CN111154245A - 一种全生物降解牙线棒手柄及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全生物降解牙线棒手柄及其制备方法，该手柄由物料经挤出注塑制得；所述物料包括：60～90份的聚乙醇酸；5～30份的增韧剂；0.1～5份的成核剂；0.1～2份的润滑剂；0.1～1份的相容剂；0.1～3份的抗菌剂；所述增韧剂为聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸亚丙酯、丙烯酸酯类可降解聚合物和马来酸酐接枝类可降解聚合物中的至少一种；所述成核剂为山梨醇类成核剂、松香类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和无机成核剂中的至少一种；所述相容剂为硅烷偶联剂、铝酸酯类物质和钛酸酯类物质中的至少一种。该手柄满足牙线棒的使用要求，且能全生物降解。

Description

一种全生物降解牙线棒手柄及其制备方法

技术领域

本发明属于口腔护理技术领域，尤其涉及一种全生物降解牙线棒手柄及其制备方法。

背景技术

牙线棒是一种比较常见的日常的口腔护理产品，可以有效清除牙齿缝隙中的食物残渣，起到保护牙齿的作用。图1是现有一些牙线棒的结构图，牙线棒主要包括手柄1和位于其顶部的牙线2两部分。图1所示的这类牙线棒只装配有一根牙线，一般为一次性使用产品。

目前，牙线棒手柄的主要材质是聚丙烯(PP)等普通塑料，通过注塑工艺制备得到。普通塑料制品不易降解，大量使用后丢弃会导致环境污染，所以，开发一种全生物降解牙线棒手柄非常有必要。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种全生物降解牙线棒手柄及其制备方法，本申请提供的手柄满足牙线棒的强度等使用要求，并且能全生物降解，不污染环境。

本发明提供一种全生物降解牙线棒手柄，其由包括以下组分的物料经挤出注塑制得；所述物料包括：

60～90质量份的聚乙醇酸；

5～30质量份的增韧剂；

0.1～5质量份的成核剂；

0.1～2质量份的润滑剂；

0.1～1质量份的相容剂；

0.1～3质量份的抗菌剂；

所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸亚丙酯、丙烯酸酯类可降解聚合物和马来酸酐接枝类可降解聚合物中的一种或多种；所述成核剂选自山梨醇类成核剂、松香类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和无机成核剂中的一种或多种；所述相容剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯类物质和钛酸酯类物质中的一种或多种。

优选地，所述聚乙醇酸的重均分子量为5～15万，熔融指数≤10g/10min。

优选地，所述无机成核剂选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、氧化钙和氧化镁中的一种或多种。

优选地，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、PE蜡、石蜡、乙撑双硬脂酰胺和白油中的一种或多种。

优选地，所述物料还包括0.1～40质量份的无机填料，所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、硅灰石、云母和蒙脱土中的一种或多种。

优选地，所述物料还包括0.1～30质量份的有机填料，所述有机填料选自淀粉、纤维素、木质素和甲壳素中的一种或多种。

优选地，所述抗菌剂选自银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂和铜离子抗菌剂中的一种或多种。

优选地，所述物料还包括0.1～2质量份的防霉剂，所述防霉剂选自五氯苯酚及其钠盐、对氯间二甲基苯酚和纳米氧化锌中的一种或多种。

本发明提供如前文所述的全生物降解牙线棒手柄的制备方法，包括以下步骤：

按照质量份，将聚乙醇酸、增韧剂、成核剂、润滑剂、相容剂和抗菌剂，以及可选地组分共混，得到物料；

将所述物料通过挤出、注塑工艺，得到全生物降解牙线棒手柄。

与现有技术相比，本发明公开了一种全生物降解牙线棒手柄，主要以聚乙醇酸(PGA)为原料，并添加可降解的增韧剂、成核剂、润滑剂和相容剂等，通过挤出注塑制备得到。本发明各组分共同作用下，所述的手柄不仅满足牙线棒的强度、抗菌等使用要求，而且主要成分均具有生物降解性，对环境无害。进一步地，本发明实施例由于添加了有机或无机填料，在成本上实现了一定程度的下降，不影响使用和加工，产品市场竞争力更强。

此外，本发明工艺流程简单、高效，设备要求低。

附图说明

图1为现有一些牙线棒的部件结构图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种全生物降解牙线棒手柄，其由包括以下组分的物料经挤出注塑制得；所述物料包括：

60～90质量份的聚乙醇酸；

5～30质量份的增韧剂；

0.1～5质量份的成核剂；

0.1～2质量份的润滑剂；

0.1～1质量份的相容剂；

0.1～3质量份的抗菌剂；

所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸亚丙酯、丙烯酸酯类可降解聚合物和马来酸酐接枝类可降解聚合物中的一种或多种；所述成核剂选自山梨醇类成核剂、松香类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和无机成核剂中的一种或多种；所述相容剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯类物质和钛酸酯类物质中的一种或多种。

本申请提供的手柄满足牙线棒的强度等使用要求，并且能全生物降解，不污染环境。

本发明所述手柄由主要包括聚乙醇酸的物料通过挤出注塑工艺制备得到；PGA是一种环境友好型材料，是以乙醇酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充足，同时具有可生物降解性和水解性能，使用后在自然条件下可以完全分解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。PGA机械性能良好，适用于注塑、吹塑等各种加工方法。本发明用于制备手柄的物料包括60～90质量份的聚乙醇酸，优选包括70～85份；采用这种生物降解塑料来制备手柄部件，以实现其生物降解性。具体地，所述聚乙醇酸的重均分子量为5～15万，熔融指数≤10g/10min(230℃，2.16kg)；采用市售产品即可。

然而，PGA比较脆，本申请所述物料包括5～30质量份的增韧剂，所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、丙烯酸酯类可降解聚合物和马来酸酐接枝类可降解聚合物(例如MAH-g-PBAT、MAH-g-PGA等)中的一种或多种，不仅可对聚乙醇酸进行增韧改性，满足牙线棒的使用要求，而且可生物降解，对环境友好。本发明所述增韧剂优选为PBAT和PCL中的一种或多种，重均分子量范围5万-20万；其用量优选为8～20质量份。

在本发明中，所述物料包括0.1～5质量份的成核剂，能够促进聚合物结晶；所述成核剂选自山梨醇类成核剂、松香类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和无机成核剂中的一种或多种，优选为无机成核剂。所述无机成核剂可选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、氧化钙和氧化镁中的一种或多种，优选为碳酸钙、滑石粉或二氧化硅。

本发明所述物料包括0.1～2质量份、优选1～1.5质量份的润滑剂，便于手柄产品加工成型。所述润滑剂优选选自硬脂酸、硬脂酸盐(例如硬脂酸锌、硬脂酸钙等)、PE蜡(聚乙烯蜡)、乙撑双硬脂酰胺(EBS)和白油中的一种或多种，更优选为PE蜡或EBS。

并且，本发明所述物料包括0.1～1质量份的相容剂，所述相容剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯类物质和钛酸酯类物质中的一种或多种，优选为硅烷偶联剂，例如市售产品KH550，利于满足牙线棒手柄在强度、降解性等各方面的使用要求。

另外，PGA成本相对较高，本发明可以通过添加有机或无机的填料来降低成本。所述填料的粒径大于100目，采用市售产品即可。在本发明的一些实施例中，所述物料还包括0.1～40质量份的无机填料，优选为1～30份；所述无机填料可选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、硅灰石、云母和蒙脱土中的一种或多种，优选为碳酸钙、滑石粉或二氧化硅。作为填料的碳酸钙等物质一般填充量较大，同时也起到了成核剂的作用；成核剂主要是在没有填料的情况下，让聚合物加快结晶速度，冷却速度的作用，利于加工。

在本发明的另一些实施例中，所述物料还包括0.1～30质量份的有机填料，优选为1～20份；所述有机填料可选自淀粉、纤维素(也包括竹纤维)、木质素和甲壳素中的一种或多种，优选为淀粉。当然地，本发明还可以将有机填料和无机填料混合添加。

在本发明的实施例中，所述物料还包括抗菌剂和防霉剂中的一种或多种；本发明添加抗菌剂和/或防霉剂，有利于长期保存，并且保证手柄本身清洁卫生。一些实施例中，所述物料包括0.1～3质量份的抗菌剂，优选为0.5～2份；所述抗菌剂可选自银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂和铜离子抗菌剂中的一种或多种，优选为银离子抗菌剂。另一些实施例中，所述物料可包括0.1～2质量份的防霉剂；所述防霉剂优选选自五氯苯酚及其钠盐、对氯间二甲基苯酚和纳米氧化锌中的一种或多种。

具体示例地，本发明实施例由一定配比的聚乙醇酸、增韧剂、成核剂、润滑剂、相容剂、填料和抗菌剂组成。

相应地，本发明实施例还提供了如前文所述的全生物降解牙线棒手柄的制备方法，包括以下步骤：

按照质量份，将聚乙醇酸、增韧剂、成核剂、润滑剂、相容剂和抗菌剂，以及可选地组分共混，得到物料；

将所述物料通过挤出、注塑工艺，得到全生物降解牙线棒手柄。

本发明实施例按照一定比例分别称取聚乙醇酸、增韧剂、润滑剂、相容剂、成核剂、填料、抗菌剂等原料组分，投入到混料设备中，混合均匀，得到物料(也称共混料)；各组分的用量比例、种类选择等内容如前所述。

本发明实施例将所得共混料投入到双螺杆挤出机进行熔融挤出，造粒得到(手柄)专用料，挤出熔融的温度可为220-250℃。

本发明实施例将所得的手柄专用料投入到注塑机中熔融注塑，注塑温度可为220-250℃，模具温度为50-80℃，经冷却，制备得到全生物降解牙线棒手柄。本发明对所述牙线棒手柄的形状结构、尺寸规格等没有特殊限制，其常用结构可参见图1。

采用纯PGA等制备由于其脆性较大，制备过程不顺畅，产品性能也达不到使用要求；其他增韧剂存在着本身不具备降解性能的问题。

而本发明实施例主要以聚乙醇酸(PGA)为原料，并添加可降解的增韧剂、成核剂、润滑剂和相容剂，通过挤出注塑制备得到该全生物降解牙线棒手柄。本发明各组分共同作用下，所述的手柄部件不仅满足牙线棒的使用要求，而且主要成分均具有生物降解性，最终降解产物为二氧化碳、水和小分子生物质，可实现完全生物降解。进一步地，本发明实施例通过添加填料可有效降低产品成本。并且，本发明实施例还添加抗菌剂，抗菌效果很好(按照常规方法测试)，更加利于应用。

此外，本发明工艺流程简单，成本低。

本发明实施例可将常规牙线与所述全生物降解牙线棒手柄组装，得到牙线棒，其对环境较为友好。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的全生物降解牙线棒手柄及其制备方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

本发明实施例所述的化学原料均为可购买的市售产品；PGA、PBAT、PCL等聚合物的重均分子量分别是10万、14万、8万。以下实施例所用的PE蜡(美国霍尼韦尔A-C 6)、银离子抗菌剂(德国巴斯夫B7000)、淀粉(山东巨能金玉米食用玉米淀粉优级品)、滑石粉(河北奥太1250目)，二氧化硅(山东昌泰CT-101)。拉伸性能测试遵循的标准是GB/T1040-92塑料拉伸性能试验方法；抗菌效果评价采用的是奎因法。

实施例1

按PGA 85份，PBAT 10份，PE蜡1份，滑石粉3份，银离子抗菌剂0.5份，KH550 0.5份的质量比例，将原料组分投入到混料设备进行共混，将得到的共混料通过双螺杆挤出机制备得到手柄专用料，熔融挤出温度220-250℃；然后，将得到的专用料通过注塑工艺制备，得到全生物降解牙线棒手柄；注塑熔融温度220-250℃，模具温度50-80℃，产品结构如图1中手柄1。

另外，将所述专用料制作成标准样条，进行性能测试，力学性能结果为：拉伸强度76MPa，断裂伸长率94％。抗菌性能如下：

表1抗菌效果检测结果

实施例2

按PGA 70份，PCL 12份，淀粉15份，二氧化硅1份，EBS 1份，银离子抗菌剂0.5份，KH550 0.5份的质量比例，将原料组分投入到混料设备进行共混，将得到的共混料通过双螺杆挤出机制备得到手柄专用料，熔融挤出温度220-250℃；然后，将得到的专用料通过注塑工艺制备，得到全生物降解牙线棒手柄；注塑熔融温度220-250℃，模具温度50-80℃，产品结构如图1中手柄1。

另外，将所述专用料制作成标准样条，进行性能测试，力学性能结果为：拉伸强度47MPa，断裂伸长率82％。抗菌效果如下：

表2抗菌效果检测结果

对比例1

将聚丙烯(PP)投入到注塑机中熔融注塑，注塑温度为180-230℃，制备得到图1中所示的手柄。

另外，将PP制作成标准样条，进行性能测试，结果为：拉伸强度28MPa，断裂伸长率203％。

对比例2

按PLA 85份，PBAT 10份，PE蜡1份，滑石粉3份，银离子抗菌剂0.5份，KH550 0.5份的质量比例，将原料组分投入到混料设备进行共混，将得到的共混料通过双螺杆挤出机制备得到手柄专用料，熔融挤出温度160-200℃；然后，将得到的专用料通过注塑工艺制备，得到全生物降解牙线棒手柄；注塑熔融温度160-200℃，模具温度50-80℃。

另外，将所述专用料制作成标准样条，进行性能测试，结果为：拉伸强度31MPa，断裂伸长率72％。

对比例3

按PGA 85份，PBAT 10份，PE蜡1份，银离子抗菌剂0.5份，KH550 0.5份的质量比例，将原料组分投入到混料设备进行共混，将得到的共混料通过双螺杆挤出机制备，熔融挤出温度220-250℃，挤出拉条粗细不均，容易断条，加工过程不顺。

由以上实施例可知，本发明公开了一种全生物降解牙线棒手柄，主要以聚乙醇酸(PGA)为原料，并添加可降解的增韧剂、成核剂、润滑剂、相容剂和抗菌剂等，通过挤出注塑制备得到。本发明各组分共同作用下，所述的手柄不仅满足牙线棒的强度、抗菌等使用要求，而且主要成分均具有生物降解性，对环境无害。进一步地，本发明实施例由于添加了有机或无机填料，在成本上实现了一定程度的下降，不影响使用和加工，具有更强的产品市场竞争力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (9)

1.一种全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，由包括以下组分的物料经挤出注塑制得；所述物料包括：

60～90质量份的聚乙醇酸；

5～30质量份的增韧剂；

0.1～5质量份的成核剂；

0.1～2质量份的润滑剂；

0.1～1质量份的相容剂；

0.1～3质量份的抗菌剂；所述增韧剂选自聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚碳酸亚丙酯、丙烯酸酯类可降解聚合物和马来酸酐接枝类可降解聚合物中的一种或多种；所述成核剂选自山梨醇类成核剂、松香类成核剂、有机磷酸盐类成核剂和无机成核剂中的一种或多种；所述相容剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯类物质和钛酸酯类物质中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述聚乙醇酸的重均分子量为5～15万，熔融指数≤10g/10min。

3.根据权利要求1所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述无机成核剂选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、氧化钙和氧化镁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸盐、PE蜡、石蜡、乙撑双硬脂酰胺和白油中的一种或多种。

5.根据权利要求1～4任一项所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述物料还包括0.1～40质量份的无机填料，所述无机填料选自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、二氧化钛、硅灰石、云母和蒙脱土中的一种或多种。

6.根据权利要求1～4任一项所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述物料还包括0.1～30质量份的有机填料，所述有机填料选自淀粉、纤维素、木质素和甲壳素中的一种或多种。

7.根据权利要求1～4任一项所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述抗菌剂选自银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂和铜离子抗菌剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1～4任一项所述的全生物降解牙线棒手柄，其特征在于，所述物料还包括0.1～2质量份的防霉剂，所述防霉剂选自五氯苯酚及其钠盐、对氯间二甲基苯酚和纳米氧化锌中的一种或多种。

9.如权利要求1～8中任一项所述的全生物降解牙线棒手柄的制备方法，包括以下步骤：

按照质量份，将聚乙醇酸、增韧剂、成核剂、润滑剂、相容剂和抗菌剂，以及可选地组分共混，得到物料；

将所述物料通过挤出、注塑工艺，得到全生物降解牙线棒手柄。

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