CN113150439A - 一种塑胶组合物及其应用、塑胶零部件及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及饮用水设备抗菌材料领域，具体涉及一种塑胶组合物及其应用、塑胶零部件及其制备方法和应用，该塑胶组合物中含有重量比为100：1‑10的塑胶原料和抗菌母粒，所述抗菌母粒为接枝有抗菌活性成分的聚合物，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为1‑25％。本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶组合物由于将有机物抗菌活性成分通过化学键键合到聚合物分子链上，抗菌活性成分仍保持良好的抗菌作用但不迁移析出，并且由该塑胶组合物形成的塑胶零部件具有长效稳定的抗菌效果，且不存在银等重金属析出超标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水设备抗菌材料领域，具体涉及一种塑胶组合物及其应用、一种塑胶零部件及其制备方法和该塑胶零部件在制备抗菌饮用水设备中的应用。
背景技术
饮水设备如饮水机、净水机等在使用过程中，细菌会粘附在与水接触的塑胶零部件(水管、储水箱、水泵、连接头、水龙头等)表面并不断繁殖产生异味，饮用带有细菌的水对人体健康会造成巨大的威胁和损害。
为达到健康饮水的目的，目前在饮水设备中主要采用紫外线杀菌、高温蒸汽灭菌和载银抗菌材料等方法。但是，紫外线杀菌和高温蒸汽灭菌都会导致塑料零部件的加速老化和可靠性下降，同时加重饮用水中的微塑料污染问题。采用载银抗菌材料改性的塑胶材料容易被氧化变色，且容易导致水中的银含量超标，对水产生重金属污染。另外，载银抗菌材料为溶出缓释接触抗菌机理，塑胶表面的银离子溶出完后，内部的无法迁移出来，最终导致零部件表面抗菌作用失效，无法达到长效稳定的抗菌效果。
例如，CN103654422A公布了一种聚丙烯材料与载银抗菌母粒共混制备的饮水设备用抗菌聚丙烯零件，该抗菌聚丙烯零件虽然对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及白色念球菌具有较好的初始抗菌作用，但并没有表现出长效稳定的抗菌效果，同时存在水中的银析出超标的隐患。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的小分子有机物抗菌剂易迁移析出、热稳定性差以及载银抗菌材料存在的银等重金属析出超标的缺陷。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种塑胶组合物，该塑胶组合物中含有重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒，所述抗菌母粒为接枝有抗菌活性成分的聚合物，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为1-25％；
所述抗菌母粒选自聚六亚甲基单胍盐接枝的聚合物、聚六亚甲基双胍盐接枝的聚合物中的至少一种；所述聚六亚甲基单胍盐和所述聚六亚甲基双胍盐的盐各自独立地选自盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐中的至少一种。
所述聚六亚甲基单/双胍盐接枝的聚合物的结构如式(1)所示：
其中，在式(1)中，R为接枝到聚合物分子链上的单/双胍盐基团，各个T各自独立地选自氢、甲基、乙基、苯基。
聚六亚甲基单胍盐低聚物的结构如式(2)所示：
其中，在式(2)中，Y选自Cl-、NO3 -、SO4 2-、PO4 3-，X、Z为氢，n＝6，m＝2-200。
聚六亚甲基双胍盐低聚物的结构如式(3)所示：
其中，在式(3)中，Y选自Cl-、NO3 -、SO4 2-、PO4 3-，X为氢，n＝6，m＝2-200。
本发明第二方面提供上述第一方面所述的塑胶组合物在制备塑胶零部件中的应用。
本发明第三方面提供一种塑胶零部件，形成该塑胶零部件的材料为上述第一方面所述的塑胶组合物。
本发明第四方面提供一种制备上述第三方面所述的塑胶零部件的方法，该方法包括：
(1)将用量重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒进行混合得到混合物料I；
(2)将所述混合物料I进行挤出和/或注塑成型。
本发明第五方面提供上述第三方面所述的塑胶零部件在制备抗菌饮用水设备中的应用。
与现存饮用水设备抗菌材料技术相比，本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶组合物和塑胶零部件至少具有如下优势：
(1)本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶组合物由于将有机物抗菌活性成分通过化学键键合到聚合物大分子链上，抗菌活性成分仍保持良好的抗菌作用但不迁移析出，因此克服了小分子有机物抗菌剂易迁移析出、热稳定性差等缺点；
(2)为了获得更好的相容性，本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶组合物可根据所需塑胶零部件的材料，选择相同的塑胶原料与有机物进行接枝键合得到抗菌母粒，如此获得的抗菌母粒与塑胶零部件的材料具有更好的相容性和更长效稳定的抗菌效果，且不存在银等重金属析出超标的问题。
本发明的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种塑胶组合物，该塑胶组合物中含有重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒，所述抗菌母粒为接枝有抗菌活性成分的聚合物，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为1-25％；
所述抗菌母粒选自聚六亚甲基单胍盐接枝的聚合物、聚六亚甲基双胍盐接枝的聚合物中的至少一种；所述聚六亚甲基单胍盐和所述聚六亚甲基双胍盐的盐各自独立地选自盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐中的至少一种。
发明人发现，本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶组合物由于将有机物抗菌活性成分通过化学键键合到聚合物分子链上，抗菌活性成分能够保持良好的抗菌作用而不会在长期的使用过程中发生迁移析出的现象，因此克服了有机物抗菌剂易迁移析出、热稳定性差等缺点。
优选地，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为10-20％。
优选地，所述塑胶组合物中的塑胶原料和抗菌母粒的含量重量比为100：2-8。
发明人发现，采用抗菌活性成分的接枝率为10-20％的抗菌母粒制备塑胶组合物时，以及塑胶组合物中的塑胶原料和抗菌母粒的含量重量比为100：2-8时，能够获得更好更稳定的抗菌效果。
优选地，所述塑胶原料选自PP、PE中的至少一种。
优选地，形成所述抗菌母粒的聚合物基体选自PP、PE中的至少一种。
如前所述，本发明的第二方面提供了前述第一方面所述的塑胶组合物在制备塑胶零部件中的应用。
在上述所述塑胶组合物在制备塑胶零部件的应用中，具体应用方法为本领域技术人员所熟知的技术，本发明在此不再赘述。
如前所述，本发明的第三方面提供了一种塑胶零部件，形成该塑胶零部件的材料为前述第一方面所述的塑胶组合物。
需要说明的是，本发明第三方面的塑胶零部件中涉及的相应物质即为本发明第一方面所述的塑胶组合物中的相应物质，本领域技术人员不再在本方面中赘述相应物质的种类和含量，这不应理解为对本发明的限制。
如前所述，本发明的第四方面提供了一种制备前述第三方面所述的塑胶零部件的方法，该方法包括：
(1)将用量重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒进行混合得到混合物料I；
(2)将所述混合物料I进行挤出和/或注塑成型。
优选地，在步骤(1)中，所述混合的条件包括：转速为10-200rpm，时间为3-5min。
优选地，所述混合的条件包括：转速为30-150rpm，时间为4-5min。
优选地，在步骤(2)中，所述挤出和/或所述注塑成型的条件包括：温度为160-240℃，保压冷却时间为1-15s。
优选地，所述挤出和/或所述注塑成型的条件包括：温度为180-230℃，保压冷却时间为5-10s。
本发明中，接枝聚合物抗菌塑胶组合物可根据所需塑胶零部件的材料，选择相同的塑胶原料与有机物进行接枝键合，得到的抗菌材料与塑胶零部件的材料相容性好，可赋予塑胶零部件长效稳定的抗菌效果，且不存在银等重金属析出超标的问题。
如前所述，本发明的第五方面提供了前述第三方面所述的塑胶零部件在制备抗菌饮用水设备中的应用。
在上述所述塑胶零部件在制备抗菌饮用水设备的应用中，具体应用方法为本领域技术人员所熟知的技术，本发明在此不再赘述。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，涉及到的原料均为市售品。
原料
塑胶原料：
PP：牌号EPC30R-H，广东茂名石化有限公司。
PE：牌号PE8916，广东茂名石化有限公司。
抗菌母粒：
聚六亚甲基单胍盐酸盐接枝PP：牌号PPNH-1，上海富元塑胶科技有限公司，聚六亚甲基单胍盐酸盐接枝率为20％。
聚六亚甲基双胍硝酸盐接枝PP：牌号PPNH-2，上海富元塑胶科技有限公司，聚六亚甲基双胍硝酸盐接枝率为12％。
聚六亚甲基单胍硫酸盐接枝PE：牌号PENH-1，上海富元塑胶科技有限公司，聚六亚甲基单胍硫酸盐接枝率为15％。
聚六亚甲基双胍盐酸盐接枝PE：牌号PENH-2，上海富元塑胶科技有限公司，聚六亚甲基双胍盐酸盐接枝率为8％。
IONPURE银-玻璃抗菌母粒：牌号IONPURE IPL，日本石塚硝子公司。
以下实例中，将非抗菌改性的PP塑料零部件作为对照零部件。
以下实例中的组分用量均为重量份，每重量份代表1g。
以下实例中，涉及到的测试方法如下：
1、抗菌效果测试
抗菌效果测试参照GB/T 31402-2015塑料塑料表面抗菌性能试验方法进行测试。
抗菌率的计算方法如下：
抗菌率＝(对照零部件24h后活菌数-抗菌零部件24h后活菌数)/对照零部件24h后活菌数。
2、浸泡溶出测试
根据《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范(2001)》附录A的标准检验方法对对照零部件和实例中的塑料零部件分别进行浸泡24h后，测试浸泡液中金属含量的变化。
实施例1
按照如下制备方法和表1所示用量制备塑胶零部件。其中所述制备方法为：
(1)将PP和聚六亚甲基单胍盐酸盐接枝PP进行混合得到混合物料I，转速为60rpm，时间为4min；
(2)将所述混合物料I进行挤出成型，温度为220℃，保压冷却时间为10s，制得塑胶零部件样品S1。
塑胶零部件的组成成分以及实施例1的具体操作信息列于表1中。其余实施例与对比例采用与实施例1相似的工艺进行，具体情况列于表1中。
对塑胶零部件的性能进行测试评价，结果如表2中所示。
表1
表2
从以上结果可以看出，对比例3采用IONPURE玻璃载银抗菌母粒，进行浸泡24h后水中银含量的增加量远高于5ppb，不符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范(2001)》，对饮用水会造成重金属污染和不安全因素。
相比之下，本发明提供的抗菌零部件不仅对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很强的抗菌作用，且进行浸泡24h后水中银含量的增加量为0，表明没有银析出释放。这是因为本发明提供的接枝聚合物抗菌塑胶零部件是将有机物抗菌活性成分通过化学键键合到聚合物分子链上，抗菌活性成分能够保持优异的抗菌作用但不迁移析出，且抗菌成分中不含银离子成分，不会向水中析出银等重金属，不存在银等重金属析出超标的问题。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种塑胶组合物，其特征在于，该塑胶组合物中含有重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒，所述抗菌母粒为接枝有抗菌活性成分的聚合物，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为1-25％；
所述抗菌母粒选自聚六亚甲基单胍盐接枝的聚合物、聚六亚甲基双胍盐接枝的聚合物中的至少一种；所述聚六亚甲基单胍盐和所述聚六亚甲基双胍盐的盐各自独立地选自盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的塑胶组合物，其中，所述抗菌母粒中的抗菌活性成分的接枝率为10-20％。
3.根据权利要求1或2所述的塑胶组合物，其中，所述塑胶组合物中的塑胶原料和抗菌母粒的含量重量比为100：2-8。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的塑胶组合物，其中，所述塑胶原料选自PP、PE中的至少一种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的塑胶组合物，其中，形成所述抗菌母粒的聚合物基体选自PP、PE中的至少一种。
6.权利要求1-5中任意一项所述的塑胶组合物在制备塑胶零部件中的应用。
7.一种塑胶零部件，其特征在于，形成该塑胶零部件的材料为权利要求1-5中任意一项所述的塑胶组合物。
8.一种制备权利要求7所述的塑胶零部件的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将用量重量比为100：1-10的塑胶原料和抗菌母粒进行混合得到混合物料I；
(2)将所述混合物料I进行挤出和/或注塑成型。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述混合的条件包括：转速为10-200rpm，时间为3-5min；
优选地，所述混合的条件包括：转速为30-150rpm，时间为4-5min。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述挤出和/或所述注塑成型的条件包括：温度为160-240℃，保压冷却时间为1-15s；
优选地，所述挤出和/或所述注塑成型的条件包括：温度为180-230℃，保压冷却时间为5-10s。
11.权利要求7所述的塑胶零部件在制备抗菌饮用水设备中的应用。
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