CN116715956A - 一种抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及尼龙复合材料技术领域，具体地说，涉及一种抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用。其包括尼龙基体材料，抗菌剂，增强剂和植物材料；植物材料包括茶树精油、丁香油和桉树精油；本发明中，使用了银离子抗菌剂和植物材料，能够有效抑制细菌的生长和繁殖，从而提供更强的抗菌性能；这在毛刷等需要保持卫生和防止细菌传播的应用中具有重要意义；同时，在尼龙基体中引入了增强剂，纤维增强剂和颗粒增强剂，能够显著提高材料的机械强度和耐磨性，使得复合材料更加坚固耐用；这使得制造的毛刷具有更长的使用寿命和更好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及尼龙复合材料技术领域，具体地说，涉及一种抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用。
背景技术
目前，毛刷等日常用品在使用过程中容易滋生细菌，从而给人们的健康带来一定风险。为了解决这一问题，人们提出了使用抗菌材料制造毛刷的方法。然而，现有的抗菌材料存在一定的不足，制备方法也较为繁琐，主要存在两个技术问题：
（1）抗菌性较差。毛刷常常需要长时间接触大量粉尘和细菌等，容易存储细菌和其他微生物，传播细菌感染；因此，毛刷制造中需要使用抗菌材料来有效抑制菌斑和细菌滋生，提高产品的卫生质量。
（2）耐磨性不足。毛刷通常采用刷毛进行清洁，因此使用寿命较短，无法满足长期使用的需求；如果能够提高毛刷的耐磨性，可以大大延长使用寿命，降低成本并提高用户满意度。
因此需要提出一种新型的抗菌尼龙复合材料及其制备方法，以便于改善在毛刷中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种抗菌尼龙复合材料，包括以下原料：
尼龙基体材料，占总体积的50-90%；
抗菌剂，占总体积的1-5%；
增强剂，占总体积的5-40%；
植物材料，占总体积的1-5%；
所述植物材料包括茶树精油、丁香油和桉树精油，按重量比为1:1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述尼龙基体材料选自尼龙6、尼龙66和尼龙12中的一种。
作为本技术方案的进一步改进，所述抗菌剂采用银离子抗菌剂，纯度高于99%。
作为本技术方案的进一步改进，所述增强剂包括纤维增强剂和颗粒增强剂，按重量比为1:1。
作为本技术方案的进一步改进，所述纤维增强剂采用玻璃纤维和碳纤维中的至少一种。
作为本技术方案的进一步改进，所述颗粒增强剂采用硅灰石和金属颗粒中的至少一种。
作为本技术方案的进一步改进，所述植物材料的制备方法如下：
S1.1、取茶树枝叶、丁香和桉树枝叶清洗干燥后备用；
S1.2、将上述材料分别加入至三个研钵中，采用搅拌杆搅拌均匀，然后分别加入至浸提器中，均加入酒精进行浸提；
S1.3、浸提后的茶树浸提液、丁香浸提液和桉树浸提液进行筛选和离心，去除杂质，然后进行浓缩，最后将三者采用超声分散机搅拌均匀，即可制得。
另一方面，本发明提供了一种用于上述中任意一项所述的抗菌尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S2.1、将尼龙基体材料、抗菌剂和增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合；
S2.2、待上述混合物质均匀后，加入植物材料，再次进行混合形成成型料；
S2.3、采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料。
优选的，所述S2.3中，挤出机的挤出温度为220-250℃。
本发明制备的抗菌尼龙复合材料可在毛刷中应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用中，使用了银离子抗菌剂和植物材料，能够有效抑制细菌的生长和繁殖，从而提供更强的抗菌性能；这在毛刷等需要保持卫生和防止细菌传播的应用中具有重要意义；同时，在尼龙基体中引入了增强剂，纤维增强剂和颗粒增强剂，能够显著提高材料的机械强度和耐磨性，使得复合材料更加坚固耐用；这使得制造的毛刷具有更长的使用寿命和更好的性能。
2、该抗菌尼龙复合材料及其制备方法与在毛刷中的应用中，抗菌尼龙复合材料制成的毛刷还具有良好的低摩擦性能和耐磨损性能，能够有效降低毛刷在使用时的磨损程度和维护成本，同时具有更好的卫生性能，大大提高了毛刷的使用效率和服务寿命。
附图说明
图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种抗菌尼龙复合材料，包括以下原料：
尼龙基体材料，占总体积的50-90%；
抗菌剂，占总体积的1-5%；
增强剂，占总体积的5-40%；
植物材料，占总体积的1-5%。
尼龙基体材料选自尼龙6、尼龙66和尼龙12中的一种，具有强度高、耐腐蚀和抗震动的优点。
抗菌剂采用银离子抗菌剂，纯度高于99%，起到抑制生物降解、有效延长材料使用寿命的作用，银离子的抗菌机理通过破坏细胞壁，对细菌进行杀灭；银离子抗菌剂和尼龙基体之间发生静电吸引力作用，形成沉淀物，并将银离子吸附在尼龙基体材料的表面，从而形成抗菌性能。
增强剂包括纤维增强剂和颗粒增强剂，按重量比为1:1，其中：
纤维增强剂与尼龙基体材料产生复合作用，可以提高材料的强度和刚度；纤维增强剂采用玻璃纤维和碳纤维中的至少一种，直径控制在10um以下，长度在1-10mm之间；在硬化时，纤维增强剂和尼龙基体之间发生共价键反应，从而实现强度的提升；
颗粒增强剂与尼龙基体材料产生复合作用，可以增加材料的硬度和强度；颗粒增强剂采用硅灰石和金属颗粒中的至少一种；颗粒增强剂可以在尼龙基体材料之间起到填充物的作用，可能会在材料中形成新的化学键，并增强分子间的相互作用，从而提高材料的硬度、强度和韧度。
植物材料由多种植物材料混合制备而成，其中包括茶树精油、丁香油和桉树精油，按重量比为1:1:1，茶树精油纯度高于70%，丁香精油纯度高于85%，桉树精油纯度高于90%；植物材料由多种植物材料混合制成的材料，因此具有广谱的抗菌作用，能够有效杀灭多种细菌、真菌等微生物，进而达到良好的抗菌效果；茶树精油、丁香油、桉树精油含有的活性成分可以穿透细胞膜，破坏细胞壁，从而导致细胞死亡；同时，这些植物精油还具有良好的抗氧化性和抗坏死作用，可以保护材料免受自然氧化的影响，并减轻其他化学物质对材料的损害，此外，植物材料具有一定的香气，可以使材料在使用过程中散发出芬芳的气味，提高产品的附加值，满足消费者对于健康、环保等多方面需求的不断提高；植物材料的具体制备方法如下：
（1）取茶树枝叶、丁香和桉树枝叶清洗干燥后备用；
（2）将上述材料分别加入至三个研钵中，采用搅拌杆搅拌均匀，然后分别加入至浸提器中，均加入酒精进行浸提；
（3）浸提后的茶树浸提液、丁香浸提液和桉树浸提液进行筛选和离心，去除杂质，然后进行浓缩，最后将三者采用超声分散机搅拌均匀，即可制得。
在制备复合材料时，银离子抗菌剂还可以混入植物材料中，形成杀菌剂；通过银离子和植物成分之间的叠加作用，抗菌能力可进一步增强。
本发明与传统尼龙复合材料相比，本发明使用了银离子抗菌剂和植物材料，能够有效抑制细菌的生长和繁殖，从而提供更强的抗菌性能；这在毛刷等需要保持卫生和防止细菌传播的应用中具有重要意义；同时，在尼龙基体中引入了增强剂，纤维增强剂和颗粒增强剂，能够显著提高材料的机械强度和耐磨性，使得复合材料更加坚固耐用；这使得制造的毛刷具有更长的使用寿命和更好的性能；
同时，抗菌尼龙复合材料制成的毛刷还具有良好的低摩擦性能和耐磨损性能，能够有效降低毛刷在使用时的磨损程度和维护成本，同时具有更好的卫生性能，大大提高了毛刷的使用效率和服务寿命。
根据图1所示，本发明实施例还提供了一种抗菌尼龙复合材料的制备方法及制造毛刷的方法，具体步骤如下：
一、尼龙复合材料制备
（1）将尼龙基体材料、抗菌剂和增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间50-60s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为220-250℃。
二、毛刷制造
（1）将抗菌尼龙复合材料熔融纺丝制备毛刷生产用的刷丝材料；将抗菌尼龙复合材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，可提高刷丝抗拔力和减少飞毛损失，模温为45-60℃，线速度8-10m/min；
（2）将制备的刷丝材料（毛丝或毛束）输入全自动制刷设备，自动完成下料、成形、紧固、飞毛、定长裁断等操作，输出用户需要的高性能高精度毛刷。
本发明的制备方法相对简便，包括将尼龙基体与抗菌剂混合、熔融处理、加入增强剂、冷却固化等步骤。相较于其他复合材料制备方法，该方法操作简单，不需要复杂的设备和工艺，降低了制备成本并提高了生产效率。
根据不同的原料用量，通过以下具体的实施例来对本发明提供的抗菌尼龙复合材料进一步说明。
实施例1
（1）将占总体积50%的尼龙基体材料、5%的抗菌剂和5%的增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间50s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入占总体积5%的植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为220℃；
（4）挤出的材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，模温为45℃，线速度8m/min。
实施例2
（1）将占总体积70%的尼龙基体材料、3%的抗菌剂和25%的增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间55s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入占总体积2%的植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为230℃；
（4）挤出的材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，模温为55℃，线速度9m/min。
实施例3
（1）将占总体积90%的尼龙基体材料、1%的抗菌剂和5%的增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间60s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入占总体积4%的植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为250℃；
（4）挤出的材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，模温为60℃，线速度10m/min。
实施例4
（1）将占总体积60%的尼龙基体材料、2%的抗菌剂和35%的增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间55s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入占总体积3%的植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为230℃；
（4）挤出的材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，模温为50℃，线速度8m/min。
实施例5
（1）将占总体积80%的尼龙基体材料、4%的抗菌剂和15%的增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合，处理时间60s；
（2）待上述混合物质均匀后，加入占总体积1%的植物材料，再次进行混合形成成型料；
（3）采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料，挤出温度为240℃；
（4）挤出的材料放入注塑机熔融注入模具冷却成形制备部分植毛刷适用的毛束，模温为55℃，线速度10m/min。
表1 实施例1-5各原料用量
为了验证本发明实施例制备的尼龙复合材料具有较好的抗菌性和实用性，通过以下试验例来对本发明实施例提供的抗菌尼龙复合材料进行说明。
试验例1
本试验例将实施例1-5提供的尼龙复合材料和市售普通尼龙材料（对比例）进行抗菌性测试；
试验方法：
（1）制备测试菌株；选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行测试，分别从冻存菌中取出，通过液体培养进行扩增；
（2）制备测试样品；制作实施例1-5提供的尼龙复合材料和市售普通尼龙材料样品，样品规格为长200mm，宽20mm，厚2mm；
（3）将测试菌株分别接种在样品上，并将样品置于培养皿内，进行24小时培养，将培养好的菌落进行统计，计算抑菌效果，得出抑菌率；
具体检测指标见表2。
表2
根据表2所示，经过24小时的培养，实施例1-5提供的抗菌尼龙复合材料的抑菌效果非常明显，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99%以上，普通尼龙材料的抗菌率较低，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均仅为60%左右，而且经过长时间使用后易滋生细菌，有异味产生；相比之下，本发明提供的抗菌尼龙复合材料无异味、无菌斑的特性更能够满足各种应用需求。
试验例2
本试验例将实施例1-5提供的尼龙复合材料和市售普通尼龙材料（对比例）分别应用在毛刷上，然后进行对比测试；
试验方法：
（1）准备测试样品；将制作好的抗菌尼龙复合材料（实施例1-5）和市售普通尼龙材料（对比例）分别制作形成毛刷样品；
（2）使用寿命测试；将样品的毛刷用于刷洗厨卫用具，每天使用2小时，使用时间为1个月；在此期间，我们每周对毛刷清洗1次，并对两种毛刷进行抗菌测试，菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌；
具体检测指标见表3
表3
根据表3所示，实施例1-5提供的抗菌尼龙复合材料毛刷在测试后，仍具有良好的抗菌性能。而普通尼龙材料毛刷在使用时间和长时间使用后会产生很多菌斑，抑菌效果迅速降低。因此，使用本发明制备的抗菌尼龙复合材料制作毛刷，能有效降低日常细菌感染的可能性，保证家庭和公共场所的卫生和健康。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种抗菌尼龙复合材料，其特征在于，包括以下原料：
尼龙基体材料，占总体积的50-90%；
抗菌剂，占总体积的1-5%；
增强剂，占总体积的5-40%；
植物材料，占总体积的1-5%；
所述植物材料包括茶树精油、丁香油和桉树精油，按重量比为1:1:1；
所述尼龙基体材料选自尼龙6、尼龙66和尼龙12中的一种；
所述抗菌剂采用银离子抗菌剂，纯度高于99%；
所述增强剂包括纤维增强剂和颗粒增强剂，按重量比为1:1；
所述纤维增强剂采用玻璃纤维和碳纤维中的至少一种；
所述颗粒增强剂采用硅灰石和金属颗粒中的至少一种；
所述抗菌尼龙复合材料的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99%以上。
2.根据权利要求1所述的抗菌尼龙复合材料，其特征在于，所述植物材料的制备方法如下：
S1.1、取茶树枝叶、丁香和桉树枝叶清洗干燥后备用；
S1.2、将上述材料分别加入至三个研钵中，采用搅拌杆搅拌均匀，然后分别加入至浸提器中，均加入酒精进行浸提；
S1.3、浸提后的茶树浸提液、丁香浸提液和桉树浸提液进行筛选和离心，去除杂质，然后进行浓缩，最后将三者采用超声分散机搅拌均匀，即可制得。
3.一种用于权利要求1-2中任意一项所述的抗菌尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S2.1、将尼龙基体材料、抗菌剂和增强剂加入至高剪切混合器中，进行连续高效混合；
S2.2、待步骤S2.1混合均匀后，加入植物材料，再次进行混合形成成型料；
S2.3、采用挤出机将成型料挤出造粒，制得抗菌尼龙复合材料。
4.根据权利要求3所述的抗菌尼龙复合材料的制备方法，其特征在于：所述S2.3中，挤出机的挤出温度为220-250℃。
5.根据权利要求1-4所述的抗菌尼龙复合材料在毛刷中的应用。
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