CN107189426A - 石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途 - Google Patents

石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：S1、将熔融的塑料切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。该刷丝中的石墨烯不易与塑料分离，能够起到长久的抗菌、理疗作用，且加入的石墨烯基本没有细胞毒性，更适合与人体口腔或皮肤直接接触，作用于人体安全无害，可广泛用于制作牙刷和化妆刷。

Description

石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及刷丝制备的技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途。
背景技术
聚酰胺俗称尼龙,又名锦纶，种类繁多，主要品种有:尼龙-6、尼龙-66、尼龙-610、尼龙-12、尼龙-1010、尼龙-43等。其中尼龙610在尼龙家族中占有很重要的位置，是美国杜邦公司1941年开发成功的，其性能在很多方面与尼龙66类似，同时又具有吸水性小，制品尺寸稳定性好，电器电绝缘性优异、刚度低等优点。20世纪50年代开始生产和应用，以取代金属材质满足下游工业制品轻量化、低成本的要求，所以在机械制造、交通运输及日用品中广泛用作齿轮、补衬、密封材料、输油管、储油容器、绝缘材料、仪表壳、刷丝等工业部门及生活用品中得到广泛地应用。尼龙610由于刚性适中、抗倒毛性能较好，可以延长牙刷的使用寿命，因此尼龙610树脂逐步取代尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙1010树脂，越来越多用于牙刷丝的制造。
但是，当将尼龙610丝应用于牙刷丝时，由于刷丝长期使用后表面会产生大量细菌，并可能携带一定的异味，因此可对刷丝进行改性使其具有抗菌防臭功能。刘文涛等在“抗菌尼龙610/蛭石复合材料的制备与性能研究”(包装工程，2010，17:44)中采用载银的蛭石与尼龙610进行熔融共混的方法制备具有抗菌功能的尼龙610，但由于蛭石属无机矿物类，很难在尼龙中分散均匀，制得的改性尼龙很难用于纺丝加工，且蛭石的载银过程操作烦琐，成本高，载银后具有一定毒性，无法用于刷丝。专利CN103409842A中提供了一种具有抗菌除臭功能的尼龙610刷丝的制备方法，采用在尼龙中加入乙基香草醛得到的共混物料挤出造粒制得乙基香草醛改性的尼龙610切片，而后制得具有抗菌除臭功能的尼龙610刷丝。但该刷丝的抗菌效果仍有限，且高剂量的乙基香草醛有一定毒性。因此，亟待开发一种无毒、操作简便、成本低且具有高效抗菌的尼龙刷丝。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提高了一种石墨烯抗菌刷丝及其制备方法和用途。该石墨烯抗菌刷丝在制备过程中石墨烯与锦纶切片以化学键连接，形成结构稳定的新分子，刷丝中的石墨烯不易与锦纶分离，能够起到长久的抗菌、理疗作用。石墨烯与牙刷常用的金属等无机抗菌剂和有机抗菌剂相比，无毒环保，疏水易干，能够有效的抑制牙刷中细菌的数量，有利于牙齿健康。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将熔融的塑料切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
优选地，步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.3～1wt％，更优选0.5～1wt％。
所述形成的石墨烯复合切片中，石墨烯与塑料切片之间通过化学键紧密连接，反应机理如图1所示。
优选地，步骤S1中，所述石墨烯粉末是由氧化还原法制备得到，其还原程度高，具有优异的疏水性，保证刷丝能够速干，不易滋生细菌。且该石墨烯粉末能够辐射4-16μm的远红外线，能够促进血液循环和新陈代谢。
优选地，步骤S1中，所述塑料切片选用的材料为PA6、PA66、PA610、PA612、PET、PP中的一种或几种。
更优选地，所述塑料切片选用的材料为PA610或PA612。
优选地，步骤S1中，所述混合温度为220-250℃，混合转速5000-10000rad/min，混合时间为1-40min。
优选地，步骤S1中，所述挤出造粒温度为200-270℃。
优选地，步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为70-100℃，干燥时间为5-20h。
优选地，步骤S2中，所述软化温度为200-230℃；挤出成型的温度为180-250℃。
上述各工艺步骤的温度、时间、转速的选择范围(包括混合温度、混合转速、挤出造粒温度、干燥温度、干燥时间、软化温度、挤出成型温度)是特定的，若其中某一参数不在该范围内时会造成：1、母粒中石墨烯掺杂不均匀，2、母粒干燥不彻底或干燥温度过高影响刷丝的物理性能，3、不能达到工艺温度，切片熔融或软化不好，影响后续工艺。
本发明还提供了一种前述方法制备的石墨烯抗菌刷丝。
本发明还提供了所述石墨烯抗菌刷丝在制作牙刷和化妆刷中的用途。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明石墨烯抗菌刷丝中的石墨烯，相比于传统的无机、有机抗菌剂，基本没有细胞毒性，更适合与人体口腔或皮肤直接接触，作用于人体安全无害；
2.本发明石墨烯抗菌刷丝中的石墨烯，具有优异的疏水性，在潮湿环境中吸水性差，刷丝可以长期保持干燥，避免细菌滋生；
3.本发明石墨烯抗菌刷丝中的石墨烯，具有优异的远红外功效，能够辐射4-16μm的远红外线，促进血液循环和细胞再生；
4.本发明石墨烯抗菌刷丝无化学试剂添加，对环境无污染，非常环保；
5.本发明石墨烯抗菌刷丝抑菌菌谱广，对葡萄球菌、乳酸杆菌有持久显著的抑菌效果；对金黄色葡萄球菌的抑菌率＞99％，乳酸杆菌的抑菌率＞99％，而且功效持久。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为石墨烯与塑料切片反应机理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其反应机理如图1所示。具体包括以下步骤：
S1、将熔融的PA610切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.3wt％。
步骤S1中，所述混合温度为220℃，混合转速10000rad/min，混合时间为20min；所述挤出造粒温度为200-270℃。
步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为100℃，干燥时间为5h；所述软化温度为200℃；挤出成型的温度为180-250℃。
实施例2
本实施例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将熔融的PA610切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为1wt％。
步骤S1中，所述混合温度为240℃，混合转速8000rad/min，混合时间为10min；所述挤出造粒温度为200-270℃。
步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为70℃，干燥时间为20h；所述软化温度为230℃；挤出成型的温度为180-250℃。
实施例3
本实施例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将熔融的PA610切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.5wt％。
步骤S1中，所述混合温度为250℃，混合转速5000rad/min，混合时间为40min；所述挤出造粒温度为200-270℃。
步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为80℃，干燥时间为15h；所述软化温度为220℃；挤出成型的温度为180-250℃。
实施例4
本实施例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将熔融的PA612切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.5wt％。
步骤S1中，所述混合温度为220℃，混合转速10000rad/min，混合时间为20min；所述挤出造粒温度为200-270℃。
步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为100℃，干燥时间为5h；所述软化温度为200℃；挤出成型的温度为180-250℃。
实施例5
本实施例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、将熔融的PA6切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。
步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.5wt％。
步骤S1中，所述混合温度为220℃，混合转速10000rad/min，混合时间为20min；所述挤出造粒温度为200-270℃。
步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为100℃，干燥时间为5h；所述软化温度为200℃；挤出成型的温度为180-250℃。
对比例1
本对比例提供了一种普通刷丝的制备方法，不添加石墨烯，其步骤为：将PA610切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出，冷却后制得所述刷丝。所述干燥温度为70℃，干燥时间为20h；所述软化温度为230℃；挤出成型的温度为180-250℃。
对比例2
本对比例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其步骤与实施例2基本相同，不同之处仅在于：所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为1.5wt％。
对比例3
本对比例提供了一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其步骤与实施例2基本相同，不同之处仅在于：所述软化温度为250℃。
性能测试
将上述实施例和对比例制备的刷丝进行性能测试，其结果如表1和表2所示。
表1、各例石墨烯抗菌刷丝的力学性能对比
表2、各例石墨烯抗菌刷丝的抗菌效果
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将熔融的塑料切片与石墨烯粉末混合、挤出造粒，制得石墨烯复合切片；
S2、将所述石墨烯复合切片干燥处理后加入注塑机，软化后用推杆或旋转螺杆连续从模口挤出成型，冷却后制得所述刷丝。
2.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨烯复合切片中，石墨烯的含量为0.3～1wt％。
3.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述石墨烯粉末是由氧化还原法制备得到。
4.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述塑料切片选用的材料为PA6、PA66、PA610、PA612、PET、PP中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合温度为220-250℃，混合转速5000-10000rad/min，混合时间为1-40min。
6.据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述挤出造粒温度为200-270℃。
7.据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述石墨烯复合切片干燥温度为70-100℃，干燥时间为5-20h。
8.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌刷丝的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述软化温度为200-230℃；挤出成型的温度为180-250℃。
9.一种根据权利要求1-8所述方法制备的石墨烯抗菌刷丝。
10.一种根据权利要求9所述石墨烯抗菌刷丝在制作牙刷和化妆刷中的用途。
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