趙雪媚，張銀震，呂楚陽，張繼芮，楊 亮

(海南大學,海南 海口 570228)

高透光性疏水涂料的制備及抑菌和壽命的表征

趙雪媚，張銀震，呂楚陽，張繼芮，楊 亮

(海南大學,海南 ?？?570228)

針對NC306疏水材料所修飾的玻璃表面壽命短、抗菌效果差等不足，通過化學法添加環(huán)氧樹脂AB膠于NC306疏水材料與普通玻璃之間，制得一種具有自清潔、高透光性和強疏水性能的表面修飾涂料.所制材料測試結果表明：所修飾玻璃表面有較低表面能，其值約為普通玻璃的1/4；此外，所制復合功能膜涂層較單一,NC306材料具有更高的成膜質量并且提高了涂層的壽命和耐磨性.

疏水膜；表面改性；表面能；壽命

0 引 言

近年來，超疏水材料之所以引起了人們的普遍關注，是因為它具有許多獨特的表面性能，如自清潔、防腐蝕、疏水性[1]3509-3510等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設和人們的日常生活中有著極其廣闊的應用前景[2]30.如王躍河采用超疏水內膽避免內膽表面出現(xiàn)結霜、結冰現(xiàn)象[3]41；江雷研究小組制備的超雙疏界面材料涂在輪船的外殼、燃料儲備箱上可達到防海洋污損和抗海洋腐蝕雙重效果[4]594；段輝等人制備出了具有有機涂層力學性能的超疏水涂層材料[5]83-84，與天然荷葉表面極其相似，可望應用于軍事船艦、潛艇的表面以防止海生物附著，降低運輸工具的自重，提高航速和改善續(xù)航能力.

超疏水性表面的理論研究已經(jīng)取得大量成果[6]45-46，但制備方法不多且多數(shù)存在實驗條件苛刻，步驟煩瑣，尤其制備成本偏高等問題[7]2261，現(xiàn)已投入市場的超疏水性材料也存在表面微結構低、易老化、易磨損、易污染[8]11-13、使用壽命短等缺點[9]161-162.如何采用簡單有效的方法構造和調控涂膜的雙微觀結構,從而獲得性能持久質量優(yōu)異的疏水性涂膜材料并有效應用于生產(chǎn)和生活的各個方面是這一領域研究的最終目標.

NC306疏水材料是市場上常見疏水材料之一，但其價格昂貴，壽命短,無法得到普遍應用.基于此，本文通過化學法添加環(huán)氧樹脂AB膠制得一種具有自清潔[10]957-959,[11]3241-3243、高透光性和強疏水性能的表面修飾涂料.

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

1.1.1 原材料：普通玻璃片(47 mm×47 mm),載玻片(65 mm×24 mm)

1.1.2 試劑：NC306疏水透明納米材料(江蘇常州)，蒸餾水，透明環(huán)氧樹脂AB膠(深圳市達立誠塑膠五金制品有限公司)，無水乙醇(廣東光華科技股份有限公司，AR，分子量：46.07)， 牛肉膏(廣東環(huán)凱微生物科技有限公司)，胰蛋白胨(廣東環(huán)凱微生物科技有限公司)，NaCl(廣東光華科技股份有限公司,AR,分子量：58.44)，瓊脂(國藥集團化學試劑有限公司，BR)，1 mol/L NaOH(廣東光華科技股份有限公司,AR,分子量：40.00)

1.1.3 儀器：吸量管，試管，培養(yǎng)皿，玻璃棒，PH試紙，接觸角測量儀(自制)，SK3200H超聲波清洗器(上?？茖С晝x器有限公司)，定功率45 W紫外箱(自制)，160 ℃烤箱(自制)，單道可調移液管(蘇州有限公司).

1.2 實驗方法

1.2.1 材料制備

1)分別稱取1.2 g環(huán)氧樹脂A膠和B膠置于1號和2號燒杯，在1號燒杯中加入2 mL的酒精，2號燒杯中加入2.5 mL酒精，攪拌均勻后將1、2號溶液充分混勻，配制成待用膠.

2)將NC306疏水材料A、B、C組分按3∶1∶1的比例配置并充分攪拌均勻.

3)將玻璃表面用酒精泡洗、超聲清潔并吹干，將1)中配置的少量膠液傾倒于玻璃表面靜置片刻使其覆蓋均勻，注意膠面越薄越好，待膠近干即基本固化但仍有一點黏性.

4)將2)中混合好的NC306疏水材料傾倒于3)中近干的玻璃表面靜置使其均勻覆蓋，將此玻璃放入160 ℃烤箱烘烤15 min后取出，即得改進后成品.

1.2.2 表征方法

1.2.2.1 抑菌實驗

1)取1號未經(jīng)處理、2號涂有NC306疏水材料和3號涂有改進后材料的玻璃3組，在相同條件下進行對照試驗.

2)分別測量1號、2號和3號玻璃的總表面積.

3)分別在1號、2號和3號玻璃內固定大小的面積上(65 mm×24 mm)用無菌棉簽(先在無菌水中沾濕)取樣，來回擦拭，保證玻璃表面細菌黏附在棉簽上.

4)將棉簽浸在固定體積的無菌水中洗脫樣品中可能存在的細菌.

5)利用稀釋平板計數(shù)法測定樣品液中細菌數(shù).

6)室溫培養(yǎng)后，計數(shù)培養(yǎng)基上的細菌菌落數(shù)并比較其抑菌性.

1.2.2.2 表面能值及極性分量和非極性分量測量

利用接觸角測量儀測量不同玻璃表面的4種不同探測液的接觸角值，分別在樣品表面3個不同位置用水、二碘甲烷、乙二醇和甲酰胺測量[12]943其接觸角值，液滴控制約為 5 μL，求其平均值并利用Young方程[13]5002對測量值進行擬合，可分別求出表面能、表面能極性分量及非極性分量.

1.2.2.3 樣品壽命檢測

用定功率45 W紫外燈長時間照射，測量不同照射時間下各樣品表面接觸角值，表征疏水壽命.

2 結果與討論

2.1 樣品抑菌性能檢驗

圖1所示為不同玻璃表面的抑菌性能比較：a為未處理的載玻片表面黏附的細菌；b為NC306疏水材料修飾的載玻片表面粘附的細菌；c為所制備新材料修飾的載玻片表面黏附的細菌.3個不同樣品表面細菌黏附性圖中的白斑是由細菌附著形成的，由于不同菌落生長速率不同，白斑的大小也不同，其大小符合細菌的體積標準.

圖1 不同樣品表面細菌個數(shù)及不同玻璃表面的抑菌性能比較

實驗結果表明，實驗對照組a表面細菌菌落數(shù)約為140個(稀釋125倍，下同)；經(jīng)NC306疏水材料修飾的實驗對照組b表面菌落數(shù)約為54個；所制備新材料修飾的實驗對照組c表面菌落數(shù)約為90個.分析實驗可知：普通玻璃表面細菌附著數(shù)約為所制備新材料修飾的玻璃表面的1.6倍，即所制備新材料具有良好的抑菌性能.

2.2 表面能值及極性分量和非極性分量分析

圖2表示不同時長紫外照射下不同玻璃表面能值的比較.測量結果表明普通玻璃表面能值約為48 kJ/mol遠大于NC306疏水材料和所制備新材料修飾的玻璃表面，經(jīng)10 h紫外燈照射后所制備新材料修飾的玻璃表面較普通玻璃有較低的表面能值.通過極性分量和非極性分量圖表分析可知NC306疏水材料和所制備新材料有低的極性分量致使表面能較普通玻璃降低，紫外照射5 h后，NC306疏水材料非極性分量較所制備新材料顯著增加使其表面能增大.實驗結果表明：所制備新材料修飾的玻璃表面有較低表面能大約為普通玻璃的1/4，主要表現(xiàn)為較低的表面能極性分量，可以有效地抑制細菌在玻璃表面的附著.

圖2 不同時長紫外照射下不同玻璃表面能值

2.3 樣品壽命分析

圖3為紫外照射不同時長普通玻璃、NC306疏水材料以及所制備新材料修飾的玻璃表面接觸角比較.長時間紫外照射所制備新材料與原材料表面接觸角無顯著下降點，說明所制備新材料和原材料均有持久疏水性.紫外照射7.5 h以后所制備新材料接觸角值大于NC306疏水材料.實驗表明：NC306疏水材料與所制備新材料都有較高的壽命即疏水性,但所制備新材料壽命略優(yōu)于NC306疏水材料.

圖3 不同時長紫外照射下不同玻璃表面接觸角的比較

3 結論

樣品抑菌性能和表面能值、極性分量、非極性分量測量結果表明，改進后新材料有較低表面能，其值約為普通玻璃表面的1/4，且紫外照射后期略低于原NC306疏水材料,主要表現(xiàn)為表面能極性分量很低，可以有效地抑制細菌群落在玻璃表面的附著生長.經(jīng)測定玻璃表面細菌附著數(shù)約為所制新材料修飾的玻璃表面的1.6倍，即改進后新材料具有良好的抑菌性能.

樣品壽命測量結果表明，NC306疏水材料與所制備新材料都有較高的疏水壽命但所制備新材料壽命略優(yōu)于原材料.

本實驗所用制備方法簡單，且實驗試劑需要少，對儀器設備依賴少，無毒環(huán)保，能耗低，成本低，材料應用范圍廣.

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[責任編輯 梧桐雨]

Preparation of High Transmittance Hydrophobic Coatings and Characterization of its Antibacterial and Life

ZHAO Xuemei, ZHANG Yinzhen, LYU Chuyang, ZHANG Jirui, YANG Liang

(HainanUniversity,Haikou570228,China)

For NC306 hydrophobic material’s disadvantages such as its short lifetime, late antibacterial effects and so on, we added epoxy resin AB glue between NC306 hydrophobic materials and glass by chemical method, and finally prepared a self-cleaning, high light penetration and strong hydrophobic surface modification coatings. The results of the test for the properties of the prepared materials showed that the improved new material modified glass surfaces had low surface energy, whose value was about one fourth of the ordinary glass. In addition, compared with the single NC306 materials, the composite coating had a higher quality of film coating. More importantly, it can improve the service life of coating film and abrasion resistance.

Hydrophobic film； Surface modification； Surface energy； Life

2016-11-19

趙雪媚(1995- )，女，山西忻州人，海南大學2013級本科生，主要從事薄膜材料制備、表征研究。

楊 亮(1979- )，男，河北南皮人，海南大學高級實驗師，碩士，主要從事薄膜材料制備、表征研究。

TQ630

A

1671-8127(2017)01-0091-04