阅读说明：本技术 一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法 (Paint spraying method of antibacterial wear-resistant grain machinery ) 是由 申慧君 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法,将一水合柠檬酸溶解到去离子水-乙醇溶液中,滴加到纳米氧化锌悬浮液中,在油浴中磁力搅拌,用乙醇洗涤、离心、真空干燥得表面改性纳米氧化锌；将聚醚砜加入到N,N-二甲基乙酰胺中,磁力搅拌溶解得聚醚砜溶液；将短切碳纤维加入到N,N-二甲基乙酰胺中,机械搅拌后,倒入聚醚砜溶液机械搅拌,倒入乙醇中抽滤、用无水乙醇洗涤,干燥得聚醚砜包覆的碳纤维；将硅烷改性的纳米二氧化钛、所得表面改性纳米氧化锌和聚醚砜包覆的碳纤维加入纯水中,超声分散均匀后,加入到水性氟碳涂料中,搅拌均匀后超声,得到抗菌耐磨油漆；将所得抗菌耐磨油漆均匀喷涂到粮食机械表面,静置后,热风吹干。(The invention discloses a paint spraying method of an antibacterial wear-resistant grain machine, which comprises the steps of dissolving citric acid monohydrate into a deionized water-ethanol solution, dropwise adding into a nano zinc oxide suspension, magnetically stirring in an oil bath, washing with ethanol, centrifuging, and drying in vacuum to obtain surface-modified nano zinc oxide; adding the polyether sulfone into N, N-dimethylacetamide, and dissolving by magnetic stirring to obtain a polyether sulfone solution; adding the chopped carbon fibers into N, N-dimethylacetamide, mechanically stirring, pouring a polyether sulfone solution, mechanically stirring, pouring into ethanol, performing suction filtration, washing with absolute ethanol, and drying to obtain polyether sulfone-coated carbon fibers; adding silane-modified nano titanium dioxide, the obtained surface-modified nano zinc oxide and the carbon fiber coated by polyether sulfone into pure water, ultrasonically dispersing uniformly, adding into the water-based fluorocarbon coating, stirring uniformly, and ultrasonically treating to obtain the antibacterial wear-resistant paint; and uniformly spraying the obtained antibacterial wear-resistant paint on the surface of a grain machine, standing, and drying by hot air.)

一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法

技术领域

本发明属于油漆喷涂领域，具体涉及一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法。

背景技术

磨损作为金属材料常见的失效方式，不仅缩短金属零部件的使用寿命，同时也造成资源与能源的浪费，带来不可估量的国民经济损失，因此提升金属材料的耐磨性能具有重要意义，其中又以粮食机械的摩擦磨损性能研究为主。机械油漆，又称机械涂料，就是指涂装在机械表面及各类机器零部件上的涂料，主要应用在机床、设备、汽车、五金、玻璃钢等表面装饰保护。

纳米氧化锌是一种有效的杀菌材料，且对聚合物表现出较好的增强特性，为了制备出纳米颗粒分散均匀、稳定性高的抗菌复合材料，本发明采用硅烷偶联剂KH550和一水合柠檬酸对纳米氧化锌表面进行改性。

众所周知，纳米粒子属于刚性粒子，用单一的纳米粒子改善复合材料的摩擦磨损性能以达到预期效果是远远不够的。随着应用环境的变化以及外界条件的需求，对材料耐磨性的要求也越来越高。因此，需要在纯树脂中添加其他增强材料，与纳米粒子一起对材料进行协同改性，使材料摩擦系数和磨损率更低。随着社会及行业的发展进步，对摩擦材料的要求也越来越高，单一高分子材料已不能完全满足需求者对材料耐磨性的要求。

碳纤维是使用较广泛的增强材料之一，它具有较高的耐热性、机械强度和抗磨损性能等，为提高碳纤维与油漆界面间的相互作用，本发明通过物理方法对碳纤维进行表面包覆处理，本申请还选用硅烷偶联剂 KH570处理纳米二氧化钛，得到改性纳米粒子。因此用碳纤维与二氧化钛掺杂以降低油漆摩擦系数和磨损率，使其呈现出更优异的耐磨性，同时也拓宽了其在摩擦领域的应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法，依照该方法喷涂的粮食机械具有优异的抗菌抑菌性能和耐摩擦磨损性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）表面改性纳米氧化锌：

将1-2份氨基功能化的纳米氧化锌1:100加入去离子水-乙醇溶液中，超声处理得纳米氧化锌悬浮液；将0.3-0.6份一水合柠檬酸溶解到100-200份去离子水-乙醇溶液中，用氢氧化钠溶液调节pH为7-8，滴加到纳米氧化锌悬浮液中，在35-40℃油浴中磁力搅拌2-3h，用乙醇洗涤3-5次，离心15-20min，在60-65℃下真空干燥得表面改性纳米氧化锌；

利用一水合柠檬酸作为改性剂对氨基功能化的纳米氧化锌表面进行改性，一水合柠檬酸是一种具有三个羧基结构的天然有机酸，可以与纳米氧化锌表面的羟基进行酯化反应生成酯键，改性纳米氧化锌表面存在一水合柠檬酸分子层，并且两者官能团之间相互作用，表面改性纳米氧化锌颗粒间团聚现象明显改善，分散效果好，能够长期稳定的分散在介质中，表面改性纳米氧化锌出现抑菌圈，具有较好的抗菌效果；

（2）碳纤维的表面处理：

将0.05-0.1份聚醚砜加入到1.4-2.8份N,N-二甲基乙酰胺中，磁力搅拌溶解得聚醚砜溶液；将1-2份短切碳纤维加入到47-94份N,N-二甲基乙酰胺中，机械搅拌后，倒入聚醚砜溶液机械搅拌1-2h，倒入乙醇中抽滤、用无水乙醇洗涤3-5次，在80-85℃下干燥得聚醚砜包覆的碳纤维；

通过物理方法用聚醚砜对碳纤维进行包覆，包覆后的碳纤维能够在油漆中均匀分散，有利于提高碳纤维在油漆中的分散程度，同时可以提高碳纤维与油漆的界面粘结性，碳纤维的加入有利于提高油漆的热稳定性，碳纤维的适当加入改善了油漆的耐磨性，降低了油漆的摩擦系数和磨损率；

（3）油漆喷涂方法：

将2-3份硅烷改性的纳米二氧化钛、（1）中所得表面改性纳米氧化锌、（2）中所得聚醚砜包覆的碳纤维加入400-500份纯水中，超声10-20min分散均匀后，加入到60-70份水性氟碳涂料中，搅拌均匀后超声10-20min，得到抗菌耐磨油漆；

将所得抗菌耐磨油漆以1-2MPa的压力均匀喷涂到粮食机械表面，静置20-30min后，热风吹干；

以水性氟碳涂料、表面改性纳米氧化锌、聚醚砜包覆的碳纤维、硅烷改性的纳米二氧化钛为原料，制备了抗菌耐磨油漆，可赋予粮食机械优异的抗菌性能和耐磨性能；

进一步的，步骤（1）中纳米氧化锌粉末的氨基功能化：将0.5-1份纳米氧化锌粉末溶于19-38份N, N-二甲基甲酰胺中，超声分散后，加入0.095-0.19份硅烷偶联剂KH550，反应20-30min，离心、洗涤、真空干燥得氨基功能化的纳米氧化锌；

去离子水-乙醇的体积比8:2，氢氧化钠溶液的浓度为2-4mol/L。

进一步的，步骤（3）中纳米二氧化钛的表面改性：向5-10份纳米二氧化钛中加入无水乙醇超声1-2h后，滴加0.15-0.3份硅烷偶联剂KH570，再滴加浓度为25%的氨水调节pH为8-9，通氮气，在60-65℃下加热搅拌反应1-2h，离心、依次用乙醇和水洗涤3-5次，烘干得硅烷改性的纳米二氧化钛。

进一步的，步骤（3）中油漆喷涂的厚度为0.2-0.3mm，喷涂时间为10-20min。

本发明相比现有技术具有以下优点：

（1）用硅烷偶联剂KH550对纳米氧化锌粉末进行表面修饰改性，其分子结构既具备有机基团，又有无机结构，有机活性官能基团能够与聚合物分子反应生成共价键，其水解的基团又能够与无机物表面的羟基或者与氧化物本身发生缩合反应，形成稳定的硅氧键，得到大小均匀、分散性良好的氨基功能化的纳米氧化锌，降低纳米氧化锌的表面能，可以有效阻止纳米氧化锌的团聚，提高纳米氧化锌的抗菌性能；

利用一水合柠檬酸作为改性剂对氨基功能化的纳米氧化锌表面进行改性，一水合柠檬酸是一种具有三个羧基结构的天然有机酸，可以与纳米氧化锌表面的羟基进行酯化反应生成酯键，改性纳米氧化锌表面存在一水合柠檬酸分子层，并且两者官能团之间相互作用，表面改性纳米氧化锌颗粒间团聚现象明显改善，分散效果好，能够长期稳定的分散在介质中，表面改性纳米氧化锌出现抑菌圈，具有较好的抗菌效果。

（2）通过物理方法用聚醚砜对碳纤维进行包覆，包覆后的碳纤维能够在油漆中均匀分散，有利于提高碳纤维在油漆中的分散程度，同时可以提高碳纤维与油漆的界面粘结性，碳纤维的加入有利于提高油漆的热稳定性，碳纤维的适当加入改善了油漆的耐磨性，降低了油漆的摩擦系数和磨损率。

（3）以水性氟碳涂料、表面改性纳米氧化锌、聚醚砜包覆的碳纤维、硅烷改性的纳米二氧化钛为原料，制备了抗菌耐磨油漆，可赋予粮食机械优异的抗菌性能和耐磨性能；

通过偶联剂接枝手段对纳米二氧化钛进行表面处理与修饰，硅烷改性的纳米二氧化钛团聚程度降低，经表面处理后，在油漆中的分散程度和粮食机械界面相互作用的提高，耐磨性提高，摩擦因数和磨损率均降低，高温热稳定性也更好，进一步拓宽了改性材料在摩擦材料领域的应用范围和使用条件；

聚醚砜包覆的碳纤维与硅烷改性的纳米二氧化钛有着良好的协同效应，在摩擦过程中，随摩擦脱落的二氧化钛粒子会富集在碳纤维周围，在样品和钢盘配副间起到临时固定碳纤维的作用，减轻了碳纤维的进一步受损，也使碳纤维不易从油漆中外翻拔出，减轻界面脱粘程度，此外，纳米粒子可能充当了两个配合面间的滚动体，使两个配合面间发生一定程度的滚动而不是相对滑动，进而降低剪切应力、摩擦因数和摩擦面接触温度。

具体实施方式

实施例1

一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）表面改性纳米氧化锌：

将1份氨基功能化的纳米氧化锌1:100加入去离子水-乙醇溶液中，超声处理得纳米氧化锌悬浮液；将0.3份一水合柠檬酸溶解到100份去离子水-乙醇溶液中，用氢氧化钠溶液调节pH为7，滴加到纳米氧化锌悬浮液中，在35℃油浴中磁力搅拌3h，用乙醇洗涤3次，离心15min，在60℃下真空干燥得表面改性纳米氧化锌；

其中，纳米氧化锌粉末的氨基功能化：将0.5份纳米氧化锌粉末溶于19份N, N-二甲基甲酰胺中，超声分散后，加入0.095份硅烷偶联剂KH550，反应20min，离心、洗涤、真空干燥得氨基功能化的纳米氧化锌；

去离子水-乙醇的体积比8:2，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L；

（2）碳纤维的表面处理：

将0.05份聚醚砜加入到1.4份N,N-二甲基乙酰胺中，磁力搅拌溶解得聚醚砜溶液；将1份短切碳纤维加入到47份N,N-二甲基乙酰胺中，机械搅拌后，倒入聚醚砜溶液机械搅拌1h，倒入乙醇中抽滤、用无水乙醇洗涤3次，在80℃下干燥得聚醚砜包覆的碳纤维；

（3）油漆喷涂方法：

将2份硅烷改性的纳米二氧化钛、（1）中所得表面改性纳米氧化锌、（2）中所得聚醚砜包覆的碳纤维加入400份纯水中，超声10min分散均匀后，加入到60份水性氟碳涂料中，搅拌均匀后超声10min，得到抗菌耐磨油漆；

将所得抗菌耐磨油漆以1MPa的压力均匀喷涂到粮食机械表面，静置20min后，热风吹干；

其中，纳米二氧化钛的表面改性：向5份纳米二氧化钛中加入无水乙醇超声1h后，滴加0.15份硅烷偶联剂KH570，再滴加浓度为25%的氨水调节pH为8，通氮气，在60℃下加热搅拌反应2h，离心、依次用乙醇和水洗涤3次，烘干得硅烷改性的纳米二氧化钛；

油漆喷涂的厚度为0.2mm，喷涂时间为10min。

实施例2

一种抗菌耐磨粮食机械的油漆喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤，下述原料按重量份计：

（1）表面改性纳米氧化锌：

将2份氨基功能化的纳米氧化锌1:100加入去离子水-乙醇溶液中，超声处理得纳米氧化锌悬浮液；将0.6份一水合柠檬酸溶解到200份去离子水-乙醇溶液中，用氢氧化钠溶液调节pH为8，滴加到纳米氧化锌悬浮液中，在40℃油浴中磁力搅拌2h，用乙醇洗涤5次，离心20min，在65℃下真空干燥得表面改性纳米氧化锌；

其中，纳米氧化锌粉末的氨基功能化：将1份纳米氧化锌粉末溶于38份N, N-二甲基甲酰胺中，超声分散后，加入0.19份硅烷偶联剂KH550，反应30min，离心、洗涤、真空干燥得氨基功能化的纳米氧化锌；

去离子水-乙醇的体积比8:2，氢氧化钠溶液的浓度为4mol/L；

（2）碳纤维的表面处理：

将0.1份聚醚砜加入到2.8份N,N-二甲基乙酰胺中，磁力搅拌溶解得聚醚砜溶液；将2份短切碳纤维加入到94份N,N-二甲基乙酰胺中，机械搅拌后，倒入聚醚砜溶液机械搅拌2h，倒入乙醇中抽滤、用无水乙醇洗涤5次，在85℃下干燥得聚醚砜包覆的碳纤维；

（3）油漆喷涂方法：

将3份硅烷改性的纳米二氧化钛、（1）中所得表面改性纳米氧化锌、（2）中所得聚醚砜包覆的碳纤维加入500份纯水中，超声20min分散均匀后，加入到70份水性氟碳涂料中，搅拌均匀后超声20min，得到抗菌耐磨油漆；

将所得抗菌耐磨油漆以2MPa的压力均匀喷涂到粮食机械表面，静置30min后，热风吹干；

其中，纳米二氧化钛的表面改性：向10份纳米二氧化钛中加入无水乙醇超声2h后，滴加0.3份硅烷偶联剂KH570，再滴加浓度为25%的氨水调节pH为9，通氮气，在65℃下加热搅拌反应1h，离心、依次用乙醇和水洗涤5次，烘干得硅烷改性的纳米二氧化钛；

油漆喷涂的厚度为0.3mm，喷涂时间为20min。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（1）中未添加使用硅烷偶联剂KH550和，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（3）中未添加使用硅烷改性的纳米二氧化钛，除此外的方法步骤均相同。

对照组 未经任何改性处理的空白粮食机械表面

为了对比本发明制备的油漆喷涂粮食机械表面的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的油漆喷涂粮食机械表面，以及对照组对应的未经任何改性处理的空白粮食机械表面，按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：

抗菌性能测试：采用振荡法检测抗菌抑菌率，为了减少试验误差，试验平行三次，取其平均值报告抗菌抑菌率；采用琼脂平皿扩散法检测抑菌圈直径，实验结果重复测量五次，结果取平均值，报告抑菌圈直径；

在载荷为2MPa、转速为200r/min条件下进行了30min的四球摩擦磨损实验，研究油漆喷涂粮食机械表面的减摩耐磨性能；

表1

项目	抗菌抑菌率	抑菌圈直径	平均摩擦系数	磨损率
					实施例1	99.8%	6.3mm	0.19	1.57×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/Nm
实施例2	99.9%	6.1mm	0.18	1.48×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/Nm
					对比实施例1	58.9%	2.3mm	0.19	1.52×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/Nm
对比实施例2	99.8%	6.2mm	0.31	4.34×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/Nm
					对照组	无抑菌作用	没有抑菌圈出现	0.48	5.54×10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/Nm

按照本发明实施例方法制备的油漆喷涂粮食机械表面具有优异的抗菌抑菌性能和耐摩擦磨损性能；在对比实施例1中未添加使用硅烷偶联剂KH550，导致油漆喷涂粮食机械表面的抗菌抑菌率降低、抑菌圈直径减小，但是仍然优于对照组未经任何改性处理的空白粮食机械表面的抗菌抑菌性能；在对比实施例2中未添加使用硅烷改性的纳米二氧化钛，导致油漆喷涂粮食机械表面的平均摩擦系数和磨损率均增大，但是仍然优于对照组的耐摩擦磨损性能。