CN114349138B - 一种阻垢抗菌材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻垢抗菌材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻垢抗菌材料及其制备方法，所述阻垢抗菌材料按重量百分比计，包括以下组分:75～85％的阻垢材料、5～10％的抗菌材料、5～20％的粘结剂；所述阻垢材料为聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐、羟基乙叉二膦酸盐、膦酰基丁烷三羧酸盐、膦酰基羧酸盐共聚物中的至少两种。本发明采用两种或多种阻垢材料的协同复配作用比单一阻垢材料具有更好的阻垢效果。将这种阻垢抗菌材料与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成具有净水作用的活性炭棒可以在复杂水质条件下应用，又能延长活性炭棒的使用寿命，与直接将阻垢材料与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成的具有净水作用的活性炭棒相比，其具有更好的阻垢抗菌效果。

Description

一种阻垢抗菌材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种阻垢抗菌材料及其制备方法。
背景技术
净水器滤芯是净水器的核心部分，活性炭是净水器滤芯的常用材料。活性炭在净水器中最常用到的有颗粒椰壳活性炭、烧结活性炭滤芯、后置活性炭。总的来说活性炭是用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成，它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附自来水中的各种物质，以达到脱色、除臭和去除化学污染以及挥发性有机物等目的。
复合烧结活性炭棒净水器的主要过滤介质为活性炭棒。活性炭棒通常由不同粒径的活性炭粉和粘接材料高温烧制而成。其特点由于活性炭粉的多孔结构(据估算，3~5克活性炭粉的比表面积相当于一个标准美式橄榄球场大小)，烧制之后的活性炭棒非常致密，对于自来水中的异味、气味、余氯和挥发性有机物等污染物具有很高的去除效率。由于复合烧结活性炭棒的优异性能，该类产品可以直接用于饮用、烹饪等过滤要求很高的场合，也可以用作超滤、反渗透等净水器最后一级改善过滤效果。
但是，随着自来水中的硬度越来越高，活性炭棒的表面容易形成水沟，致使活性炭棒堵塞，从而影响活性炭棒的使用限制及使用寿命。因此，开发一种具有足够性能强、阻垢寿命长、抗菌效果好的活性炭棒一直都是家用净水的热点。目前市面上的阻垢抗菌炭棒就是将阻垢材料、抗菌材料、粘结剂和活性炭直接混合烧结，但是，所制得的炭棒的抗菌性能和阻垢率并不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种阻垢抗菌材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种阻垢抗菌材料，按重量百分比计，包括以下组分: 75~85%的阻垢材料、5~10%的抗菌材料、5~20%的粘结剂；所述阻垢材料为聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐、羟基乙叉二膦酸盐、膦酰基丁烷三羧酸盐、膦酰基羧酸盐共聚物中的至少两种；所述抗菌材料为载氧化锌活性炭、载银活性炭、氧化锌包覆二氧化硅颗粒、二氧化钛包覆二氧化硅颗粒、氧化锌包覆海藻酸钙中的至少一种。
发明人通过研究发现，将两种及两种以上的阻垢材料与抗菌材料复合成阻垢抗菌材料，再与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成具有净水作用的活性炭棒比直接将阻垢材料与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成具有净水作用的活性炭棒具有更好的阻垢抗菌效果。而且，采用两种及两种以上的阻垢材料比使用单一一种阻垢材料效果更加，这是由于，阻垢剂的作用机理众多，如络合增溶、晶格畸变作用、凝聚与分散作用、再生自解脱膜假说、双电层作用机理。各种阻垢材料通过不同的阻垢方式可以协同起到阻垢作用。
优选地，所述粘结剂为明胶、甲基纤维素、PP、PVB、三仙胶、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶中的至少一种。本发明所选用的粘结剂优选食品类粘结剂，不会对水质造成二次污染，更适用于净水器使用。
优选地，所述阻垢抗菌材料，按重量百分比计，包括以下组分: 75~80%的阻垢材料、5~10%的抗菌材料、5~20%的粘结剂；所述阻垢材料为聚天冬氨酸镁、聚环氧琥珀酸钾、羟基乙叉二膦酸钙、羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钙、膦酰基丁烷三羧酸钾、膦酰基羧酸钙共聚物中的至少两种；所述抗菌材料为载氧化锌活性炭、载银活性炭、氧化锌包覆二氧化硅颗粒、二氧化钛包覆二氧化硅颗粒、氧化锌包覆海藻酸钙中的一种。
本发明还提供上述阻垢抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将阻垢材料粉碎至150~200目，将抗菌材料粉碎至100~150目；
（2）将粉碎后的阻垢材料和抗菌材料及粘结剂混合均匀，边搅拌边加入溶剂，混合均匀，然后进行造粒、烘干，即得所述阻垢抗菌材料。
发明人通过研究发现，采用上述制备方法，可以制得组分分散均匀、阻垢抗菌效果好的阻垢抗菌材料。
优选地，所述步骤（2）中，溶剂为乙醇或水，加入量为阻垢材料、抗菌材料及粘结剂总质量的30~35%。
优选地，所述步骤（2）中，造粒后的阻垢抗菌材料的粒径为0.6-1.5mm。采用此粒径范围，可以进一步提高材料的阻垢抗菌效果。
优选地，所述步骤（2）中，烘干温度为150~200℃。
本发明还提供上述阻垢抗菌材料的用途，具体方法为：将所述阻垢抗菌材料、抗菌材料、粘结剂和活性炭混合均匀，采用烧结法或螺杆挤出法制成具有净水作用的活性炭棒。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种阻垢抗菌材料及其制备方法。针对活性炭棒不能阻垢，也不能抗菌的问题，提供一种既可以抗菌又能阻垢的解决方案。同时，采用两种或多种阻垢材料的协同复配作用比单一阻垢材料具有更好的阻垢效果。将这种阻垢抗菌材料与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成具有净水作用的活性炭棒可以在复杂水质条件下应用，又能延长活性炭棒的使用寿命，与直接将阻垢材料与抗菌材料、粘结剂及活性炭粉制成的具有净水作用的活性炭棒相比，其具有更好的阻垢抗菌效果。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：15%的羟基乙叉二膦酸钠、60%的膦酰基丁烷三羧酸钠、10%的载氧化锌活性炭、15%的明胶。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠、载氧化锌活性炭和明胶，将羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目，将载氧化锌活性炭粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠与明胶混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在180℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、载氧化锌活性炭5kg、粘结剂聚氧乙烯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度可为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。
实施例2
作为本发明实施例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：14%的羟基乙叉二膦酸钙、28%的膦酰基羧酸钙共聚物、42%的膦酰基丁烷三羧酸钙、6%的载银活性炭、10%的甲基纤维素。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取羟基乙叉二膦酸钙、膦酰基羧酸钙共聚物、膦酰基丁烷三羧酸钙、载银活性炭和甲基纤维素，将羟基乙叉二膦酸钙、膦酰基羧酸钙共聚物、膦酰基丁烷三羧酸钙粉碎为180目，将载银活性炭粉碎为100目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钙、膦酰基羧酸钙共聚物、膦酰基丁烷三羧酸钙、载银活性炭与甲基纤维素混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在160℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、载银活性炭5kg、粘结剂聚氧乙烯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。或者，倒入模具内，置于烤箱内烧结成十寸炭棒，烧结温度为280℃。
实施例3
作为本发明实施例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：20%的聚环氧琥珀酸钾、60%的膦酰基丁烷三羧酸钾、10%的氧化锌包覆二氧化硅、10%的丙二醇藻蛋白酸酯。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取聚环氧琥珀酸钾、膦酰基丁烷三羧酸钾、氧化锌包覆二氧化硅和丙二醇藻蛋白酸酯，将聚环氧琥珀酸钾、膦酰基丁烷三羧酸钾粉碎为200目，将氧化锌包覆二氧化硅粉碎为150目。将粉碎后的聚环氧琥珀酸钾、膦酰基丁烷三羧酸钾、氧化锌包覆二氧化硅与丙二醇藻蛋白酸酯混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在180℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、氧化锌包覆二氧化硅5kg、粘结剂丙二醇藻蛋白酸酯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。或者，倒入模具内，置于烤箱内烧结成十寸炭棒，烧结温度为280℃。
实施例4
作为本发明实施例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：32%的聚天冬氨酸镁、48%的膦酰基羧酸镁共聚物、8%的氧化锌包覆海藻酸钙、12%的海藻胶。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取聚天冬氨酸镁、膦酰基羧酸镁共聚物、氧化锌包覆海藻酸钙和海藻胶，将聚天冬氨酸镁、膦酰基羧酸镁共聚物粉碎为200目，将氧化锌包覆海藻酸钙粉碎为140目。将粉碎后的聚天冬氨酸镁、膦酰基羧酸镁共聚物、氧化锌包覆海藻酸钙与海藻胶混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在160℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、氧化锌包覆海藻酸钙5kg、粘结剂海藻胶10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。或者，倒入模具内，置于烤箱内烧结成十寸炭棒，烧结温度为280℃。
对比例1
作为本发明对比例，本对比例与实施例1的唯一区别为：本对比例直接将阻垢材料羟基乙叉二膦酸钠和膦酰基丁烷三羧酸钠与抗菌材料、粘结剂及活性炭混合，挤出或烧结成具有净水作用的活性炭棒。具体为：直接将阻垢材料羟基乙叉二膦酸钠3kg、膦酰基丁烷三羧酸钠12kg、载氧化锌活性炭5kg、粘结剂聚氧乙烯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度可为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。
对比例2
作为本发明对比例，本对比例与实施例1的唯一区别为：本对比例的阻垢材料仅为羟基乙叉二膦酸钠，不含有膦酰基丁烷三羧酸钠。具体为：
作为本发明对比例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：75%的羟基乙叉二膦酸钠、10%的载氧化锌活性炭、15%的明胶。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取羟基乙叉二膦酸钠、载氧化锌活性炭和明胶，将羟基乙叉二膦酸钠粉碎为150目，将载氧化锌活性炭粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠与明胶混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在180℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、载氧化锌活性炭5kg、粘结剂聚氧乙烯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度可为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。
对比例3
作为本发明对比例，本对比例与实施例1的唯一区别为：本对比例的阻垢材料仅为膦酰基丁烷三羧酸钠，不含有羟基乙叉二膦酸钠。具体为：
作为本发明对比例的一种阻垢抗菌材料，按重量百分含量计，包括以下组分：75%的膦酰基丁烷三羧酸钠、10%的载氧化锌活性炭、15%的明胶。
上述阻垢抗菌材料按以下方法制成：按配方量称取膦酰基丁烷三羧酸钠、载氧化锌活性炭和明胶，将膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目，将载氧化锌活性炭粉碎为120目。将粉碎后的膦酰基丁烷三羧酸钠与明胶混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为0.6-1.5mm的颗粒，然后在180℃烘干，即得阻垢抗菌材料。
将上述阻垢抗菌材料15kg、载氧化锌活性炭5kg、粘结剂聚氧乙烯10kg及目数为120目的椰壳粉70kg，混合均匀，倒入单螺杆挤出机形成十寸炭棒，挤出温度可为195℃，制成具有净水作用的活性炭棒。
性能测试
对实施例1~4及对比例1~3所制得的阻垢抗菌活性炭棒进行性能测试，其中，菌落数是根据国标GB/T5750.12-2006生活饮用水标准检验方法微生物指标；金属离子的检测是根据国标GB/T5750.6-2006生活饮用水标准检验方法检测金属离子指标；流量指的是阻垢抗菌活性炭棒可以净化的水的流量，单位为升（L）；阻垢率是按照GB/T 16632-2008检测水处理剂的阻垢性能，测定碳酸钙的沉积率。测试结果如表1和表2所示：
表1
表2
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种阻垢抗菌材料的用途，其特征在于，将阻垢抗菌材料、抗菌材料、粘结剂和活性炭混合均匀，采用烧结法或螺杆挤出法制成具有净水作用的活性炭棒；
所述阻垢抗菌材料，按重量百分比计，包括以下组分: 75~85%的阻垢材料、5~10%的抗菌材料、5~20%的粘结剂；所述阻垢材料为羟基乙叉二膦酸盐和膦酰基丁烷三羧酸盐；所述抗菌材料为载氧化锌活性炭、载银活性炭、氧化锌包覆二氧化硅颗粒、氧化锌包覆海藻酸钙中的至少一种；
所述阻垢抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将阻垢材料粉碎至150~200目，将抗菌材料粉碎至100~150目；
（2）将粉碎后的阻垢材料和抗菌材料及粘结剂混合均匀，边搅拌边加入溶剂，混合均匀，然后进行造粒、烘干，即得所述阻垢抗菌材料；溶剂的加入量为阻垢材料、抗菌材料及粘结剂总质量的30~35%；造粒后的阻垢抗菌材料的粒径为0.6-1.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种阻垢抗菌材料的用途，其特征在于，所述阻垢抗菌材料中的粘结剂为明胶、甲基纤维素、PP、PVB、三仙胶、丙二醇藻蛋白酸酯、海藻胶中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种阻垢抗菌材料的用途，其特征在于，所述阻垢抗菌材料，按重量百分比计，包括以下组分: 75~80%的阻垢材料、5~10%的抗菌材料、5~20%的粘结剂；所述羟基乙叉二膦酸盐为羟基乙叉二膦酸钙、羟基乙叉二膦酸钠中的至少一种；膦酰基丁烷三羧酸盐为膦酰基丁烷三羧酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钙、膦酰基丁烷三羧酸钾中的至少一种；所述抗菌材料为载氧化锌活性炭、载银活性炭、氧化锌包覆二氧化硅颗粒、氧化锌包覆海藻酸钙中的一种。
4.根据权利要求1所述的阻垢抗菌材料的用途，其特征在于，所述步骤（2）中，溶剂为乙醇或水。
5.根据权利要求1所述的阻垢抗菌材料的用途，其特征在于，所述步骤（2）中，烘干温度为150~200℃。
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