CN113248835B - 一种用于塑胶的组合物及其应用、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,公开了一种用于塑胶的组合物及其应用、塑胶零部件及其制备方法和应用,该组合物中含有重量比为100:1‑20的塑胶原料和四针状氧化锌,所述四针状氧化锌的针的平均长度为1‑100μm,针端的平均直径为1‑100nm;任选地,该组合物中还含有玻璃纤维。本发明提供的方案将纳米结构氧化锌添加在饮用水涉水塑胶零部件中,一方面通过氧化锌释放锌离子起到杀灭细菌的作用,另一方面该纳米结构氧化锌能够在塑胶零部件接触饮用水的表面露出,通过刺穿细胞膜杀死细菌或通过固定细菌来抑制细菌生长,使得该塑胶零部件具有长效的抗菌性能,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,具体涉及一种用于塑胶的组合物及其应用、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
饮用水设备的塑料部件(例如聚乙烯PE、聚丙烯PP等)是目前饮用水设备中输送饮用水的常用材料,而其中的涉水塑料部件容易滋生细菌的问题一直是困扰设备生产制造厂商和消费者的难题。
饮用水的生物学水质是直接关系人们身体健康的重要因素。因此,控制饮用水中的生物学影响因素就尤为重要。目前净饮水设备中控制微生物的主要方法有紫外线杀菌、载银抗菌材料、蒸汽高温灭菌等方法。但是,紫外线杀菌和蒸汽高温灭菌都会导致塑料管材的老化加速,同时也会增加塑料分子渗入饮用水中的量,从而导致饮用水的污染;载银抗菌材料是通过释放银离子对水中的微生物进行消杀,但是释放的银离子又会导致饮用水中的重金属超标的问题(根据GB/T 17219规定,饮用水涉水材料的银离子增加量不能超过5ppb)。
另外,现有技术还包括在注塑成型和挤出成型等加工过程中,在塑料母粒中加入含银的抗菌剂,共混制备得到抗菌塑料部件。但是,该塑料部件在使用过程中,一方面存在重金属银超标的隐患,另一方面会随着使用过水量的增加,导致银离子释放量逐渐降低,从而使得抗菌效果降低直至消失,无法达到长效稳定的抗菌效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的抗菌塑料部件的银析出超标及抗菌效果不稳定的缺陷。
为了实现上述目的,本发明第一方面提供一种用于塑胶的组合物,该组合物中含有重量比为100:1-20的塑胶原料和四针状氧化锌,所述四针状氧化锌的针的平均长度为1-100μm,针端的平均直径为1-100nm;任选地,该组合物中还含有玻璃纤维。
本发明第二方面提供上述第一方面所述的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)将组合物A中的各组分进行混合,得到混合物料I,所述组合物A为上述第一方面所述的组合物;
(2)将所述混合物料I进行挤出造粒,得到改性塑料颗粒I;
(3)将所述改性塑料颗粒I进行成型处理。
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,本发明提供的抗菌塑胶组合物和塑胶零部件至少具有如下优势:
本发明提供的方案将纳米结构氧化锌抗菌材料添加在饮用水涉水塑胶零部件中,一方面通过氧化锌释放锌离子起到杀灭细菌的作用,另一方面该纳米结构氧化锌能够在涉水塑胶零部件接触饮用水的表面露出,通过刺穿细胞膜杀死细菌或通过固定细菌来抑制细菌生长,使得本方案获得的涉水塑胶零部件具有长效的抗菌性能,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。
附图说明
图1为四针状氧化锌微观形貌图。
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用于塑胶的组合物,该组合物中含有重量比为100:1-20的塑胶原料和四针状氧化锌,所述四针状氧化锌的针的平均长度为1-100μm,针端的平均直径为1-100nm;任选地,该组合物中还含有玻璃纤维。
本发明中,所述四针状氧化锌为购于成都天佑晶创科技有限公司的四针状氧化锌。
本发明中,所述四针状氧化锌的针的平均长度是指在显微镜的视野区域内所见的四针状氧化锌的针长度的平均值。所述四针状氧化锌的针端的平均直径是指在显微镜的视野区域内所见的四针状氧化锌的针端直径的平均值。
优选地,所述组合物中的塑胶原料和四针状氧化锌的含量重量比为100:3-10,所述塑胶原料选自聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲醛中的至少一种。
优选地,所述组合物中的塑胶原料、四针状氧化锌和玻璃纤维的含量重量比为100:1-10:10-30,所述塑胶原料选自尼龙6、尼龙66中的至少一种。
发明人发现,采用上述含量比例的所述组合物制备抗菌塑胶零部件时,能够获得更好更稳定的抗菌效果。
优选地,所述塑胶原料为聚丙烯,所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯,所述无规共聚的单体为乙烯,所述聚丙烯的密度为0.89-0.90g/cm3,熔融指数为6-10g/10min。发明人发现,采用优选的聚丙烯塑胶原料制备获得的抗菌塑胶零部件具有更长效稳定的抗菌效果。
如前所述,本发明的第二方面提供了前述第一方面所述的组合物在制备塑胶零部件中的应用。
在上述所述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)将组合物A中的各组分进行混合,得到混合物料I,所述组合物A为上述第一方面所述的组合物;
(2)将所述混合物料I进行挤出造粒,得到改性塑料颗粒I;
(3)将所述改性塑料颗粒I进行成型处理。
优选地,在步骤(1)中,所述混合的条件包括:搅拌转速为100-300rpm,时间为2-5min。
更优选地,所述混合的条件包括:搅拌转速为150-250rpm,时间为3-5min。
优选地,在步骤(2)中,所述挤出造粒采用双螺杆挤出机进行。
优选地,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-250℃,二区温度为160-260℃,三区温度为170-270℃,四区温度为170-270℃,五区温度为170-270℃,六区温度为170-270℃,七区温度为170-270℃,八区温度为170-270℃,模头温度为170-270℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为300-1000kg/h。
针对本发明的制备方法中所述挤出造粒的条件,提供以下几种优选的具体实施方式。
具体实施方式1
其中,所述塑胶原料为聚丙烯,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-180℃,二区温度为170-190℃,三区温度为180-200℃,四区温度为180-200℃,五区温度为180-200℃,六区温度为180-200℃,七区温度为180-200℃,八区温度为180-200℃,模头温度为190-210℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为500-1000kg/h。
具体实施方式2
其中,所述塑胶原料为聚乙烯,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-170℃,二区温度为160-180℃,三区温度为170-190℃,四区温度为170-190℃,五区温度为170-190℃,六区温度为170-190℃,七区温度为170-190℃,八区温度为170-190℃,模头温度为170-190℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为500-1000kg/h。
具体实施方式3
其中,所述塑胶原料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为170-190℃,二区温度为180-200℃,三区温度为190-210℃,四区温度为190-210℃,五区温度为190-210℃,六区温度为190-210℃,七区温度为190-210℃,八区温度为190-210℃,模头温度为190-210℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为500-1000kg/h。
具体实施方式4
其中,所述塑胶原料为聚甲醛,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-180℃,二区温度为170-180℃,三区温度为180-190℃,四区温度为180-200℃,五区温度为180-200℃,六区温度为180-200℃,七区温度为180-200℃,八区温度为180-200℃,模头温度为180-200℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为400-800kg/h。
具体实施方式5
其中,所述塑胶原料为尼龙6,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为220-240℃,二区温度为230-250℃,三区温度为240-260℃,四区温度为240-260℃,五区温度为240-260℃,六区温度为240-260℃,七区温度为240-260℃,八区温度为240-260℃,模头温度为240-260℃,主螺杆转速为300-400rpm,喂料速度为300-600kg/h。
具体实施方式6
其中,所述塑胶原料为尼龙66,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为230-250℃,二区温度为240-260℃,三区温度为250-270℃,四区温度为250-270℃,五区温度为250-270℃,六区温度为250-270℃,七区温度为250-270℃,八区温度为250-270℃,模头温度为250-270℃,主螺杆转速为300-400rpm,喂料速度为300-500kg/h。
发明人发现,以上优选的具体实施方式中制备得到的塑胶零部件具有更好更稳定的抗菌效果。
优选地,在步骤(3)中,所述成型处理为挤出成型和/或注塑成型。
优选地,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为180-270℃,保压冷却时间为5-20s,模具温度为50-120℃。
针对本发明的制备方法中所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件,提供以下几种优选的具体实施方式。
具体实施方式7
其中,所述塑胶原料为聚丙烯,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为200-230℃,保压冷却时间为10-20s,模具温度为60-80℃。
具体实施方式8
其中,所述塑胶原料为聚乙烯,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为180-210℃,保压冷却时间为10-20s,模具温度为50-70℃。
具体实施方式9
其中,所述塑胶原料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为210-240℃,保压冷却时间为5-15s,模具温度为50-70℃。
具体实施方式10
其中,所述塑胶原料为聚甲醛,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为190-200℃,保压冷却时间为5-15s,模具温度为50-70℃。
具体实施方式11
其中,所述塑胶原料为尼龙6,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为240-260℃,保压冷却时间为5-10s,模具温度为90-110℃。
具体实施方式12
其中,所述塑胶原料为尼龙66,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为250-270℃,保压冷却时间为5-10s,模具温度为100-120℃。
发明人发现,以上优选的具体实施方式中制备得到的塑胶零部件具有更好更稳定的抗菌效果。
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:
PPI:牌号EPC30R-H,广东茂名石化有限公司,密度为0.90g/cm3,熔融指数为10g/10min。
PPII:牌号M02D,广东茂名石化有限公司,密度为0.90g/cm3,熔融指数为3g/10min。
PPIII:牌号HHP4,广东茂名石化有限公司,密度为0.91g/cm3,熔融指数为10g/10min。
PE:牌号PE8916,广东茂名石化有限公司。
ABS:牌号3504A,广东茂名石化有限公司。
POM:牌号MC90,宁夏神华煤业集团有限责任公司。
PA6:牌号YH800,中国石油化工股份有限公司。
PA66:牌号EPR-2701,中国神马集团。
抗菌材料:
四针状氧化锌:成都天佑晶创科技有限公司,该四针状氧化锌的微观形貌如图1所示。
IONPURE银-玻璃抗菌剂: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PPI和四针状氧化锌进行混合,得到混合物料I,搅拌转速为200rpm,时间为4min;
(2)将所述混合物料I引入双螺杆挤出机进行挤出造粒,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为170℃,二区温度为180℃,三区温度为190℃,四区温度为190℃,五区温度为190℃,六区温度为190℃,七区温度为190℃,八区温度为190℃,模头温度为200℃,主螺杆转速为400rpm,喂料速度为700kg/h,得到改性塑料颗粒I;
(3)将所述改性塑料颗粒I进行挤出成型,所述挤出成型的条件包括:温度为210℃,保压冷却时间为15s,模具温度为70℃,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1(续表)
表2
从以上结果可以看出,实施例1-6中,抗菌零部件浸泡24h后锌含量增加量随着四针状氧化锌用量的增加而增大,其中实施例4的抗菌零部件浸泡24h后锌含量增加量达到149ppb,仍小于200ppb,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)》。
对比例2采用IONPURE玻璃载银抗菌剂,抗菌零部件浸泡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。
综上,本发明提供的方案将纳米结构氧化锌抗菌材料添加在饮用水涉水塑胶零部件中,一方面通过氧化锌释放锌离子起到杀灭细菌的作用,另一方面该纳米结构氧化锌能够在涉水塑胶零部件接触饮用水的表面露出,通过刺穿细胞膜杀死细菌或通过固定细菌来抑制细菌生长,使得本方案获得的涉水塑胶零部件具有长效的抗菌性能,且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 (13)
1.一种用于塑胶的组合物,其特征在于,该组合物组成成分为PP100重量份,四针状氧化锌1重量份;所述四针状氧化锌的针的平均长度为1-100μm,针端的平均直径为1-100nm;所述PP的牌号为EPC30R-H,购自广东茂名石化有限公司,所述PP的密度为0.90g/cm3,熔融指数为10g/10min。
2.权利要求1所述的组合物在制备塑胶零部件中的应用。
3.一种塑胶零部件,其特征在于,形成该塑胶零部件的材料为权利要求1所述的组合物。
4.一种制备权利要求3所述的塑胶零部件的方法,其特征在于,该方法包括:
(1)将组合物A中的各组分进行混合,得到混合物料I,所述组合物A为权利要求1所述的组合物;
(2)将所述混合物料I进行挤出造粒,得到改性塑料颗粒I;
(3)将所述改性塑料颗粒I进行成型处理。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,在步骤(1)中,所述混合的条件包括:搅拌转速为100-300rpm,时间为2-5min。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,在步骤(1)中,所述混合的条件包括:搅拌转速为150-250rpm,时间为3-5min。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法,其中,在步骤(2)中,所述挤出造粒采用双螺杆挤出机进行。
8.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法,其中,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-250℃,二区温度为160-260℃,三区温度为170-270℃,四区温度为170-270℃,五区温度为170-270℃,六区温度为170-270℃,七区温度为170-270℃,八区温度为170-270℃,模头温度为170-270℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为300-1000kg/h。
9.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法,其中,在步骤(2)中,所述挤出造粒的条件包括:一区温度为160-180℃,二区温度为170-190℃,三区温度为180-200℃,四区温度为180-200℃,五区温度为180-200℃,六区温度为180-200℃,七区温度为180-200℃,八区温度为180-200℃,模头温度为190-210℃,主螺杆转速为300-500rpm,喂料速度为500-1000kg/h。
10.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法,其中,在步骤(3)中,所述成型处理为挤出成型和/或注塑成型。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为180-270℃,保压冷却时间为5-20s,模具温度为50-120℃。
12.根据权利要求10所述的方法,其中,在步骤(3)中,所述挤出成型和/或所述注塑成型的条件包括:温度为200-230℃,保压冷却时间为10-20s,模具温度为60-80℃。
13.权利要求3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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