CN104448677A - 一种医用抗菌abs材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种医用抗菌ABS材料及其制备方法，按照重量份数配比称取ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁、抑菌铜、二氧化钛、偶联剂、硬脂酸镁、过氧化二异丙苯、SBS、表面处理剂、石墨、EVA、微胶囊化红磷和二甲基聚硅氧烷，混合均匀后挤出造粒即可；产品热变形温度85-105℃，拉伸强度40-60MPa；大肠杆菌抗菌率95-99%，金黄色葡萄球菌抗菌率97.5-99.5%；冲击强度0.2-0.6kJ/m，绿脓杆菌抑菌率97-99%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率91-95%。

Description

一种医用抗菌ABS材料及其制备方法

技术领域

本申请属于医用新材料工艺领域，尤其涉及一种医用抗菌ABS材料及其制备方法。

背景技术

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等。生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，要求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。医用高分子材料多用于人体，直接关系到人的生命和健康，一般对其性能的要求是：安全性：必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高，生产环境非常清洁，聚合助剂的残留少，杂质含量为 ABSm级，确保无病、无毒传播条件。物理、化学和机械性能：需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。医用高分子材料多用于人体，直接关系到人的生命和健康，一般对其性能的要求是：安全性：必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高，生产环境非常清洁，聚合助剂的残留少，杂质含量为 ABSm级，确保无病、无毒传播条件。物理、化学和机械性能：需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。以心脏瓣膜为例，最好能使用25万小时，要求耐疲劳强度特别好。生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。生物医学材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求，激发了对生物材料的需求。作为世界人口最多的国家，中国已进入老龄化国家行列，生物材料的市场潜力将更加巨大。

抗菌塑料是一类在使用环境中本身对沾污在塑料上的细菌、霉菌、醇母菌、藻类甚至病毒等起抑制或杀灭作用的塑料，通过抑制微生物的繁殖来保持自身清洁。目前，抗菌塑料主要通过在普通塑料中添加少量抗菌剂的方法获得。抗菌塑料使用中首先要满足塑料作为基本材料使用时对其物理、化学、机械等性能的必要要求，同时要考虑具备抗菌这一特殊功能的要求以及由此产生的附加因素。中国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。目前约有50多个单位从事这方面的研究，现有医用高分子材料60多种，制品达400余种，用于医疗的聚甲基EVA酸甲酯每年达300t。然而，中国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段，还没有能够建立在分子设计的基础上。因此，应该以材料的结构与性能关系，材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据来研究开发新材料。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。发展趋势，研究开发满足生物相容性和血液相容性材料，以聚烯烃、聚硅氧烷、氟碳聚合物和聚氨酯为重点；开发控制药物释放、人工脏器、医疗器械和控制生育所用材料。发展小型化、便携带、内埋化等类型的人工器官装置。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名：Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，简称ABS。ABS是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构。 ABS树脂是丙烯腈、1，3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。而且可与多种树脂配混成共混物。现在主要用于合金，塑料，以及ABS牌号。ABS塑胶原料树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构。ABS树脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1，3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为（C8H8·C4H6·C3H3N）x，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，乳液法ABS最常见的比例是A:B:S=22:17:61，而本体法ABS中B的比例往往较低，约为13%。ABS塑料的成型温度为180-250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性，又增加了弹性、强度(丁二烯的特性)、耐热和耐腐蚀性(丙烯腈的优良性能)，且表面硬度高、耐化学性好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变ABS的各种性能，故ABS工程塑料具有广泛用途，主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。ABS是20世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料，一般来说汽车、器具和电子电器是ABS树脂三大应用领域，然而不同地区和国家ABS树脂的消费结构存在很大差异，在汽车领域中美国和西欧的消费比较高，约占22-24%，日本占15%左右，远东地区仅占5%，在器具方面日本占27%，西欧占24%，美国占20%，在电子电器领域远东地区所占比例高达50%左右，日本西欧约占23-26%，美国仅占10%左右。此外日本在杂品方面的应用比例高达28%，美国在建筑建材方面应用比例占13-16%。ABS树脂可以注塑、挤出或热成型。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种大肠杆菌抗菌率、金黄色葡萄球菌抗菌率、拉伸强度和冲击强度高的医用抗菌ABS材料及其制备方法是非常必要的。

发明内容

解决的技术问题：

本申请针对上述技术问题，提供一种医用抗菌ABS材料及其制备方法，解决现有医用新材料大肠杆菌抗菌率、金黄色葡萄球菌抗菌率、拉伸强度和冲击强度低等技术问题。

技术方案：

一种医用抗菌ABS材料，所述医用抗菌ABS材料的原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.1-0.5份；纳米磷酸锆载银抗菌剂2-8份；氢氧化镁6-14份；抑菌铜1-5份；二氧化钛1.5-3.5份；偶联剂1.5-5.5份；硬脂酸镁1-3份；PP10-30份；SBS为5-25份；表面处理剂2.5-4.5份；石墨为5-15份；EVA5-25份；微胶囊化红磷为5-25份；二甲基聚硅氧烷为0.5-2.5份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌ABS材料的原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.2-0.4份；纳米磷酸锆载银抗菌剂3-7份；氢氧化镁8-12份；抑菌铜2-4份；二氧化钛2-3份；偶联剂2.5-3.5份；硬脂酸镁1.5-2.5份；PP15-25份；SBS为10-20份；表面处理剂3-4份；石墨为8-12份；EVA10-20份；微胶囊化红磷为10-20份；二甲基聚硅氧烷为1-2份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌ABS材料的原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.3份；纳米磷酸锆载银抗菌剂5份；氢氧化镁10份；抑菌铜3份；二氧化钛2.5份；偶联剂3.5份；硬脂酸镁2份；PP20份；SBS为15份；表面处理剂3.5份；石墨为10份；EVA15份；微胶囊化红磷为15份；二甲基聚硅氧烷为1.5份。

作为本发明的一种优选技术方案：所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

作为本发明的一种优选技术方案：所述表面处理剂采用铝酸酯表面处理剂或硼酸酯表面处理剂。

作为本发明的一种优选技术方案：所述医用抗菌ABS材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按照重量份数配比称取ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁、抑菌铜、二氧化钛、偶联剂、硬脂酸镁、过氧化二异丙苯、SBS、表面处理剂、石墨、EVA、微胶囊化红磷和二甲基聚硅氧烷；

第二步：将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至80-100℃，搅拌20-40min，搅拌速度300-500转/分钟；

第三步：然后加入剩余原料，升温至120-140℃，搅拌40-80min，搅拌速度400-600转/分钟；

第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速60-80转/分钟，挤出造粒。

 有益效果：

本发明所述一种医用抗菌ABS材料及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品热变形温度85-105℃，拉伸强度40-60MPa；2、大肠杆菌抗菌率95-99%，金黄色葡萄球菌抗菌率97.5-99.5%；3、冲击强度0.2-0.6kJ/m，绿脓杆菌抑菌率97-99%；4、对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率91-95%，可以广泛生产并不断代替现有材料。

具体实施方式

实施例1:

按照重量份数配比称取ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.1份；纳米磷酸锆载银抗菌剂2份；氢氧化镁6份；抑菌铜1份；二氧化钛1.5份；钛酸酯偶联剂1.5份；硬脂酸镁1份；PP10份；SBS为5份；铝酸酯表面处理剂2.5份；石墨为5份；EVA5份；微胶囊化红磷为5份；二甲基聚硅氧烷为0.5份。

将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至80℃，搅拌20min，搅拌速度300转/分钟，然后加入剩余原料，升温至120℃，搅拌40min，搅拌速度400转/分钟。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速60转/分钟，挤出造粒。

产品热变形温度85℃，拉伸强度40MPa；大肠杆菌抗菌率95%，金黄色葡萄球菌抗菌率97.5%；冲击强度0.2kJ/m，绿脓杆菌抑菌率97%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率91%。

 实施例2:

按照重量份数配比称取ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.5份；纳米磷酸锆载银抗菌剂8份；氢氧化镁14份；抑菌铜5份；二氧化钛3.5份；钛酸酯偶联剂5.5份；硬脂酸镁3份；PP30份；SBS为25份；铝酸酯表面处理剂4.5份；石墨为15份；EVA25份；微胶囊化红磷为25份；二甲基聚硅氧烷为2.5份。

将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至100℃，搅拌40min，搅拌速度500转/分钟，然后加入剩余原料，升温至140℃，搅拌80min，搅拌速度600转/分钟。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速80转/分钟，挤出造粒。

产品热变形温度90℃，拉伸强度45MPa；大肠杆菌抗菌率96%，金黄色葡萄球菌抗菌率98%；冲击强度0.3kJ/m，绿脓杆菌抑菌率97.5%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率92%。

 实施例3:

按照重量份数配比称取ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.2份；纳米磷酸锆载银抗菌剂3份；氢氧化镁8份；抑菌铜2份；二氧化钛2份；硅烷偶联剂2.5份；硬脂酸镁1.5份；PP15份；SBS为10份；铝酸酯表面处理剂3份；石墨为8份；EVA10份；微胶囊化红磷为10份；二甲基聚硅氧烷为1份。

将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至85℃，搅拌25min，搅拌速度350转/分钟，然后加入剩余原料，升温至125℃，搅拌50min，搅拌速度450转/分钟。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速65转/分钟，挤出造粒。

产品热变形温度95℃，拉伸强度50MPa；大肠杆菌抗菌率97%，金黄色葡萄球菌抗菌率98.5%；冲击强度0.4kJ/m，绿脓杆菌抑菌率98%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率93%。

 实施例4:

按照重量份数配比称取ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.4份；纳米磷酸锆载银抗菌剂7份；氢氧化镁12份；抑菌铜4份；二氧化钛3份；硅烷偶联剂3.5份；硬脂酸镁2.5份；PP25份；SBS为20份；硼酸酯表面处理剂4份；石墨为12份；EVA20份；微胶囊化红磷为20份；二甲基聚硅氧烷为2份。

将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至95℃，搅拌35min，搅拌速度450转/分钟，然后加入剩余原料，升温至135℃，搅拌70min，搅拌速度550转/分钟。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速75转/分钟，挤出造粒。

产品热变形温度100℃，拉伸强度55MPa；大肠杆菌抗菌率98%，金黄色葡萄球菌抗菌率99%；冲击强度0.5kJ/m，绿脓杆菌抑菌率98.5%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率94%。

 实施例5:

按照重量份数配比称取ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.3份；纳米磷酸锆载银抗菌剂5份；氢氧化镁10份；抑菌铜3份；二氧化钛2.5份；硅烷偶联剂3.5份；硬脂酸镁2份；PP20份；SBS为15份；硼酸酯表面处理剂3.5份；石墨为10份；EVA15份；微胶囊化红磷为15份；二甲基聚硅氧烷为1.5份。

将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至90℃，搅拌30min，搅拌速度400转/分钟，然后加入剩余原料，升温至130℃，搅拌60min，搅拌速度500转/分钟。

将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速70转/分钟，挤出造粒。

产品热变形温度105℃，拉伸强度60MPa；大肠杆菌抗菌率99%，金黄色葡萄球菌抗菌率99.5%；冲击强度0.6kJ/m，绿脓杆菌抑菌率99%；对鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯氏菌抑菌率95%。

 以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。

上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种医用抗菌ABS材料，其特征在于所述医用抗菌ABS材料的原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.1-0.5份；纳米磷酸锆载银抗菌剂2-8份；氢氧化镁6-14份；抑菌铜1-5份；二氧化钛1.5-3.5份；偶联剂1.5-5.5份；硬脂酸镁1-3份；PP10-30份；SBS为5-25份；表面处理剂2.5-4.5份；石墨为5-15份；EVA5-25份；微胶囊化红磷为5-25份；二甲基聚硅氧烷为0.5-2.5份。

2.根据权利要求1所述的一种医用抗菌ABS材料，其特征在于所述医用抗菌ABS材料原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.2-0.4份；纳米磷酸锆载银抗菌剂3-7份；氢氧化镁8-12份；抑菌铜2-4份；二氧化钛2-3份；偶联剂2.5-3.5份；硬脂酸镁1.5-2.5份；PP15-25份；SBS为10-20份；表面处理剂3-4份；石墨为8-12份；EVA10-20份；微胶囊化红磷为10-20份；二甲基聚硅氧烷为1-2份。

3.根据权利要求1所述的一种医用抗菌ABS材料，其特征在于所述医用抗菌ABS材料的原料按重量份数配比如下：ABS100份；烷基二苯磷酸酯0.3份；纳米磷酸锆载银抗菌剂5份；氢氧化镁10份；抑菌铜3份；二氧化钛2.5份；偶联剂3.5份；硬脂酸镁2份；PP20份；SBS为15份；表面处理剂3.5份；石墨为10份；EVA15份；微胶囊化红磷为15份；二甲基聚硅氧烷为1.5份。

4.根据权利要求1所述的一种医用抗菌ABS材料，其特征在于：所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

5.根据权利要求1所述的一种医用抗菌ABS材料，其特征在于：所述表面处理剂采用铝酸酯表面处理剂或硼酸酯表面处理剂。

6.一种权利要求1所述医用抗菌ABS材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：按照重量份数配比称取ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁、抑菌铜、二氧化钛、偶联剂、硬脂酸镁、过氧化二异丙苯、SBS、表面处理剂、石墨、EVA、微胶囊化红磷和二甲基聚硅氧烷；

第二步：将ABS、烷基二苯磷酸酯、纳米磷酸锆载银抗菌剂、氢氧化镁和SBS投入反应釜中加热至80-100℃，搅拌20-40min，搅拌速度300-500转/分钟；

第三步：然后加入剩余原料，升温至120-140℃，搅拌40-80min，搅拌速度400-600转/分钟；

第四步：将混合后的物料投入双螺杆挤出机中，料筒温度160℃、175℃、180℃、185℃、190℃、205℃和210℃，螺杆转速60-80转/分钟，挤出造粒。