CN106810756A - 一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料及其制备方法，由聚丙烯树脂100份、抗菌剂0.2‑0.8份、抗氧剂0.1‑1份经混合、挤出制成；所述抗菌剂为大孔二氧化硅载体纳米银。本发明制备工艺简单、添加的助剂少，不影响材料的透明度和颜色，在不改变原有工艺的情况下制成的聚丙烯复合材料具有良好的抗菌性，其对各种细菌的抗菌率达到90%。适合制作饭盒用于老人、小孩及身体虚弱人员的日常使用。

Description

一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性材料技术领域，具体涉及一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯( 简称PP) 具有优异的力学性能，较低的密度，良好的耐热性能，优良的抗弯曲疲劳性、化学稳定性和电性能等优点，是目前用量最大的通用塑料之一。聚丙烯用途之一是可以注塑制成饭盒，不仅能耐蒸汽，还能在微波中使用等，是家庭日常使用的主要餐具之一。但是，市面上的饭盒也存在不抗菌的缺点，本发明公开的材料及其制备方法就是基于此而开展的工作。
微生物以细菌、霉菌等形式作为病原菌很容易感染人类、动植物，引起疾病，危害人类健康及生命。而抗菌材料是解决上述问题的有效手段。
抗菌剂（anti-bacterial agents）指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质或产品，它起源从远古时代，人们发现用银和铜容器留存的水不宜变质，后来皇宫达贵富人吃饭时又习惯使用银筷子，民间又用银制成饰品佩带，我国民间很早就开始认识到银有抗菌作用。
银离子及其化合物的抗菌机理为接触反应抗菌机理，银离子接触反应造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍。当微量的银离子到达微生物细胞膜时，因后者带负电荷，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，银离子穿透细胞壁进入胞内，并与SH基反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力而死亡。银离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。
但常规的银系抗菌剂都存在添加量较大、成本较高的问题，往往限制了其使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料，其由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯树脂 100份，
抗菌剂 0.2-0.8份，
抗氧剂 0.1-1份，
所述抗菌剂为大孔二氧化硅载体纳米银。
进一步方案，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种。
所述抗氧剂为四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯（抗氧剂1010）、三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯（抗氧剂168 ）、β-(3，5- 二叔丁基-4- 羟基苯基) 丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）或硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
所述大孔二氧化硅载体纳米银是通过辐射胶体晶体模板法制备而成，其具体制备方法为：
（1）将毫米级聚苯乙烯胶体晶体模板粉末均匀的摊涂在布氏漏斗底部的滤纸上，用真空泵对布氏漏斗施加-0.01千克的负压，将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为7:3混合而成的混合溶液通过滴管滴加到聚苯乙烯胶体晶体模板层上直至完全湿润；然后将其置于空气中进行干燥，干燥后用四氢呋喃作溶剂通过索氏抽提装置抽提24小时除去多余的聚苯乙烯晶体模板粉末，从而得到三维有序的大孔二氧化硅；
（2）将大孔二氧化硅用滤纸包裹并浸入0.3M/L的硝酸银溶液中，再加入异丙醇作为自由基捕捉剂，浸泡三天后再通氮气10分钟，然后置入钴60源室中以65Gy/min的剂量率辐照24小时；辐照完成后将样品取出，用蒸馏水清洗掉其表面以去除残留的硝酸银溶液，最后干燥得到大孔二氧化硅载体纳米银。
另外，中国科学技术大学的硕士学位论文《大孔材料的制备及其有关性能的研究》（王新营， 2007）已系统报道了通过辐射胶体晶体模板法制备大孔二氧化硅载体纳米银的方法。
本发明的另一个发明目的是提供上述饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料的制备方法，将聚丙烯树脂100份、抗菌剂0.2-0.8份和抗氧剂0.1-1份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是140-165℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
本发明制备的聚丙烯复合材料具有明显的抗菌、防霉等特点，对各种细菌的抗菌率达到90%以上，适合制成饭盒使用，且特别适合老人、小孩及身体虚弱人员的日常使用。
另外，由于现有抗菌技术无论无机金属类抗菌还是有机类抗菌都存在添加量较大、成本较高的问题，往往限制了其使用范围。而本发明采用大孔二氧化硅载体纳米银作为抗菌剂，且其添加量小，仅为基础树脂质量的0.2-0.8%，所以其几乎不影响基础树脂材料的透明度和颜色，可用于抗菌性饭盒等透明性产品上。
本发明采用钴60辐射胶体晶体模板法制备大孔二氧化硅载体纳米银，纳米银生成后会沉积在二氧化硅的表面，避免了纳米粒子自身的团聚，使得到纳米银的尺寸更小（约几十个纳米）且分布更均匀。
所以本发明采用大孔二氧化硅载体纳米银作为抗菌剂与传统的银系抗菌剂相比，大孔二氧化硅载体纳米银作为抗菌剂具有以下优势：
（1）在银含量相同的条件下，大孔二氧化硅载体纳米银在复合材料中的分布更为均匀，抗菌效果更好；
（2）大孔二氧化硅载体纳米银在复合材料中会持续稳定地释放出银离子，使得复合材料抗菌效果更稳定；
（3）大孔二氧化硅载体纳米银与基材树脂间的分散相容性更好；
（4）大孔二氧化硅载体纳米银的使用、添加过程中更方便，人为损失减少，可减少成本。
具体实施方式
抗菌剂大孔二氧化硅载体纳米银的制备：
（1）将10克毫米级聚苯乙烯胶体晶体模板粉末均匀的摊涂在布氏漏斗底部的滤纸上，用真空泵对布氏漏斗施加-0.01千克的负压，将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比7:3混合而成的混合溶液通过滴管滴加到聚苯乙烯胶体晶体模板上直至完全湿润，然后置于空气中干燥，干燥后用四氢呋喃作溶剂通过索氏抽提装置抽提24小时除去多余的聚苯乙烯胶体晶体模板粉末，从而得到三维有序的大孔二氧化硅；
（2）将制得的大孔二氧化硅材料用滤纸包覆后浸入0.3M/L的硝酸银溶液中，再加入异丙醇作为自由基捕捉剂，浸泡三天后通氮气10分钟，然后置入钴60源室中以65Gy/min的剂量率辐照24小时；辐照完成后将样品取出，用蒸馏水清洗掉表面以去除残留的硝酸银溶液，干燥，得到大孔二氧化硅载体纳米银。
下面实施例所使用的双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是140-165℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为 350 转 / 分钟 。
实施例1
将100份（重量份）均聚聚丙烯树脂、0.2份大孔二氧化硅载体纳米银、0.1份抗氧剂1010（四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯）一起加入高混机中，以300转/min的转速混合5min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得聚丙烯复合材料。
实施例2
将100份（重量份）共聚聚丙烯树脂、0.3份大孔二氧化硅载体纳米银、1份抗氧剂168（三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯）一起加入高混机中，以300转/min的转速混合6min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得聚丙烯复合材料。
实施例3
将100份（重量份）共聚聚丙烯树脂、0.4份大孔二氧化硅载体纳米银、0.5份抗氧剂1010（四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯）一起加入高混机中，以300转/min的转速混合8min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得聚丙烯复合材料。
实施例4
将100份（重量份）共聚聚丙烯树脂、0.6份大孔二氧化硅载体纳米银、1份抗氧剂1076(β-(3，5- 二叔丁基-4- 羟基苯基) 丙酸正十八碳醇酯)一起加入高混机中，以300转/min的转速混合10min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得聚丙烯复合材料。
实施例5
将50份（重量份）均聚聚丙烯树脂、50份共聚聚丙烯树脂、0.8份大孔二氧化硅载体纳米银、1份抗氧剂DSTDP(硫代二丙酸双十八醇酯)称量后一起加入高混机中，以300转/min的转速混合15min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，得聚丙烯复合材料。
将实施例1-5制得的抗菌性聚丙烯复合材料，参照QB/T2591-2003抗菌塑料抗菌性能试验方法和卫生部《消毒技术规范》第三版第一分册（试验技术规范）分别检测其抗菌效果，具体如下表1所示：
表1
序号 检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
1 抗金黄色葡萄球菌性能测试 ≥90% ≥92% ≥96% ≥98% ≥98%
2 抗肺炎球菌性能测试 ≥88% ≥91% ≥95% ≥98% ≥98%
3 抗革兰氏阴性杆菌性能测试 ≥91% ≥92% ≥95% ≥98% ≥99%
4 抗革兰氏阳性杆菌性能测试 ≥88% ≥90% ≥96% ≥98% ≥98%
5 抗大肠杆菌性能测试 ≥89% ≥91% ≥94% ≥98% ≥99%
6 抗沙门氏菌性能测试 ≥91% ≥92% ≥95% ≥98% ≥98%
7 抗白色念珠菌性能测试 ≥85% ≥91% ≥94% ≥98% ≥98%
8 抗霉菌性能测试 0级 0级 0级 0级 0级
从表1可看出，本发明制备的聚丙烯复合材料具有较好抗菌和防霉性能，其对各种细菌的抗菌率达到90%。适合制作饭盒用于老人、小孩及身体虚弱人员的日常使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯树脂 100份，
抗菌剂 0.2-0.8份，
抗氧剂 0.1-1份，
所述抗菌剂为大孔二氧化硅载体纳米银。
2.根据权利要求1 所述的饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种。
3.根据权利要求1 所述的饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5- 二叔丁基4- 羟基苯基) 丙酸] 季戊四醇酯、β-(3，5- 二叔丁基-4- 羟基苯基) 丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4- 二叔丁基苯基) 亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
4.根据权利要求1 所述的饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述大孔二氧化硅载体纳米银是通过辐射胶体晶体模板法制备而成，其具体制备方法为：
（1）将毫米级聚苯乙烯胶体晶体模板粉末均匀的摊涂在布氏漏斗底部的滤纸上，用真空泵对布氏漏斗施加-0.01千克的负压，将正硅酸乙酯与无水乙醇按质量比为7:3混合而成的混合溶液通过滴管滴加到聚苯乙烯胶体晶体模板层上直至完全湿润；然后将其置于空气中进行干燥，干燥后用四氢呋喃作溶剂通过索氏抽提装置抽提24小时除去多余的聚苯乙烯晶体模板粉末，从而得到三维有序的大孔二氧化硅；
（2）将大孔二氧化硅用滤纸包裹并浸入0.3M/L的硝酸银溶液中，再加入异丙醇作为自由基捕捉剂，浸泡三天后再通氮气10分钟，然后置入钴60源室中以65Gy/min的剂量率辐照24小时；辐照完成后将样品取出，用蒸馏水清洗掉其表面以去除残留的硝酸银溶液，最后干燥得到大孔二氧化硅载体纳米银。
5.一种如权利要求1 所述的饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：将聚丙烯树脂100份、抗菌剂0.2-0.8份和抗氧剂0.1-1份加入高混机进行混合5-15min；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到饭盒用抗菌性聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是140-165℃、175-185℃、180-190℃、180-195℃、180-195℃、180-195℃、185-200℃。
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