CN111344340A - 热塑性树脂组合物和由其制造的模塑产品 - Google Patents
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Abstract
本发明的热塑性树脂组合物包括:约100重量份的热塑性树脂,所述热塑性树脂包括聚酰胺树脂和聚酯树脂中的至少一种;以及约1重量份至约5重量份的氧化锌,其中所述氧化锌具有通过粒度分析仪测量的约0.8至约3μm的平均粒径(D50),并且其中在光致发光测量的时候在370‑390nm的范围中的峰A和在450‑600nm的范围中的峰B的强度比(B/A)为约0.01至约1.0。热塑性树脂组合物的耐候性、抗菌性能、机械性能等优异。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性树脂组合物和由其制造的模塑产品。更具体地,本发明涉及具有良好的耐候性能、抗菌性能和机械性能的热塑性树脂组合物以及由其制造的模塑产品。
背景技术
近来,随着人们对个人健康和卫生的关注增加以及收入水平的提高,对具有抗菌和卫生功能的热塑性树脂产品的需求也在增加。因此,越来越多的热塑性树脂产品经过抗菌处理以去除或抑制日用品和电子产品表面上生长的细菌。因此,开发具有稳定性和可靠性的功能性抗菌材料(抗菌热塑性树脂组合物)是非常重要的挑战。另外,随着对个人卫生和美容的关注不断增长,对口腔卫生产品和美容设备的要求也在增加,并且在本领域中,抗菌材料比如带有抗菌刷毛(抗菌纤维)的刷子的采用也在增加。
为了制备这样的抗菌热塑性树脂组合物,有必要添加抗菌剂。这样的抗菌剂可以分为有机抗菌剂和无机抗菌剂。
有机抗菌剂有时对人体有毒,仅对某些细菌有效,尽管其相对便宜且即使少量的情况下也能提供良好的抗菌效果,但在高温下加工时很可能分解并失去抗菌性能。另外,由于有机抗菌剂在加工后会引起变色,并且由于与溶解有关的问题而不能具有长期的抗菌持久性,因此,适用于抗菌热塑性树脂组合物的有机抗菌剂的范围受到极大限制。
无机抗菌剂是含有金属组分比如银(Ag)和铜(Cu)的抗菌剂,并且由于其良好的热稳定性而广泛用于制备抗菌热塑性树脂组合物(抗菌树脂)。然而,由于无机抗菌剂的抗菌活性比有机抗菌剂低而需要大量使用,并且具有价格相对较高、加工时难以均匀分散和由于金属组分而引起变色的缺点,因此无机抗菌剂在有限的应用范围内使用。
因此,需要一种热塑性树脂组合物,其在耐候性(耐变色性)、抗菌作用和抗菌持久性方面具有良好的性能,同时提供抗真菌性能。
在韩国专利第10-0696385号等中公开了本发明的背景技术。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供一种具有良好的耐候性、抗菌性能和机械性能的热塑性树脂组合物。
本发明的另一方面提供一种由上述热塑性树脂组合物形成的模塑产品。
根据以下实施方式的详细描述,本发明的上述和其他方面将变得显而易见。
技术方案
1、本发明的一个方面涉及一种热塑性树脂组合物。热塑性树脂组合物包括:约100重量份的热塑性树脂,其包括聚酰胺树脂和聚酯树脂中的至少一种;和约1重量份至约5重量份的氧化锌,其中氧化锌具有使用粒度分析仪测量的约0.8μm至约3μm的平均粒径(D50)和约0.01至约1.0的峰强度比(B/A),其中A表示在光致发光测量中在370nm至390nm的波长范围内的峰,并且B表示在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围内的峰。
2、在实施方式1中,聚酰胺树脂可包括脂族聚酰胺树脂、半芳族聚酰胺树脂或它们的组合。
3、在实施方式1或2中,聚酯树脂可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸环己酯中的至少一种。
其中,K是形状因子,λ是X-射线波长,β是X-射线衍射峰的FWHM值(度),并且θ是峰位度。
5、在实施方式1至4中,氧化锌可具有约0.1至约1.0的峰强度比(B/A),其中A表示在光致发光测量中在370nm至390nm的波长范围内的峰,并且B表示在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围内的峰。
6、在实施方式1至5中,如使用粒度分析仪测量的,氧化锌的平均粒径(D50)可以为约1μm至约5μm。
7、在实施方式1至6中,如使用BET分析仪通过氮气吸附法测量的,氧化锌的BET比表面积可以为约10m2/g或更小。
8、在实施方式1至7中,如使用BET分析仪通过氮气吸附法测量的,氧化锌的BET比表面积可以为约1m2/g至约7m2/g。
9、在实施方式1至8中,基于使用比色计在尺寸为50mm×90mm×2.5mm的注塑模塑样品上测量的初始色值(L0*,a0*,b0*)和根据ASTM D4459测试3,000小时之后以与上述相同的方式测量的样品的色值(L1*,a1*,b1*),如根据等式2计算的,热塑性树脂组合物可具有约2至约7的色差(ΔE),
[等式2]
其中ΔL*是测试之前和之后L*值之间的差(L1*-L0*),Δa*是测试之前和之后a*值之间的差(a1*-a0*),而Δb*是测试之前和之后b*值之间的差(b1*-b0*)。
10、在实施方式1至9中,根据JIS Z 2801分别用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接种5cm×5cm的样品并在35℃和90%RH的条件下培养24小时之后,如根据式3计算的,所述热塑性树脂组合物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别具有约2至约7的抗菌活性,
[等式3]
抗菌活性=log(M1/M2)
其中M1是培养24小时后在空白样品上测量的细菌数,并且M2是培养24小时后在所述热塑性树脂组合物的每个样品上测量的细菌数。
11、本发明的另一方面涉及一种模塑产品。模塑产品由实施方式1至10中任一项所述的热塑性树脂组合物形成。
12、在实施方式11中,模塑产品可以包括合成纤维。
有利效果
本发明提供了具有良好的耐候性、抗菌性能和机械性能的热塑性树脂组合物以及由其形成的模塑产品。
具体实施方式
在下文中,将详细描述本发明的示例性实施方式。
根据本发明的热塑性树脂组合物包括:(A)热塑性树脂;和(B)氧化锌。
在本文中用来表示特定数值范围时,表述“a至b”是指“≥a且≤b”。
(A)热塑性树脂
根据本发明的热塑性树脂可包括(A1)聚酰胺树脂和/或(A2)聚酯树脂。
(A1)聚酰胺树脂
根据本发明一个实施方式的聚酰胺树脂可以选自适用于纤维的典型聚酰胺树脂。
在一些实施方式中,聚酰胺树脂可包括:脂族聚酰胺树脂,如聚酰胺66,聚酰胺6等;通过包括芳族二羧酸的二羧酸组分如聚酰胺6T与包括脂族二胺的二胺组分的聚合而获得的半芳族聚酰胺树脂;及其组合。
在一些实施方式中,如使用Ubbelohde粘度计在35℃下在硫磺酸溶液(浓度:98%)中测量的,聚酰胺树脂的特性粘度(IV)可以为约0.88dL/g至约1.3dL/g,例如约0.9dL/g至约1.1dL/g。在该范围内,热塑性树脂组合物具有良好的机械性能并且可以适用于合成纤维。
(A2)聚酯树脂
根据本发明的一个实施方式,聚酰胺树脂可以选自适用于纤维的典型的聚酯树脂。例如,聚酯树脂可以通过二羧酸组分与二醇组分的缩聚而获得,例如,二羧酸组分为:芳族二羧酸,比如对苯二甲酸(TPA)、间苯二甲酸(IPA)、1,2-萘二羧酸、1,4-萘二羧酸、1,5-萘二羧酸、1,6-萘二羧酸、1,7-萘二羧酸、1,8-萘二羧酸、2,3-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸等;以及芳族二羧酸酯,比如对苯二甲酸二甲酯(DMT)、间苯二甲酸二甲酯、1,2-萘二甲酸二甲酯、1,5-萘二甲酸二甲酯、1,7-萘二甲酸二甲酯、1,7-萘二甲酸二甲酯、1,8-萘二甲酸二甲酯、2,3-萘二甲酸二甲酯、2,6-萘二甲酸二甲酯、2,7-萘二甲酸二甲酯等,二醇组分为,比如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇等。
在一些实施方式中,聚酯树脂可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)中的至少一种。
在一些实施方式中,如在35℃下在邻氯苯酚溶液(浓度:0.5g/dl)中测量的,聚酯树脂可具有约1.18dL/g至约1.22dL/g的特性粘度(IV)。在该范围内,热塑性树脂组合物具有良好的机械性能并且可以适用于合成纤维。
根据实施方式的热塑性树脂可以仅仅包括聚酰胺树脂或聚酯树脂,或者可以包括聚酰胺树脂和聚酯树脂的组合。在组合中,聚酰胺树脂和聚酯树脂可以以约1:99至约99:1的重量比存在。
(B)氧化锌
根据本发明的氧化锌用于改善热塑性树脂组合物的耐候性和抗菌性能,并且可具有约0.01至约1.0,例如约0.1至约1.0,具体约0.2至约0.7的峰强度比(B/A),其中A表示在光致发光测量中在370nm至390nm的波长范围内的峰,并且B表示在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围内的峰。如果氧化锌的峰强度比(B/A)小于约0.01,则热塑性树脂组合物可能具有差的抗菌性能。如果氧化锌的峰强度比(B/A)超过约1.0,则可能存在热塑性树脂的初始变色的问题,并且热塑性树脂组合物会遭受耐候性等的劣化等。
在一些实施方式中,氧化锌可以具有各种形状,例如球形、板形、棒形及其组合。另外,在单颗粒状态(不通过颗粒的聚集形成二级颗粒)下使用粒度分析仪(激光衍射粒度分析仪LS I3 320,Beckman Coulter Co.,Ltd.)进行测量时,氧化锌的平均粒径(D50)可以为约0.8μm至约3μm,例如为约1μm至约3μm。如果氧化锌的平均粒径(D50)小于约0.8μm,则热塑性树脂组合物会遭受耐变色性(耐候性)等的劣化,并且如果氧化锌的平均粒径(D50)超过约3μm,则热塑性树脂组合物会遭受耐冲击性等的劣化。
在一些实施方式中,在X-射线衍射(XRD)分析中,如根据测量的FWHM值(衍射峰的半峰全宽)通过Scherrer等式(等式1)计算,氧化锌可具有在约35°至约37°的范围内的峰位度(2θ)和约至约例如约至约的微晶尺寸。在该范围内,热塑性树脂组合物可以具有良好的初始颜色、耐候性(耐变色性)、抗菌性能以及机械性能之间的平衡。
其中,K是形状因子,λ是X射线波长,β是X-射线衍射峰的FWHM值(度),并且θ是峰位度。
在一些实施方式中,使用BET分析仪(表面积和孔隙率分析仪ASAP 2020,Micromeritics Co.,Ltd.)通过氮气吸附法测量时,氧化锌可具有约10m2/g或更小的BET比表面积,例如约1m2/g至约7m2/g,并且可具有为约99%或更高的纯度。在该范围内,热塑性树脂组合物可以具有良好的耐变色性和机械性能。
在一些实施方式中,可以通过如下来制备氧化锌:将金属锌在反应器中熔融,将熔融锌加热至约850℃至约1,000℃,例如约900℃至约950℃,以蒸发熔融锌,向反应器中注入氧气,将反应器冷却至约20℃至约30℃,并将反应器加热至约400℃至约900℃,例如500℃至约800℃约30分钟至约150分钟,例如约60分钟至约120分钟。
在一些实施方式中,相对于约100重量份的橡胶改性的芳族乙烯基共聚物树脂,氧化锌可以以约1重量份至约5重量份,例如约2重量份至约4重量份的量存在。如果相对于约100重量份的橡胶改性的芳族乙烯基共聚物树脂,氧化锌的量小于约1重量份,则热塑性树脂组合物可具有差的耐候性和抗菌性。如果氧化锌的量超过约5重量份,则热塑性树脂组合物可具有差的机械性能。
根据本发明的一个实施方式的热塑性树脂组合物可进一步包括用于典型的热塑性树脂组合物中的添加剂。添加剂的实例可以包括阻燃剂、填料、抗氧化剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、成核剂、抗静电剂、颜料、染料及其组合,但不限于此。相对于约100重量份的热塑性树脂,添加剂可以以约0.001重量份至约40重量份,例如,约0.1重量份至约10重量份的量存在。
根据本发明的热塑性树脂组合物可以通过如下而制成粒料形式:混合上述组分,随后在典型的双螺杆挤出机中在约200℃至约280℃,例如约220℃至约250℃下熔融挤出。
在一些实施方式中,基于使用比色计在尺寸为50mm×90mm×2.5mm的注塑模塑样品上测量的初始色值(L0*,a0*,b0*)和根据ASTM D4459测试3,000小时之后以与上述相同的方式测量的样品的色值(L1*,a1*,b1*),如根据等式2计算的,热塑性树脂组合物可具有约2至约7的色差(ΔE),例如,约3至约6。
[等式2]
其中ΔL*是测试之前和之后L*值之间的差(L1*-L0*),Δa*是测试之前和之后a*值之间的差(a1*-a0*),并且Δb*是测试之前和之后b*值之间的差(b1*-b0*)。。
在一些实施方式中,热塑性树脂组合物对各种细菌比如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、沙门氏菌、肺炎球菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)具有抗菌作用,并且根据JIS Z 2801分别用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接种5cm×5cm的样品并在35℃和90%RH的条件下培养24小时之后,如根据式3计算的,热塑性树脂组合物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别可具有约2至约7,例如,约2至约5的抗菌活性。
[等式3]
抗菌活性=log(M1/M2)
其中,M1是培养24小时后在空白样品上测量的细菌数,并且M2是培养24小时后在热塑性树脂组合物的每个样品上测量的细菌数。
此处,“空白样品”是指用于与测试样品(热塑性树脂组合物的样品)进行比较的对照样品。具体地,通过接种空的有盖培养皿来制备空白样品,该空的培养皿适合于用细菌检查接种的细菌是否正常生长,然后在与测试样品相同的条件下培养24小时。基于空白样品和测试样品之间的培养的细菌数的比较,评价测试样品的抗菌性能。在此,“培养的细菌数”可以通过以下过程来确定:用细菌接种每个样品,随后培养24小时,然后回收和稀释细菌的接种溶液,随后使细菌生长成培养皿上的菌落。当菌落的菌群太大而无法计数时,可以通过将菌落分成多个部分,测量一个部分的菌群大小,然后将测量值转换为总菌群来确定培养的细菌数。
根据本发明的模塑产品由上述热塑性树脂组合物形成。热塑性树脂组合物可以制成粒料形式。可以通过各种模塑方法,比如注射模塑、挤出、真空模塑和浇铸,将制备的粒料制成各种模塑产品(制品)。这些模塑方法是本领域技术人员众所周知的。模塑产品具有良好的耐候性、抗菌性能、机械性能以及它们之间的平衡,因此可以有利地用作抗菌产品,特别是抗菌合成纤维,其经常被人体接触并且因此需要抗菌性能。
【发明模式】
接下来,将参考一些实施例更详细地描述本发明。应理解,提供这些实施例仅用于举例说明,而不以任何方式解释为限制本发明。
实施例
在实施例和比较例中使用的组分的详细信息如下:
(A)热塑性树脂
(A1)聚酰胺树脂
使用聚酰胺66(制造商:Rhodia Co.,Ltd.,产品名称:STABAMID 23AE1K)。
(A2)聚酯树脂
(B)氧化锌
(B1)将金属锌在反应器中熔融,随后加热至900℃以使熔融锌蒸发,然后将氧气注入反应器中,随后冷却至室温(25℃)以获得中间体。然后,将中间体在750℃下热处理90分钟,随后冷却至室温(25℃),从而制备氧化锌。
(B2)使用氧化锌(制造商:Ristecbiz Co.,Ltd.,产品名称:RZ-950)。
(B3)使用氧化锌(制造商:Hanil Chemical Ind Co.,Ltd.,产品名称:TE30)。
对于氧化锌B1、B2、B3中的每一个,测量平均粒径、BET表面积、纯度、在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围内的峰B与在370nm至390nm的波长范围内的峰A的峰强度比(B/A)和微晶尺寸。结果示于表1。
表1
性能评估
(1)平均粒径(单位:μm):使用粒度分析仪(激光衍射粒度分析仪LS I3 320,Beckman Coulter Co.,Ltd.)测量平均粒径(体积平均)。
(2)BET表面积(单位:m2/g):使用BET分析仪(表面积和孔隙率分析仪ASAP 2020,Micromeritics Co.,Ltd.)通过氮气吸附法测量BET表面积。
(3)纯度(单位:%):基于在800℃下剩余材料的重量,通过热重分析(TGA)测量纯度。
(4)PL峰强度比(B/A):在室温下,通过CCD检测器以光致发光测量方法检测在325nm波长下使用He-Cd激光(KIMMON,30mW)照射样品后发射的光谱,其中CCD检测器保持在-70℃。测量在450nm至600nm的波长范围内的峰B与在370nm至390nm的波长范围内的峰A的峰强度比(B/A)。在此,在进行PL分析时,不进行单独的处理而用激光束照射注射模塑样品,并在直径为6mm的造粒机中将氧化锌粉末压制以制成扁平样品。
(5)微晶尺寸(单位:):使用高分辨率X-射线衍射仪(PRO-MRD,X'pert Inc.)在35°至50°范围内的峰位度(2θ)下测量,并根据测量的FWHM值(衍射峰的半峰全宽)由Scherrer等式(等式1)计算微晶尺寸。在此,可以测量粉末形式和注射模塑样品。为了进行更准确的分析,在XRD分析之前,将注射模塑样品在空气中在600℃下进行2小时的热处理以从中除去聚合物树脂。
[等式1]
其中,K是形状因子,λ是X-射线波长,β是X-射线衍射峰的FWHM值(度),并且θ是峰位度。
实施例1至4和比较例1至8
以表2和表3中列出的量混合上述组分,随后在230℃下挤出,从而制备粒料形式的热塑性树脂组合物。在此,使用双螺杆挤出机(L/D:36,Φ:45mm)进行挤出。将制备的粒料在80℃下干燥4小时或更长时间,然后使用6oz.的注射机(模塑温度:230℃,模具温度:60℃)进行注射模塑,从而制备样品。评价所制备的样品的以下性质。结果示于表2和表3中。
性能评估
(1)耐候性(色差(ΔE)):为了确定色差,使用比色计(KONICA MINOLTA,CM-3700A),在尺寸为50mm×90mm×2.5mm的注射模塑样品上测量初始色值L0*、a0*、b0*,随后根据ASTM D4459测试3000小时,然后以与上述相同的方式测量样品的色值L1*、a1*、b1*。此后,根据公式2计算色差(ΔE):
[等式2]
其中,ΔL*是测试之前和之后L*值之间的差(L1*-L0*),Δa*是测试之前和之后a*值之间的差(a1*-a0*),并且Δb*是测试之前和之后b*值之间的差(b1*-b0*)。
(2)抗菌活性:根据JIS Z 2801,分别向5cm×5cm的样品接种金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,并在35℃和90%RH的条件下培养24小时,随后根据等式3计算抗菌活性:
[等式3]
抗菌活性=log(M1/M2)
其中,M1是培养24小时后在空白样品上测量的细菌数,并且M2是培养24小时后在每个样品上测量的细菌数。
(3)悬臂梁缺口冲击强度(单位:kgf·cm/cm):根据ASTM D256在1/8"厚悬臂梁样品上测量悬臂梁缺口冲击强度。
表2
表3
从以上结果可以看出,根据本发明的热塑性树脂组合物具有良好的耐候性(色差(ΔE))、抗菌性能(抗菌活性)、机械性能(缺口悬臂梁式冲击强度)等。
相反,可以看出,分别使用不足量的氧化锌制备的比较例1和5的热塑性树脂组合物在抗菌性能、耐候性等方面劣化;分别使用过量的氧化锌制备的比较例2和6的热塑性树脂组合物在机械性能(耐冲击性)等方面劣化;分别使用氧化锌B2制备的比较例3和4的热塑性树脂组合物在耐候性和机械性能方面劣化;并且分别使用氧化锌B3制备的比较例7和8的热塑性树脂组合物在耐候性和机械性能方面也劣化。
应理解,本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改、改变、变更和等同实施方式。
Claims (12)
1.一种热塑性树脂组合物,包括:
约100重量份的热塑性树脂,所述热塑性树脂包括聚酰胺树脂和聚酯树脂中的至少一种;以及
约1重量份至约5重量份的氧化锌,
其中,所述氧化锌具有通过粒度分析仪测量的约0.8至约3μm的平均粒径(D50)以及约0.01至约1.0的峰强度比(B/A),其中A表示在光致发光测量中在370nm至390nm的波长范围中的峰,并且B表示在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围中的峰。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂组合物,其中,所述聚酰胺树脂包括脂族聚酰胺树脂、半芳族聚酰胺树脂或它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性树脂组合物,其中,所述聚酯树脂包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸环己酯中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中,所述氧化锌具有约0.1至约1.0的峰强度比(B/A),其中A表示在光致发光测量中在370nm至390nm的波长范围中的峰,并且B表示在光致发光测量中在450nm至600nm的波长范围中的峰。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中,所述氧化锌具有通过使用粒度分析仪测量的约1μm至约5μm的平均粒径(D50)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中,所述氧化锌具有使用BET分析仪通过氮气吸附法测量的为约10m m2/g或更低的BET比表面积。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中,所述氧化锌具有使用BET分析仪通过氮气吸附法测量的为约1m2/g至约7m2/g的BET比表面积。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中,根据JIS Z 2801分别用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接种5cm×5cm的样品并在35℃和90%RH的条件下培养24小时之后,如根据式3计算的,所述热塑性树脂组合物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别具有约2至约7的抗菌活性,
[等式3]
抗菌活性=log(M1/M2)
其中M1是培养24小时后在空白样品上测量的细菌数,并且M2是培养24小时后在所述热塑性树脂组合物的每个样品上测量的细菌数。
11.一种模塑产品,由根据权利要求1至10中任一项所述的热塑性树脂组合物形成。
12.根据权利要求11所述的模塑产品,其中,所述模塑产品包括合成纤维。
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