Химия и химические технологии
Сосенкова Л.С., Егорова
Е.М.
НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН,
125315, Россия, Москва, Балтийская ул., д.8.
E-mail: lubasya@inbox.ru;
Научно-производственная компания «Наномет»,
Россия, Москва.
E-mail:info@nanomet.ru
Порошковая краска, модифицированная
наночастицами серебра
В
последнее десятилетие большое внимание уделяется разработкам технологии
получения лакокрасочных материалов с биоцидными свойствами путем введения в них добавок наночастиц
металлов. Здесь используются главным образом наночастицы серебра или меди. В
первую очередь это связано с тем, что наночастицы этих металлов обладают
выраженными биоцидными свойствами и менее токсичны для человека и окружающей
среды, чем большинство химических биоцидов, традиционно используемых в
лакокрасочной промышленности. Ранее нами было показано, что добавки к жидкофазным
лакокрасочным материалам (ЛКМ) наночастиц серебра, полученных методом биохимического
синтеза, сообщают им антимикробные свойства [1, 2]. Названный метод основан на восстановлении ионов металла природными флавоноидами в
обратных мицеллах из анионного ПАВ в изооктане [3, 4]. Он позволяет получать
наночастицы различных металлов (Ag, Cu, Zn, и др.) малого размера (не более 25
нм), стабильные в растворе на воздухе в течение длительного времени (от нескольких
месяцев до нескольких лет), что дает возможность проводить систематические
исследования их свойств и разрабатывать различные варианты их практического
применения. Такие наночастицы можно применять как непосредственно в виде
мицеллярного или водного раствора, так и для создания модифицированных
наночастицами жидкофазных и твердых материалов [1, 2,
4].
Для
получения жидкофазных ЛКМ, модифицированных наночастицами серебра, их вводили в
водоразбавляемые или органоразбавляемые композиции в виде водных или неводных растворов,
соответственно. Свойства водно-дисперсионной краски и эмалей с наночастицами
серебра исследовались в Институте эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.
Гамалеи РАМН и в Институте экологии человека и гигиены окружающей среды им.А.Н.
Сысина Минздравсоцразвития (Москва). Было обнаружено, что краска, содержащая
наночастицы серебра (0.5 - 2 % по объему), эффективно убивает бактерии
различных видов (кишечную палочку,
сальмонеллу, стафиллококк, энтерококк и др.) при нанесении их в питательной
среде на поверхность окрашенных образцов. Эти выводы подтверждены в натурных
испытаниях в СИЗО «Матросская тишина». Сохранение бактерицидной активности
краски здесь отслеживалось в течение двух месяцев. Установлено также, что
краска с наночастицами серебра эффективна против возбудителей туберкулеза и
легионеллеза. На ЛКМ с биоцидными
свойствами получен патент РФ [5]. Использование данного материала в ходе
ремонтных работ было рекомендовано правительством Москвы [6].
В
последние годы наряду с жидкофазными широкое применение находят также порошковые
краски. Так, в области промышленной окраски нет достойной альтернативы
порошковому окрашиванию как по технологическим и экономическим соображениям,
так и в отношении охраны окружающей среды [7]. Технология покрытий с
применением порошковых красок по сравнению с окрашиванием жидкофазными ЛКМ
имеет ряд преимуществ:
1. Порошковые краски
поставляются потребителю в готовом к применению виде. Не требуется их
подготовка, смешивание, разбавление.
2. Порошковые ЛКМ не
содержат органических растворителей и других летучих компонентов.
3. Получение покрытий, как
правило, ограничивается однослойным нанесением, в то время как жидкие краски
требуют нанесения нескольких слоев.
Область
применения порошковых красок постоянно расширяется. Они широко применяются в
строительстве, сельскохозяйственном машиностроении, автомобилестроении и других
областях промышленности для окраски различных металлических конструкций, неметаллических
изделий (предметов из гипса, фарфора, керамики), медицинской и бытовой техники
и другой продукции.
При
разработке жидкофазных ЛКМ, модифицированных наночастицами серебра, нами была
разработана технология введения наночастиц не только в виде растворов, но и
нанесением из растворов на порошковые материалы (оксиды металлов - Al2O3,
TiO2 и др.), входящие в состав красок. Имеющиеся здесь данные
позволяли предположить, что можно получить и порошковую краску с антимикробными
свойствами нанесением наночастиц серебра путем
адсорбции из раствора.
В
настоящей работе представлены результаты экспериментов, проведенных с целью получения порошковой краски, модифицированной
наночастицами серебра. Для исследований были выбраны порошковая краска эпокси-полиэфирная
2080 Бирюса и раствор наночастиц серебра со средним размером dср =
9.3±1.7 нм. Размеры и форму наночастиц определяли путем анализа раствора методом
просвечивающей электронной микроскопии; для построения гистограммы использовали данные не менее чем для 350
частиц. Пример микрофотографии и распределение
частиц по размерам приведены на рис.1.
Рис.
1. Электронная микрофотография и гистограмма размеров частиц в мицеллярном
растворе наночастиц серебра.
Наночастицы наносили на краску или ее компоненты
(смола полиэфирная, смола эпоксидная, двуокись титана, Omyacarb 10 GU
(наполнитель), агент розлива) путем адсорбции из их мицеллярного раствора в
изооктане. Контроль скорости адсорбции производили методом спектрофотометрии –
по изменению интенсивности характерной полосы поглощения наночастиц в растворе.
Плотность покрытия краски наночастицами оценивали по количеству нанесенного
серебра на единицу веса краски (в мг/г).
Вначале выясняли возможность введения в краску
наночастиц серебра путем нанесения на ее отдельные компоненты Было установлено,
что на компоненты краски адсорбируется лишь малое количество наночастиц (0,3-0,6 мгAg /г ); здесь наиболее
заметной была адсорбция на оксиде титана. Гораздо более значительной
была адсорбция на готовую порошковую краску – здесь удавалось нанести до 3 мг
наночастиц на 1 г краски. Далее были проведены эксперименты по подбору
оптимальных условий, позволяющих обеспечить высокую скорость адсорбции и высокую степень извлечения наночастиц
из раствора, а также получить максимально возможную плотность покрытия.
На рис. 2 представлены
спектры мицеллярного раствора наночастиц до и после нанесения на порошковую
краску в оптимальном режиме.
Как
видно из рисунка, за 1 сутки на порошковую краску адсорбировалось более 98 %
наночастиц.
Таким образом, нами была
получена порошковая краска, модифицированная наночастицами серебра. Основываясь
на положительных результатах проведённых исследований антимикробных свойств жидкофазных
красок, можно предположить, что такая краска будет также обладать бактерицидными
свойствами. Испытания биологической активности красок предполагается провести в
ближайшем будущем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Е.М. Егорова. Наночастицы металлов в растворах:
биохимический синтез и применение. Нанотехника. 2004. №1. с.15-26.
2. Egorova E.M. Biological effects of silver nanoparticles. In: “Silver
nanoparticles: properties, characterization and applications”. (Ed. by Audrey
E. Welles).// New York: Nova Science Publishers. 2010. Р.221-258.
3. Egorova E. M., Revina A. A. // Colloids and Surfaces A.
2000. V. 168. № 1. P. 87.
4. Егорова Е. М. Наночастицы металлов в
растворах: биохимический синтез, свойства и применение. Автореф. дисс. на соиск.
уч. степ. доктора химических наук. Москва. 2011.
5. Кудрявцев
Б. Б., Гурова Н. Б., Ревина А. А., Егорова Е. М., Седищев И.П. Лакокрасочный
материал с биоцидными свойствами. Патент РФ №2195473. Приоритет от 07.03.2002
г.
6. О
применении лакокрасочных бактерицидных покрытий при ремонтных работах в школах,
интернатах, поликлиниках, больницах гостиницах. Распоряжение правительства
Москвы от 4.02.2002 г. №137-РП.
7. Бобович
Б.Б. Неметаллические конструкционные материалы. М.: МГИУ. 2009.