CN111909515A - 一种用于制备餐具的抗菌组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种用于制备餐具的抗菌组合物及其制备方法，原料按照质量分数比，包括以下组份：砜类聚合物97～99.8份，抗菌剂0.2‑0.6份、分散剂0.1‑0.3份。本发明中的餐具基材由PPSU或PES制成，克服了现有竹木、塑料密胺及不锈钢等材料制成的餐具存在的易生菌、挥发有毒物质及烫伤使用缺陷。本发明还进一步提供了上述餐具的生产工艺，适用于工业化生产，符合人们越来越重视和提倡的低碳、环保、健康、卫生、绿色的生活理念和生活方式；所生产的餐具在使用一定时间后淘汰更换后，还可回收再利用，用作工程材料使用，生产齿轮、阀片等工程制件。成为可循环利用的高性能新材料，避免浪费或产生垃圾造成污染问题。

Description

一种用于制备餐具的抗菌组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于特种工程塑料技术领域，具体涉及一种用于制备餐具的抗菌组合物及其制备方法。

背景技术

砜聚合物属于特种耐高温透明热塑性工程塑料，具有突出的耐热性能，赋予它极高的长期工作温度，优良的耐化学腐蚀性和特别的耐热水水解和过热蒸汽，可以高达10000次以上的蒸汽(200℃)加热而性能不受影响，优异的尺寸稳定性和出色的高温抗蠕变性，极低的烟雾和有毒气体排放，良好的电性能。从上世纪70年代开发至今已经经历50多年的发展，随着材料开发的日趋完善，其应用范围越来越广，包括食品卫生，医疗器械，家用小电器，航空航天，电子电器等领域。

在近几年，特别是聚苯砜PPSU和PES，在食品接触类用品应用领域，因其优良的耐化学腐蚀性，耐一般药水浸泡，耐酸碱液浸泡，耐洗洁剂清洗，不产生化学变化；特别的耐热水水解和过热蒸汽特性，耐热温度高达200℃，可反复的高温煮沸，蒸汽消毒；更重要的是不含双酚A(BPA，环境荷尔蒙，扰乱内分泌的致癌化学物质)，符合FDA认证、Reach和RoHS法则，是美国和欧盟等推荐的最理想最安全环保的符合婴幼及食品应用的材料，而具有特别适合的应用优势和前景，同时，又因其具有高透明性和优良的可着色能力，所制备的产品色泽鲜艳透亮，例如婴幼奶瓶，咖啡机，水杯，不粘锅涂层，等等。因此，近年在居家厨房和卫浴，得以越来越广泛和深入的应用开发。

由于PPSU在食品接触上的优异性能和特别实用性，在居家日常用品上有越来越被广大家庭接受的趋势，例如本发明公开一种由PPSU或PES为基材制成的筷子，勺子，叉子，餐碗，蒸笼笼屉，砧板，擀面杖，蒸锅，锅盖，等等，就是一个典型的应用，它是一种安全、卫生的餐具。同时本发明还提供了其生产工艺，属于餐具制造技术领域。符合当前推行的“大健康”生活理念，特别是发生的新冠病毒传染病，人们对饮食健康越来越重视，迫切需要具有抗菌和杜绝相互传染的饮食餐具。

就筷子而言，目前市场上销售的筷子主要有竹木筷子，塑料密胺筷子及不锈钢筷子等。但是，竹木筷子易发霉变质，极易藏污纳垢，特别是很容易滋生黄曲霉素这类高致癌物质，严重影响饮食健康；而塑料密胺筷子在使用和高温消毒时会挥发出三聚氰胺、甲醛等有害物质，同样会影响饮食健康。不锈钢筷子除医用级不锈钢外一般都含有重金属，并且食用高温饭菜时，由于其易导热易烫伤，故存在不易使用的缺陷。

目前公开的以PPSU为基材的筷子专利发明较少，仅有如CN 102690517B，公布了一种PPSU和PES共聚物为基材，同时含有玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、纳米银、钙粉2份～10份、立德粉和炭黑等共混物的材料用来制备筷子，其配方较复杂，同时各种添加剂着色剂可能存在不耐酸碱和易析出溶解等等风险；但是其采用PPSU和PES共聚物为基材，共聚过程中聚合度以及聚合过程中易产生副产物，对基材的性能会存在影响。另外，共聚物是不透明的，失去了砜聚合物的独有特性，再添加各种增强助剂，从外观上看，更使得筷子与普通筷子一般无二。

发明内容

本发明的目的是提供一种着色性能好，抗菌且力学性能优越的用于制备餐具的抗菌组合物及其制备方法。

本发明这种用于制备餐具的抗菌组合物，原料按照质量分数比，包括以下组份：砜类聚合物97～99.8份，抗菌剂0.2-0.6份、分散剂0.1-0.3份。

所述的砜类聚合物为聚苯砜PPSU和聚醚砜PES中的一种或两种。

优选的，所述的砜类聚合物为掺杂了增强材料的砜类聚合物。

优选的，所述的增强材料为食品级炭黑、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种，增强材料的惨杂质量百分比为0.2～60％。

当增强材料的掺杂量小于2％，增强材料可以与抗菌剂、分散剂以及纯砜类聚合物直接注塑成型；当增强材料的掺杂量大于2％，增强材料需要与纯砜类聚合物先进行熔融共混挤出得到增强料，然后增强料再与其他组份进行注塑成型。

所述的抗菌剂为银系、锌系和银-锌系无机抗菌剂中的一种或多种，这些抗菌剂满足食品接触安全等级要求；优选为RHA-T2的银系抗菌剂、BM-102SD的银-锌系抗菌剂、103NA的银-锌系抗菌剂中的一种。

所述的分散剂为EB-FF的分散剂。

本发明这种用于制备餐具的抗菌组合物，在控制抗菌剂和分散剂在所属范围内的添加量时，并不会影响材料原有的透明性。

所述的组合物的原料还包括有着色剂0.03～0.5份。

所述的着色剂为无机颜料或染料以及有机颜料和染料中的一种或多种；优选的，着色剂为有机颜料和染料的色母粒；着色剂要求耐热温度大于300℃；优选的，所述的耐热温度大于340度。

所述的组合物还包括有钛白粉2～3份；

所述的抗菌组合物在制备餐具的应用。

所述的抗菌组合物在制备筷子，汤勺，饭铲，笼屉，蒸锅，锅盖，砧板中的应用。

所述的抗菌组合物制备餐具的方法，包括以下步骤：

将上述抗菌组合物按照配比混合后，进行注塑，注塑成型后，进行磨光，去掉多余的边角材料，即得餐具；

其中注塑工艺为：机台温度：320～390℃；模具温度：120～180℃；注塑压力：90～125MPa；注射速度：60～120cm³/s；冷却时间：4～18秒。

本发明的有益效果：

1)本发明中的餐具基材由PPSU或PES制成，克服了现有竹木、塑料密胺及不锈钢等材料制成的餐具存在的易生菌、挥发有毒物质及烫伤使用缺陷。本发明还进一步提供了上述餐具的生产工艺，适用于工业化生产，符合人们越来越重视和提倡的低碳、环保、健康、卫生、绿色的“大健康”生活理念和杜绝交叉传染的生活方式；所生产的餐具在使用一定时间后淘汰更换后，还可回收再利用，用作工程材料使用，生产齿轮、阀片等工程制件。成为可循环利用的高性能新材料，避免浪费或产生垃圾造成污染问题。

2)本发明使用PPSU纯树脂或PES纯树脂，是均聚物，相较于共聚物，其着色力强，韧性和强度较高，特别是采用纯树脂时，保持其原有高度透明的特点，可以赋予筷子等餐具更加多的附加特性，如镭雕、镂刻等，如果是共聚物则失去透明性。制备的产品在190℃以下高温不分解，可反复高温消毒，无有害物质挥发出来，产品表面光滑、耐酸碱、耐腐蚀、耐磨损、不易残留细菌、不发生霉变，使用不易被烫伤，是一种卫生安全的餐具。基于以上特点，以PPSU或PES为基材还可以制备类似筷子的其它餐具，如汤勺，饭铲，饭勺，叉子，餐碗，蒸笼笼屉，砧板，擀面杖，蒸锅，锅盖，等等厨房用具

3)鉴于本发明采用的PPSU纯树脂或PES纯树脂为基材，可通过镭雕技术，对筷子进行镭雕各种信息，比如文字、图案、二维码、及其他客户定制信息。文字可以包括公司名字，使用者名字等，图案可以是各种使用者喜欢的图案，比如十二生肖等，二维码可以让使用者通过扫码查询了解产品的各种信息，比如生产时间，筷子材质安全等级，生产厂家信息等等各种知识，同时，也方便追踪和回收，保证使用的安全。

附图说明

图1实施例1制备的餐具-筷子；

图2实施例2制备的餐具-筷子；

图3实施例3制备的餐具-筷子。

具体实施方式

本发明实施例中所用样品均为目前市售商品：

PPSU——索尔维公司，牌号RadelR系列，江西金海新能源科技有限公司，Kinsul030系列；PES——巴斯夫公司，牌号UltrasonE系列，江西金海新能源科技有限公司，牌号Kinsul 020系列；抗菌剂——NAFUR公司；分散剂——富治化工(上海)有限公司；炭黑——德固赛公司。

实施例1

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Radel R-5100，烘干值水分低于0.2％，加入质量百分比为99.7％；NAFUR公司的牌号为RHA-T2的银系抗菌剂，加入质量百分比为0.2％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.1％，使用高混机外混后直接注塑。

用筷子模具进行注塑成型，90吨机台，具体工艺为：螺筒温度:330℃-340℃-350℃-360℃；模具温度:120℃；注塑压力:115MPa；注射速度:60cm³/s；冷却时间:4秒；注塑成型后，再对筷子进行磨光，磨掉飞边和浇口多余材料，使筷子显出光泽，具体步骤是：磨光机里加入一定量的树脂研磨石，再放入一定量的筷子，加水至没过筷子，最后放入抛光液，开机正反转循环运行，直到筷子显出光泽，取出筷子干燥后即得成品。

最后，用镭雕机进行镭雕，镭雕内容为发明人的二维码，得到的筷子产品如图1所示，其抗菌性能见表1。

对比例1

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Radel R-5100，烘干值水分低于0.2％，不加抗菌剂和分散剂，使用高混机外混后直接注塑。

用筷子模具进行注塑成型，90吨机台，具体工艺为：螺筒温度:330℃-340℃-350℃-360℃；模具温度:120℃；注塑压力:115MPa；注射速度:60cm³/s；冷却时间:40秒；注塑成型后，再对筷子进行磨光，磨掉飞边、浇口和棱角等多余材料，使筷子显出光泽。具体步骤是：磨光机里加入一定量的树脂研磨石，再放入一定量的筷子，加水至没过筷子，最后放入抛光液，开机正反转循环运行，直到筷子显出光泽，取出筷子干燥后即得成品。

实施例2

聚醚砜聚合物PES纯树脂颗粒，牌号Ultrason E 3010NAT，烘干值水分低于0.2％，加入的质量百分比为99.4％；富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-102SD的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.4％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.2％，使用高混机外混后直接注塑。

筷子应用的注塑成型工艺为：90吨机台，螺筒温度：350℃-350℃-360℃-380℃；模具温度：160℃；注塑压力：100MPa；注射速度：80cm³/s；冷却时间：6秒；注塑成型后，再对筷子进行磨光，磨掉飞边、浇口和棱角等多余材料，使筷子显出光泽。具体步骤是：磨光机里加入一定量的树脂研磨石，再放入一定量的筷子，加水至没过筷子，最后放入抛光液，开机正反转循环运行，直到筷子显出光泽，取出筷子干燥后即得成品。

用镭雕机进行镭雕，镭雕内容为本发明人注册商标“中国好筷子”，具体产品的外观见图2，抗菌性能见表1。

实施例3

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Kinsul 030，烘干值水分低于0.2％，加入质量百分比为99.4％；NAFUR公司的牌号为RHA-T2的银系抗菌剂，加入质量百分比为0.4％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.2％，使用高混机外混后直接注塑。

筷子应用的注塑成型工艺同实施例2。

用镭雕机进行镭雕，镭雕内容为十二生肖图案；具体产品外观见图3，抗菌性能见表1。

实施例4

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Radel R-5100，烘干值水分低于0.2％，加入质量百分比为99.2％；炭黑加入质量百分比为0.3％；富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-103NA的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.3％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.2％，使用高混机外混后直接注塑。

饭碗制备的注塑成型工艺为：120吨机台，螺筒温度：300℃-320℃-340℃-350℃-360℃-380℃；模具温度：160℃；注塑压力：120MPa；注射速度：100cm³/s；冷却时间：15秒。

抗菌性能见表1。

实施例5

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Radel R-5100，烘干值水分低于0.2％，加入质量百分比为97.15％；钛白粉R2233加入的质量百分比为2.3％；BASF有机颜料

Blue K 7104LW，加入的质量百分比为0.05％；富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-103NA的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.2％；日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.3％。放入高混机混合30min，再进行根据实施例1的注塑工艺，注塑成型，得到蔚蓝色筷子。抗菌性能见表1。

实施例6

聚醚砜聚合物PES纯树脂颗粒，牌号Kinsul 020，烘干值水分低于0.2％，加入的质量百分比为99.47％；BASF有机颜料

Orange K 2960，加入质量百分比为0.03％；富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-103NA的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.3％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.2％。放入高混机混合30min，再进行注塑成型。

使用蒸笼屉子模具，注塑成型工艺为：150吨机台，螺筒温度：300℃-320℃-340℃-350℃-350℃-360℃-380℃；模具温度：180℃；注塑压力：125MPa；注射速度：120cm³/s；冷却时间：18秒，注塑成型后，再对蒸笼屉子进行磨光，磨掉飞边、浇口和棱角等多余材料，使筷子显出光泽。具体步骤是：磨光机里加入一定量的树脂研磨石，再放入蒸笼屉子，加水至没过蒸笼屉子，最后放入抛光液，开机正反转循环运行，直到蒸笼屉子显出光泽，取出蒸笼屉子干燥后即得成品。抗菌性能见表1。

实施例7

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Kinsul 030，烘干值水分低于0.2％，质量百分比为57％，用双螺杆挤出机混入玻璃纤维，其中玻璃纤维为巨石公司，牌号为ECS11-4.5-560H，含量比例为40％，挤出机加热温度为250℃-280℃-300℃-320℃-320℃-340℃-340℃-360℃，转速190rpm，制备出玻纤含量40％的PPSU增强料；取增强料99.25％；BASF有机颜料

Orange K 2960，加入质量百分比为0.05％；钛白粉质量百分比为3.0％，富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-103NA的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.3％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.4％。放入高混机混合30min，再进行注塑成型。

用筷子模具进行注塑成型，200吨机台，具体工艺为：螺筒温度:330℃-340℃-350℃-360℃；模具温度:160℃；注塑压力:125MPa；注射速度:60cm³/s；冷却时间:10秒；注塑成型后，再对筷子进行磨光，磨掉飞边和浇口多余材料，使筷子显出光泽，具体步骤是：磨光机里加入一定量的树脂研磨石，再放入一定量的筷子，加水至没过筷子，最后放入抛光液，开机正反转循环运行，直到筷子显出光泽，取出筷子干燥后即得成品。

最后，测试其抗菌性能见表1。

实施例8

聚苯砜聚合物PPSU纯树脂颗粒，牌号Kinsul 030，烘干值水分低于0.2％，质量百分比为95％，用双螺杆挤出机混入碳纳米管，其中碳纳米管为比利时Nanocyl公司，牌号为NC7000，含量比例为5％，挤出机加热温度为250℃-280℃-300℃-320℃-340℃-350℃-360℃-370℃，转速220rpm，制备出碳纳米管含量5％的PPSU增强料；取增强料99.3％；富治化工(上海)有限公司的牌号为Bactekiller BM-103NA的银-锌系抗菌剂，加入质量百分比为0.3％，日本花王公司的牌号为EB-FF的分散剂，加入质量百分比为0.4％。放入高混机混合30min，再进行注塑成型。

用筷子模具进行注塑成型，250吨机台，具体工艺为：螺筒温度:330℃-340℃-360℃-370℃；模具温度:160℃；注塑压力:125MPa；注射速度:60cm³/s；冷却时间:18秒；注塑成型，即得成品。

最后，测试其抗菌性能见表1。

拉伸强度按照ISO 527-2标准进行制样和测试，测试条件为，拉伸速度10mm/min；弯曲强度按照ISO 178标准进行制样和测试，测试条件为，弯曲速度2mm/min；悬臂梁缺口冲击强度按照ISO 180/1A测试条件为环境温度23℃。

热变形温度(HDT)按照ISO 75-1/-2标准进行制样和测试，测试条件为1.80MPa。

表1抗菌防霉等级

根据上述结果可以，本发明的制备餐具的抗菌组合物耐高温性能都达到了200℃，强度也达到了餐具要求，尤其是添加了碳纳米管和玻璃纤维的增强材料的，其耐高温性能进一步增加，达到了225℃，强度更加是增加明显，抗菌性能也达到了餐具的要求。

Claims (10)

1.一种用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，原料按照质量分数比，包括以下组份：砜类聚合物97～99.8份，抗菌剂0.2-0.6份、分散剂0.1-0.3份。

2.根据权利要求1所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，所述的砜类聚合物为聚苯砜PPSU和聚醚砜PES中的一种或两种；所述的抗菌剂为银系、锌系和银-锌系无机抗菌剂中的一种或多种，这些抗菌剂满足食品接触安全等级要求；所述的分散剂为EB-FF的分散剂。

3.根据权利要求2所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，所述的砜类聚合物为掺杂了增强材料的砜类聚合物；抗菌剂为RHA-T2的银系抗菌剂、BM-102SD的银-锌系抗菌剂、103NA的银-锌系抗菌剂中的一种。

4.根据权利要求3所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，所述的增强材料为食品级炭黑、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种，增强材料的掺杂质量百分比为0.2～60％；当增强材料的掺杂量小于2％，增强材料可以与抗菌剂、分散剂以及纯砜类聚合物直接注塑成型；当增强材料的掺杂量大于2％，增强材料需要与纯砜类聚合物先进行熔融共混挤出得到增强料，然后增强料再与其他组份进行注塑成型。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，所述的组合物的原料还包括有着色剂0.03～0.5份。

6.根据权利要求5所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于，所述的着色剂为无机颜料或染料以及有机颜料和染料中的一种或多种；着色剂要求耐热温度大于300℃。

7.根据权利要求6所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于着色剂为有机颜料和染料的色母粒；所述的耐热温度大于340度。

8.根据权利要求1～4任意一项所述的用于制备餐具的抗菌组合物，其特征在于所述的组合物还包括有钛白粉2～3份。

9.根据权利要求1所述的抗菌组合物在制备餐具的应用。

10.根据权利要求9所述的抗菌组合物制备餐具的方法，包括以下步骤：

将上述抗菌组合物按照配比混合后，进行注塑，注塑成型后，进行磨光，去掉多余的边角材料，即得餐具；

其中注塑工艺为：机台温度：320～390℃；模具温度：120～180℃；注塑压力：90～125MPa；注射速度：60～120cm³/s；冷却时间：4～18秒。

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