CN106700178A - 一种抗菌三维立体弹性床具材料及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗菌三维立体弹性床具材料及其制备方法，该材料由下述重量配比的各原料组成：聚烯烃弹性树脂100重量份、抗菌材料0.5-3重量份、偶联剂0.05-0.5重量份、抗氧剂1-0.5重量份。其制备方法包括三个步骤，抗菌剂处理(母粒制备)、物料混合、熔融挤出成型。该材料制作的床垫、枕头抗菌性能优异，支撑性能好，回弹力强；且通风透气，可以及时的散热排湿；热塑性材料，可以回收利用，不污染环境。

Description

一种抗菌三维立体弹性床具材料及其制备

技术领域：

本发明涉及一种具有抗菌功能的三维立体高弹性床具材料及其制备方法，该材料可以用作床垫枕头等日常用品，属于日常生活技术领域。

技术背景：

长期以来，海绵以其价格低廉、手感柔软丰满、质量轻、形态稳定、回弹性好等特点在用作床垫的衬垫材料中占据着主要的地位，但随着人们生活水平的提高，对舒适性的要求也越来越受到关注，海绵制品在透气性，散热性方面的劣势逐渐显示，而在长期使用中会发生硬化、黄变，无法清洁、不能回收利用等问题。棕床垫采用椰子纤维或者山棕纤维制作而成，这种天然纤维之间有很多气孔，拥有优良的吸湿透气性，但粘合时采用胶粘剂，会产生甲醛等有害化学物质排放，其安全性存在一定问题，而且棕床垫质感偏硬，弹性差，舒适性不理想。近年来，乳胶床垫逐步受到人们的青睐，但天然乳胶由于产量低，生产流程长，使得其价格十分昂贵，而国内的乳胶床垫不同程度的添加了合成乳胶，影响了床垫的品质。

据报道，床垫、被褥是细菌、尘土、螨虫的聚集地，灰尘以及人体脱落的皮屑都会沉积在床垫被褥上，非常容易滋生细菌和螨虫，而床垫又无法洗涤。严重影响人体健康。

本专利产品抗菌三维立体弹性床具材料，采用热塑性高弹树脂，添加无机银锌系抗菌材料，经喷丝挤出，模具空间立体缠结成型，形成多孔性三维立体结构，多粘结点立体交联，牢固结合。用其制作的床垫、枕头，支撑力强，回弹性好，通风透气，抗菌性能优异，芯层可洗涤，材料可回收。

发明内容：

本发明的目的是提供一种可用作床垫、枕头的抗菌三维立体弹性材料，该材料制作的床垫、枕头有优异的支撑性能，回弹力强；且通风透气，可以及时的散热排湿；热塑性材料，可以回收利用，不污染环境。本发明的另一个目的是提供一种可用作床垫、枕头的抗菌三维立体弹性材料的制作方法。

技术方案：

本发明的一个目的是提供一种抗菌三维立体弹性床垫材料，为了实现本发明目的，该材料由下述重量配比的各原料组成：

根据本发明的一种优选方式，所述的聚烯烃弹性树脂可选用日本三井的TAFMER系列聚烯烃弹性体树脂或者是埃克森美孚公司的威达美(Vistamaxx)系列丙烯基弹性体。

根据本发明的一种优选方式，所述的抗菌材料是无机载银锌抗菌剂，其载体材料为多孔沸石或者是磷酸鋯材料，由其吸附银锌离子制作而成的抗菌剂。也可以是相应的抗菌母粒。

根据本发明的一种优选方式，所述的偶联剂为铝酸酯系列、钛酸酯系列偶联剂。

根据本发明的一种优选方式，所述的抗氧剂可为抗氧剂KY-1010，也可以为KY-944。

本发明的另一个目的是提供一种的抗菌三维立体弹性床垫、枕头材料的制作方法。

该制备方法的步骤如下：

1、抗菌剂的处理

将0.5-3重量份的无机载银锌抗菌剂放置在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.05-0.5份的偶联剂一起加入到高速混合机中，在1000-1200rpm的转速下处理抗菌剂3-5分钟，处理完的抗菌剂既可以直接添加到树脂中进行成型加工，也可以先制作抗菌母粒。然后再添加到树脂中去。

母粒制备：将处理好的抗菌剂25份，加入到75份的聚烯烃弹性树脂中，使用高速混合机混合均匀，然后加入双螺杆熔融挤出造粒，加工温度60-150℃、主机转速200-230转/分，喂料频率18-24Hz。制备得到抗菌剂的高浓度母粒。

2、物料混合

将聚烯烃弹性树脂100份，上述步骤1处理好的抗菌剂0.5-2份或者上述制备得到的抗菌母粒2-8份，以及0.1-0.5重量份的抗氧剂一起加入高速混合机中，在200-300rpm的转速下混合3-5分钟，得到一种均匀混合物料。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速200-230转/分与喂料频率18-24Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

下面将更详细地描述本发明：

本发明涉及一种抗菌三维立体弹性材料，该材料由下列物料组成：

聚烯烃弹性树脂种类十分丰富，如EVA、TPU、TPE等多个系列各种牌号，而不同的树脂其弹性、拉伸强度、拉伸模量、屈服强度、拉伸永久变形等力学性能不尽相同，如，EVA材料，柔软性好，但模量低，屈服强度也低，用作床垫、枕头，会使产品的支撑力不足，弹性差。而一般的TPU材料则拉伸永久变形低，产品弹性不足，硬度高。用作床垫、枕头，舒适感差。本发明所述的聚烯烃弹性树脂优选日本三井的TAFMER系列的丙烯类树脂，或者是埃克森美孚公司的威达美(Vistamaxx)系列丙烯基弹性体----Vistamaxx 3980FL。该材料是丙烯树脂和烯烃类橡胶改性而成的交联型热塑性弹性体。拥有橡胶的柔软和低密度，同时又具有聚丙烯的半硬度。

目前人们通常使用的抗菌剂有无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂三大类，无机抗菌剂，耐热性好，安全性优异，但杀菌速度慢，有机抗菌剂耐热性有一定限制，而且安全性存在隐患。而天然抗菌剂其抗菌效果差，缺乏使用价值。本项目产品需要热熔加工，有一定的耐热要求，而且该材料又被用作床垫、枕头等日常生活用品，因此其安全性是十分重要的。所以本发明人经过大量试验，综合分析加工使用要求，确定了本发明所使用的抗菌剂为无机抗菌剂。

本发明优选的无机菌剂是以多孔沸石或者磷酸鋯为载体的吸附银锌离子的无机载银锌抗菌剂，银锌离子通过离子交换进入载体中，缓慢释放起到抗菌作用，缓释作用机理保证了制品抗菌性能的持久性和稳定性。所述的无机载银载锌抗菌剂粒径为5-20μm，银锌金属离子含量≥1.5％。优选的无机载银载锌抗菌剂粒径为5-10μm，银锌离子含量达1.8％以上。抗菌剂粒径越小，越容易分散均匀，而其表面积也越大，抗菌性能越优异。本发明使用的无机载银载锌抗菌剂是目前市场上销售的产品，如可选用北京海尔科化公司的抗菌剂牌号为Z50的产品，也可以选用晋大纳米科技(厦门)有限公司名为磷酸鋯载银抗菌剂的产品。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述偶联分散剂是铝酸酯系列或者钛酸酯系列的偶联分散剂。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的铝酸酯系列偶联分散剂是SG-A1821、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF或ASA。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述的钛酸酯系列偶联分散剂是具有下述通式的化合物：

ROO(4-n)Ti(OX-R′Y)n

式中：

RO-代表可水解的短链烷氧基官能团；

OX-代表羧基、烷氧基、磺酸基或磷氧基基团；

R′代表长碳键烷烃基；

Y代表氨基和双键等能和热固性聚合物反应的基团；

n是2或3。

根据本发明的一种优选方式，所述的抗氧剂是市售产品，如牌号为抗氧剂KY-1010、KY-944的产品。

本发明涉及一种可用作床垫、枕头的抗菌三维立体弹性材料的制作方法。

该制备方法的详细描述如下：

1、抗菌剂处理

将无机载银锌抗菌剂放置在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.05-0.5份的偶联剂一起加入到高速混合机中，在1000-1200rpm的转速下处理抗菌剂3-5分钟，处理完的抗菌剂既可以直接添加到树脂中进行成型加工，也可以先制作抗菌母粒。然后再添加到树脂中去。

母粒制备：将处理好的抗菌剂25份，加入到75份的聚烯烃弹性树脂中，使用双螺杆熔融挤出造粒，加工温度60-150℃、主机转速200-230转/分，喂料频率18-24Hz。制备得到抗菌剂的高浓度母粒。

无机抗菌剂粉体粒径小，容易吸收水份。表现出极性，而要共混挤出喷丝的树脂为非极性的，两者的相容性较差，而抗菌剂吸收水份后相容性会更差，为了改善相容性，提升材料的力学性能，就需要干燥物料，水份在100度以上才可以变成水蒸汽，因此烘干温度选择100度以上，时间2小时，这样的条件水份基本烘干，而再高的温度和再长的时间是没有必要的。然后再对抗菌剂表面进行非极性处理，采用偶联剂高速处理抗菌剂就是利用偶联剂的极性基团跟抗菌剂粉体材料紧密结合，偶联剂的另一端非极性的基团可以跟树脂进行结合。增加其相容性，大幅度提高材料力学性能。因此选择的偶联剂跟抗菌剂和树脂都要有很好的粘接性。

将偶联剂、抗菌剂加入高速混合机中，在1000-1200rpm的转速下进行3-5分钟的表面处理，速度太低，时间太短，无法使偶联剂跟抗菌剂进行充分的混合和结合，因此1000-1200的转速是必须的。

抗菌剂以母粒形式添加到产品中时，抗菌母粒制造过程中多一次双螺杆挤出，抗菌剂能够更加均匀分散，抗菌性能更有保障。

2、物料混合

将聚烯烃弹性树脂100份，上述步骤1处理好的抗菌剂0.5-2份或者上述制备得到的抗菌母粒2-8份，以及0.1-0.5重量份的抗氧剂一起加入高速混合机中，在200-300rpm的转速下混合3-5分钟，得到一种均匀混合物料。

通过高速混合机将物料进行充分的混合，高搅的速度200-300rpm，3-5分钟就可以满足要求，搅拌速度太高，时间太长，摩擦产生的热会导致树脂发粘。影响产品的混合效果，而速度太低，时间太短混合不匀。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送到双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速200-230转/分与喂料频率18-24Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

本发明使用的双螺杆挤出机组是南京科亚化工成套设备有限公司生产的φ-65型同向双螺杆挤出机。

上述模具根据产品需要进行设计，如床垫模具、枕头模具以及各种所需要的模具形态。成型后的产品就是具有抗菌功能的枕头、床垫等制品。

本专利产品抗菌三维立体弹性床具材料，采用热塑性高弹树脂，添加无机银锌系抗菌材料，形成多孔性三维立体结构。由其制备的床垫、枕头，支撑力强，回弹性好，通风透气，抗菌性能优异。

按照日本JIS 6400-4标准检测，4公分抗菌弹性床垫，经过80000次50％压缩量压缩实验表明其残留变形率仅为5.9％。

按照QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》标准测试，所述抗菌三维立体弹性床垫材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率≥99％，抗菌率越高代表抗菌性能越优异，抗菌率大于90％一般被认为是合格的抗菌材料。检测结果见表1.

表1.抗菌三维立体弹性床具材料抗菌率

菌种	抗菌率
		大肠杆菌	99％
金黄色葡萄球菌	99.5％

具体实施方式：

结合以下具体实施例来阐述本发明，这些实施例仅为了更好的说明本发明专利，而不用于限制本发明范围，实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件执行。

实施例1

实施步骤如下：

1、抗菌剂的处理

将1.5重量份的无机银锌复合抗菌剂放置在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.25份的偶联剂DL-411一起加入到高速混合机中，在1000rpm的转速下处理抗菌剂3分钟。

2、物料混合

将TAFMER丙烯树脂100重量份，上述步骤1处理好的抗菌剂以及0.1重量份的抗氧剂KY-1010一起加入高速混合机中，在200rpm的转速下混合3分钟，得到一种均匀混合物料。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速200转/分与喂料频率18Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

实施例2

实施步骤如下：

1、抗菌剂的处理

将1.5重量份的磷酸鋯载银抗菌剂放置在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.05份的钛酸酯偶联剂一起加入到高速混合机中，在1200rpm的转速下处理抗菌剂4分钟。

母粒制备：将处理好的抗菌剂25份，加入到75份的Vistamaxx3980FL树脂中，使用双螺杆熔融挤出造粒，加工温度60-150℃、主机转速230转/分，喂料频率20Hz。制备得到抗菌剂的高浓度母粒。

2、物料混合

将Vistamaxx 3980FL树脂100重量份，上述步骤1制备好的抗菌母粒6份以及0.3重量份的抗氧剂KY-944一起加入高速混合机中，在250rpm的转速下混合4分钟，得到一种均匀混合物料。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速220转/分与喂料频率24Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

实施例3

实施步骤如下：

1、抗菌剂的处理

将3重量份的磷酸鋯载银抗菌剂放置在120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.5份的铝酸酯偶联剂一起加入到高速混合机中，在1100rpm的转速下处理抗菌剂5分钟。

2、物料混合

将Vistamaxx 3980FL树脂100重量份，上述步骤1制备好的抗菌剂以及0.5重量份的抗氧剂KY-1010一起加入高速混合机中，在300rpm的转速下混合5分钟，得到一种均匀混合物料。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速230转/分与喂料频率20Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

实施例4

实施步骤如下：

1、抗菌剂的处理

将2重量份的银锌复合抗菌剂放置在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和0.3份的钛酸酯偶联剂一起加入到高速混合机中，在1000rpm的转速下处理抗菌剂4分钟。

母粒制备：将处理好的抗菌剂25份，加入到75份的TAFMER丙烯树脂中，使用双螺杆熔融挤出造粒，加工温度60-150℃、主机转速250转/分，喂料频率20Hz。制备得到抗菌剂的高浓度母粒。

2、物料混合

将Vistamaxx 3980FL树脂100重量份，上述步骤1制备好的抗菌母粒8份以及0.3重量份的抗氧剂KY-944一起加入高速混合机中，在220rpm的转速下混合4分钟，得到一种均匀混合物料。

3、熔融挤出成型

将步骤2得到的混合均匀物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速210转/分与喂料频率22Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。

按照日本JIS 6400-4标准对实施例床垫，经过80000次50％压缩量压缩永久变形量进行测试。抗菌性能按照QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》标准测试进行评价。结果如表2。

表2.实施例产品性能检测结果

对实施例产品压缩弹性变形以及抗菌性检测表明，本专利产品弹性好。变形小，柔软舒适，且具有十分优异的抗菌性能。

Claims (7)

1.一种抗菌三维立体弹性床具材料，特征在于，其由下述重量配比的原料组成：聚烯烃弹性树脂100重量份、抗菌材料0.5-3重量份、偶联剂0.05-0.5重量份、抗氧剂0.1-0.5重量份。

2.根据权利要求1所述的抗菌三维立体弹性床具材料，其特征在于，所述的聚烯烃弹性树脂可以是日本三井的TAFMER系列聚烯烃弹性体树脂，也可以是埃克森美孚公司的威达美(Vistamaxx)系列丙烯基弹性体。

3.根据权利要求2所述的抗菌三维立体弹性床具材料，其特征在于，所述埃克森美孚公司的威达美(Vistamaxx)系列丙烯基弹性体牌号为Vistamaxx 3980FL。

4.根据权利要求1所述的抗菌三维立体弹性床具材料，其特征在于，所述的抗菌材料为无机载银锌抗菌剂或磷酸鋯载银抗菌剂。

5.根据权利要求4所述的无机载银锌抗菌剂或磷酸鋯载银抗菌剂，其特征在于无机抗菌剂的粒径为5-20μm，银锌金属离子含量≥1.5％。优选的无机载银载锌抗菌剂粒径为5-10μm，银锌离子含量达1.8％以上。

6.根据权利要求1所述的抗菌三维立体弹性床具材料，其特征在于所述的偶联剂为铝酸酯偶联剂或者钛酸酯偶联剂。

7.根据权利要求1所述的一种抗菌三维立体弹性床具材料的制备方法，由以下步骤组成：

(1)、抗菌剂的处理

将抗菌材料在80-120℃的烘箱中干燥2小时，去除水份。然后和偶联剂一起加入到高速混合机中，在1000-1200rpm的转速下处理抗菌剂3-5分钟。

母粒制备：将处理好的抗菌剂、聚烯烃弹性树脂加入到高速混合机混合均匀，然后加入双螺杆熔融挤出造粒，。制备得到抗菌剂的高浓度母粒。

(2)、物料混合

将聚烯烃弹性树脂、处理好的抗菌剂或者抗菌母粒、抗氧剂一起加入高速混合机中，在200-300rpm的转速下混合3-5分钟，得到一种均匀混合物料。

(3)、熔融挤出成型

将物料输送入双螺杆挤出机组，在加热温度60-150℃、主机转速200-230转/分与喂料频率18-24Hz的条件下进行熔融挤出，喷出的熔体丝进入设置好的模具中，熔体丝在模具中按照模具的形态立体粘结，形成交联的立体空间结构。然后冷风冷却成型。