CN113402855A - 抗菌吸嘴及其制备方法以及具有该吸嘴的电子雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含有改性疏油性纳米银离子抗菌剂的PCTG材料制成的电子雾化器抗菌吸嘴，其中PCTG材料与纳米银离子抗菌剂的重量份数比为100:[0.1～1.5]；本发明还提供了该PCTG材料吸嘴的制备方法，以及具有该抗菌吸嘴的电子雾化装置。本发明提供的吸嘴，在提高了PCTG材料的纳米银离子有效浓度及抗菌杀毒活性的同时，又不会影响PCTG材料的机械性能与加工性能；并以低成本、高活性的方式，有效地解决了现有技术中存在的电子雾化装置吸嘴的卫生安全问题。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子雾化器领域，尤其涉及一种抗菌吸嘴及其制备方法以及具有该吸嘴的电子雾化装置。
【背景技术】
由于接触人口唾液、存放场景多样、开启后不能短时间用完等，吸嘴是电子雾化器中最容易滋生细菌病毒的部件，严重威胁用户的卫生安全，吸嘴材料通常为塑料、金属、木材、玻璃、陶瓷等。目前对吸嘴的杀菌消毒通常以外部方式来进行，如，通过紫外线或臭氧对吸嘴杀菌，但用户操作时存在被紫外线或臭氧伤害的风险，而且重复性操作令人厌倦，导致用户体验不佳；还有的方式，是在不锈钢等基材上涂覆二氧化钛光触媒材料作为抗菌涂层，但在夜晚无光或弱光环境下，不能发挥功效；也有方式是利用空心多孔ZnO作为发泡材料的发泡助剂，依靠“大的比表面积供光的吸收和在粒子内部色折射以产生活性氧或者活性锌离子来抑制细菌的生成”，也属于光触媒领域的抗菌剂，同样存在无光环境下不能发挥功效的弊病；更有的方式，是通过在吸嘴表面包覆抗菌剂层及在吸嘴套内表面涂敷消毒剂，却存在抽吸时抗菌剂层或消毒剂层脱落的问题。
PCTG是目前电子雾化器吸嘴最常用的材料。PCTG是一种非结晶型共聚聚酯，PCTG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM)，全称为聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇酯。PCTG是由对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物，随着共聚物中CHDM的增加，熔点下降，玻璃化温度上升，结晶度下降，最后形成无定形聚合物，PCTG中CHDM的含量大于50％。
PCTG材料已经通过了美国FDA食品接触标准，可以应用于食品、医药、化妆品包装等领域。然而，PCTG电子雾化器吸嘴亲水亲油，表面容易滋生细菌病毒。开发具有抗菌抑毒的PCTG电子雾化器吸嘴，可提高电子雾化器具的卫生安全性。然而，PCTG材料100℃时就会软化，涂覆光触媒涂层时的高温处理过程会导致PCTG吸嘴变形，涂敷消毒剂时消毒剂涂层容易脱落。
银离子作为抗菌剂添加到其它材料中形成抗菌材料，已被广泛应用。对于PCTG材料来说，少量纳米银离子抗菌剂掺杂后，材料的抗菌效果并不明显，但如果在PCTG材料中掺杂大量纳米银离子抗菌剂，不仅增加物料成本，而且还会降低PCTG材料的机械性能，导致成品发脆易碎。
因此，开发出一种添加少量银离子抗菌剂就能达到高活性的具有自抗菌功能的PCTG吸嘴及电子雾化器，成为必要。
【发明内容】
本发明的发明目的是提供一种抗菌吸嘴，以达到保持吸嘴材料的机械性能同时具有高活性自抗菌功能的目的。
为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案：
提供一种抗菌吸嘴，由PCTG材料制成，所述PCTG材料含有下述重量份数的原料组分：
PCTG粒料 100份
纳米银离子抗菌剂 0.1～1.5份
其中，所述纳米银离子抗菌剂是改性疏油性纳米银离子抗菌剂；该纳米银离子抗菌剂可以以粉体或含粉体的母粒的形式提供。
进一步地，所述改性疏油性纳米银离子抗菌剂是由脂肪族全氟有机物改性的纳米银离子抗菌剂。
进一步地，所述脂肪族全氟有机物是全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基丙烯酸酯、或全氟十二烷基三氯硅烷。
进一步地，所述PCTG材料还含有重量份数为0.01～0.1份的着色剂；着色剂可以以色粉或色母的形式提供。
本发明还提供一种上述抗菌吸嘴的制备方法，包含以下步骤：
改性：取纳米银离子抗菌剂，均匀分散至有机溶剂中成为悬浮液，滴加脂肪族全氟有机物至悬浮液，浸渍10～15小时，蒸发去除溶剂并干燥，即得表面改性的疏油性纳米银离子抗菌剂；
混料：按100:[0.1～1.5]的重量份数比分别取干燥的PCTG粒料、表面改性的疏油性纳米银离子抗菌剂，均匀混合；
成型：将混合后的物料投入注塑机，以吸嘴模具按常规注塑工艺挤出成型，即制得抗菌吸嘴。
进一步地，所述脂肪族全氟有机物是全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基丙烯酸酯、或全氟十二烷基三氯硅烷
进一步地，所述有机溶剂是无水乙醇、异丙醇、丙酮、或乙二醇。
进一步地，所述脂肪族全氟有机物是全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基丙烯酸酯、或全氟十二烷基三氯硅烷。
进一步地，在混料步骤中还加入0.01～0.1重量份的着色剂；着色剂可以以色粉或色母的形式提供。
本发明更提供一种电子雾化装置，该电子雾化装置包含前述抗菌吸嘴。
本发明通过表面改性技术将纳米银离子抗菌剂中的含银化合物表面改性并修饰疏油基团，将少量改性后的纳米银离子抗菌剂均匀掺杂到PCTG材料中，然后共同注塑成为吸嘴。其机理是，PCTG材料内部的抗菌剂中含银化合物由于表面带有疏油基团而被PCTG及有机色粉或色母中的油性基团排斥，逐渐从PCTG材料中均匀掺杂的抗菌剂无机物载体表面脱离并通过微观分子运动不断由里向外迁移，并在PCTG表面富集，提高了PCTG材料表面的含银化合物浓度，即提高了吸嘴成品表面纳米银离子的有效浓度及抗菌活性；而失去了含银化合物的无机物载体因其体积比含银化合物庞大，不能随含银化合物向外迁移，仍均匀分布在PCTG材料内部。
本发明技术方案的优势在于：通过表面改性技术，使含银化合物后期能从被均匀掺杂到材料中的抗菌剂无机物载体表面脱离并向外迁移，用少量的纳米银离子抗菌剂掺杂到PCTG材料中并共同注塑成型后，就能使含银化合物逐渐向PCTG表面富集。对制得的吸嘴成品来说，在提高了PCTG的纳米银离子有效浓度及抗菌杀毒活性的同时，又不会影响到PCTG材料的机械性能与成品性能。
本发明提供的技术方案，通过将改性后的纳米银离子抗菌剂分散到PCTG颗粒原料中，再注塑制成具有抗菌抑毒功效的PCTG吸嘴，再应用于电子雾化器，以低成本、高活性的方式，有效地解决了现有技术中存在的电子雾化器卫生安全问题。同时，向PCTG颗粒原料中掺杂着色剂即制作出彩色的PCTG抗菌吸嘴，提高了产品的多样性与用户接受度。
【具体实施方式】
下面结合实施例、对比例及试验数据对本发明作进一步的描述。
对比例1(无银空白)
取干燥后的PCTG粒料与茶色色粉，按照质量比为100：0.05进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个不含抗菌剂的吸嘴样品，作为未添加纳米银抗菌剂的空白样品。
对比例2(市售含银未改性)
从市售购买白色粉体状纳米银离子抗菌剂粉体，该抗菌剂的含银化合物是硝酸银，载体是粒径为50-6000nm的磷酸锆，纳米银离子的质量百分含量为1％。将该纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、茶色色粉，按照质量比为0.1：100：0.01进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个茶色吸嘴样品。
对比例3(自制含银未改性)
自制磷酸锆为载体的纳米银离子抗菌剂粉体：将99克粒径为50-6000nm的磷酸锆分散到500毫升去离子水中，加入1.58克的固体硝酸银，磷酸锆与银离子的质量比为99:1，搅拌直至硝酸银溶解完全，利用旋转蒸发仪分离出水溶剂，使硝酸银均匀吸附到磷酸锆颗粒表面，取出后在60℃下干燥2小时，再放入马弗炉中在200℃烧结60分钟后研磨，使硝酸银固载到磷酸锆表面形成纳米银离子抗菌剂，该抗菌剂中银离子的质量百分含量为1％。将该自制纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、灰色色粉，按照质量比为0.8：100：0.05进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个无色吸嘴样品。
对比例4(自制含银未改性)
自制碳酸钙为载体的纳米银离子抗菌剂粉体：将99克粒径为20-8000nm的碳酸钙分散到500毫升去离子水中，加入1.58克的固体硝酸银，碳酸钙与银离子的质量比为99:1，搅拌直至硝酸银溶解完全，利用旋转蒸发仪分离出水溶剂，使硝酸银均匀吸附到碳酸钙颗粒表面，取出后在60℃下干燥2小时，再放入马弗炉中在200℃烧结60分钟后研磨，使硝酸银固载到碳酸钙表面形成纳米银离子抗菌剂，该抗菌剂中银离子的质量百分含量为1％。将该自制纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、粉色色粉，按照质量比为1.6：100：0.1进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个灰色吸嘴样品。
实施例1
取100克上述市售的磷酸锆为载体的纳米银离子抗菌剂粉体(含1克银离子)，在机械搅拌下均匀分散到1000毫升无水乙醇中形成悬浮液，然后加入4.34克全氟辛基三甲氧基硅烷作为疏油改性剂到上述的悬浮液中，疏油改性剂与抗菌剂粉体中银离子的摩尔数比例为1：1，浸渍12小时后利用旋转蒸发仪分离出无水乙醇，得到表面被改性的疏油性纳米银离子抗菌剂。取该疏油性纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、茶色色粉，按照质量比为0.1：100：0.01进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个茶色吸嘴样品。
实施例2
取100克上述自制的磷酸锆为载体的纳米银离子抗菌剂粉体(含1克银离子)，在机械搅拌下均匀分散到1000毫升异丙醇中形成悬浮液，然后加入4.80克全氟癸基丙烯酸酯作为疏油改性剂到上述的悬浮液中，疏油改性剂与抗菌剂粉体中银离子的摩尔数比例为1：1，浸渍12小时后利用旋转蒸发仪分离出无水乙醇，得到表面被改性的疏油性纳米银离子抗菌剂。取该疏油性纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、灰色色粉，按照质量比为0.8：100：0.05进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个无色吸嘴样品。
实施例3
取100克上述市售的碳酸钙为载体的纳米银离子抗菌剂粉体(含1克银离子)，在机械搅拌下均匀分散到1000毫升丙酮中形成悬浮液，然后加入5.38克全氟十二烷基三氯硅烷作为疏油改性剂到上述的悬浮液中，疏油改性剂与抗菌剂粉体中银离子的摩尔数比例为1：1，浸渍12小时后利用旋转蒸发仪分离出丙酮，得到表面被改性的疏油性纳米银离子抗菌剂。取该疏油性纳米银离子抗菌剂、干燥后的PCTG粒料、粉色色粉，按照质量比为1.5：100：0.1进行均匀混合，然后投料到注塑机中，借助吸嘴模具及常规注塑工艺，挤出若干个灰色吸嘴样品。
吸嘴机械性能评判方法
将吸嘴样品平放到机械压合机下部，逐渐施加压力挤压吸嘴，压扁吸嘴直至吸嘴原最大开口处的上下面碰触到一起，保持1分钟后撤去压力，人眼观察形变后的吸嘴。平行抽检8个吸嘴样品，吸嘴都无破损或都无裂缝时视为机械性能合格；8个平行样品中出现1个及1个以上破损或有裂缝时视为不合格；8个平行样品中出现1个及1个以上严重裂纹但没有裂缝时视为勉强合格。
抗菌性能评判方法
用注塑机制作完上述对比例1～4、实施例1～3的吸嘴样品后，再更换平面模具并分别用上述物料注塑出50mm×50mm×2mm的正方体PCTG抗菌材料薄片，依据国家标准GB-T31402-2015，《塑料表面抗菌性能试验方法》，在这七种PCTG材料薄片表面分别培养金黄色葡萄球菌ATCC6538、大肠杆菌8099、白色念珠菌ATCC10231，并分别对比24小时后上述样品表面的活性细菌数目，并依据中华人民共和国卫生行业标准WS/T 650-2019，《抗菌和抑菌效果评价方法》，对上述样品的抗菌性能进行评判，即抗菌率％＝(24h空白组平均活菌数-24h实验组平均活菌数)÷24h空白组平均活菌数×100％。因材料相同，在50mm×50mm×2mm的正方体PCTG材料薄片上的抗菌性能，可完全等同于吸嘴表面的抗菌性能。
抗菌性能试验结果见下列各表：
表1：抗菌吸嘴对金黄色葡萄球菌ATCC6538的抗菌率
表2：抗菌吸嘴对大肠杆菌8099的抗菌率
表3：白色念珠菌ATCC10231的抗菌率
从表1～3实验数据可见，首先，含有纳米银离子抗菌剂的PCTG吸嘴，相对不含抗菌剂的普通PCTG吸嘴，具有较强抗菌抑菌作用；其次，依照本发明方案，对纳米银离子抗菌剂预先实施疏油化改性后再掺杂到PCTG吸嘴时，在相同添加量的情况下，其抗菌性能明显优于未改性纳米银离子抗菌剂的PCTG吸嘴；再次，从表中数据也可以看出，如果继续提高未改性纳米银离子抗菌剂的掺杂比例，PCTG吸嘴也能获得较高的抗菌效果，但会导致吸嘴的机械性能不合格，致使产品发脆易碎；但在同等添加量下，本发明提供的改性纳米银离子抗菌剂掺杂到PCTG后，在明显提高抗菌性能的同时，仍能保持较好的机械性能。上述数据也证实了，在本发明中，在PCTG中掺杂少量超疏油改性银离子抗菌剂后，使吸嘴中的银离子能逐渐向表面迁移富集，提高了吸嘴表面的银离子浓度，不仅不影响吸嘴机械性能，而且能获得高活性的具有自抗菌功能的PCTG吸嘴及电子雾化器。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、代替和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种抗菌吸嘴，由PCTG材料制成，其特征在于，所述PCTG材料含有下述重量份数的原料组分：
PCTG粒料 100份
纳米银离子抗菌剂 0.1～1.5份
其中，所述纳米银离子抗菌剂是改性疏油性纳米银离子抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的抗菌吸嘴，其特征在于，所述改性疏油性纳米银离子抗菌剂是由脂肪族全氟有机物改性的纳米银离子抗菌剂。
3.根据权利要求2所述的抗菌吸嘴，其特征在于，所述脂肪族全氟有机物是全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基丙烯酸酯、或全氟十二烷基三氯硅烷。
4.根据权利要求1所述的抗菌吸嘴，其特征在于，所述PCTG材料还含有重量份数为0.01～0.1份的着色剂。
5.一种抗菌吸嘴的制备方法，包含以下步骤：
改性：取纳米银离子抗菌剂，均匀分散至有机溶剂中成为悬浮液，滴加脂肪族全氟有机物至悬浮液，浸渍10～15小时，蒸发去除溶剂并干燥，即得改性纳米银离子抗菌剂；
混料：按100:[0.1～1.5]的重量份数比分别取干燥的PCTG粒料、改性纳米银离子抗菌剂，均匀混合；
成型：将混合后的物料投入注塑机，以吸嘴模具按常规注塑工艺挤出成型，即制得抗菌吸嘴。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在混料步骤中还加入0.01～0.1重量份的着色剂。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂是无水乙醇、异丙醇、丙酮、或乙二醇。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪族全氟有机物是全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基丙烯酸酯、或全氟十二烷基三氯硅烷。
9.一种电子雾化装置，其特征在于，具有权利要求1～4任意一项所述的抗菌吸嘴。
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