412–2417
[4]向冬喜,郑丛龙, 纳米抗菌材料抗病毒作用的研究进展[J]．中国微生态学杂志, 2009.8(21.No8): 760-763
[5]项东升，陈德实．抗菌防静电型地坪涂料及其制备方法[J]．现代涂料与涂装，2007.10(7):14-16
[6]D.Botequim, J.Maia, et al. Nanoparticles and Surfaces Presenting Antifungal, Antibacterial and Antiviral Properties[J]．Langmuir,2012,28,207646-7656
[7]Atefeh Khorsand Kheirabad, Xuefeng Pan, et al. Colloidal dispersion of poly(ionic liquid)/Cu composite particles for protective surface coating against SAR-CoV-2[J].Nano select,2021(6):1-6
[8]Indrani Das Jana, Partha Kumbhakar, et al. Copper Nanoparticle–Graphene Composite-Based Transparent Surface Coating with Antiviral Activity against Influenza Virus[J]. ACS Applied Nano Materials, 2021,4,1,352–362
[9]许莹.无机抗菌剂的制备及在建筑用杀菌涂料中应用[J].新型建筑材料，2003(2):17-19
[10]李彦峰，纳米ZnO改性内墙涂料抗菌性研究[J].涂料工业，2003，33(8)：3-5
[11]卢君，李玉平等，环保型抗菌防霉涂料的研制[J].涂料工业，2004(6)：28-31
[12]Paulina D. Rakowska, Mariavitalia Tiddia, et al. Antiviral surfaces and coatings and theirmechanisms of action[J]. Communications Materials, 2021.2:53
[13]胡滨，刘国军等，抗菌涂料中无机抗菌剂的研究进展，现代涂料与涂装，2009。1（12）：18-21
[14]Soumyadeep Basak, Gopinath Packirisamy, et al. Nano-based antiviral coatings to combat viral infections, Nano-Structures & Nano-Objects, 24 (2020)100620