发明内容
本发明的目的是提供可以充分提高抗菌性能和强度的无机抗菌剂、使用该抗菌剂的抗菌性树脂成型品及其制造方法。
本发明人等对上述课题进行了认真仔细地研究。结果发现不通过分散剂或润滑剂来提高基材树脂中无机抗菌剂的分散性,而是预先制造充分地抑制了无机抗菌剂颗粒在热可塑型树脂中的凝集和不均匀分布的无机抗菌剂,再将其混合到基材树脂中,这样可以控制基材树脂中无机抗菌剂的分散性,从而完成了本发明。
即本发明涉及无机抗菌剂,其含有热可塑型树脂和分散于该树脂中的无机抗菌颗粒,并且满足下述条件(1)~(3)中的任一个条件。
(1)形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%,所述形状系数SF2的定义如下式:
SF2=100L2/(4πA)
(式中,L表示用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的所述无机抗菌颗粒的平面图像的周长,A表示所述平面图像的面积);所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(SF2小于等于200的无机抗菌颗粒数)/(计算了SF2的全部无机抗菌颗粒数);
(2)粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒数)/(测定了粒径的全部无机抗菌颗粒数);
(3)用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(存在无机抗菌颗粒的区域数)/(对有无无机抗菌颗粒进行测定的总区域数)。
本发明将无机抗菌颗粒分散在热可塑型树脂中,这样在将无机抗菌剂分散到抗菌性树脂成型品的基材树脂中时,由于基材树脂与热可塑型树脂的相容性比基材树脂与无机抗菌颗粒的相容性高,所以提高了基材树脂中无机抗菌剂的分散性。而且,由于无机抗菌剂充分地防止了无机抗菌颗粒在热可塑型树脂中的凝集和分布不均,所以无机抗菌颗粒可以均匀地分散于基材树脂中。因此,充分提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度。另外,采用本发明无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。另外,在无机抗菌剂中全部无机抗菌颗粒呈均匀分散,所以在制造抗菌性树脂成型品时不添加分散剂或润滑剂也不会对基材树脂的物理性质或品质产生不良影响。
另外,本发明还涉及抗菌性树脂成型品的制造方法,该方法包括将无机抗菌剂分散到基材树脂中的工序,所述无机抗菌剂含有热可塑型树脂和分散于该热可塑型树脂中的无机抗菌颗粒,并且满足下述条件(1)~(3)中的任一个条件。
(1)形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%,所述形状系数SF2的定义如下式:
SF2=100L2/(4πA)
(式中,L表示用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的所述无机抗菌颗粒的平面图像的周长,A表示所述平面图像的面积);所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(SF2小于等于200的无机抗菌颗粒数)/(计算了SF2的全部无机抗菌颗粒数);
(2)粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒数)/(测定了粒径的全部无机抗菌颗粒数);
(3)用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(存在无机抗菌颗粒的区域数)/(对有无无机抗菌颗粒进行测定的总区域数)。
该制造方法将充分地防止了无机抗菌颗粒在热可塑型树脂中的凝集和分布不均的无机抗菌剂分散在基材树脂中,所以可以防止抗菌性树脂成型品中无机抗菌剂的凝集和分布不均、充分防止无机抗菌颗粒的凝集和分布不均。因此充分地提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度。另外,采用该制造方法无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。另外,在无机抗菌剂中全部无机抗菌颗粒呈均匀分散,所以在制造抗菌性树脂成型品时不添加分散剂或润滑剂也不会对基材树脂的物理性质或品质产生不良影响。
另外,本发明还涉及抗菌性树脂成型品,其中,在基材树脂中分散有无机抗菌剂,所述无机抗菌剂含有热可塑型树脂和分散于该热可塑型树脂中的无机抗菌颗粒,并且满足下述条件(1)~(3)中的任一个条件。
(1)形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%,所述形状系数SF2的定义如下式:
SF2=100L2/(4πA)
(式中,L表示用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的所述无机抗菌颗粒的平面图像的周长,A表示所述平面图像的面积);所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(SF2小于等于200的无机抗菌颗粒数)/(计算了SF2的全部无机抗菌颗粒数);
(2)粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒数)/(测定了粒径的全部无机抗菌颗粒数);
(3)用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的区域的存在比例大于等于70%,所述存在比例通过下式计算:
存在比例(%)=100×(存在无机抗菌颗粒的区域数)/(对有无无机抗菌颗粒进行测定的总区域数)。
该抗菌性树脂成型品中,无机抗菌颗粒分散在与基材树脂相容性好的热可塑型树脂中,所以基材树脂中无机抗菌剂的分散性好。并且,由于无机抗菌剂中充分地防止了无机抗菌颗粒在热可塑型树脂中的凝集或分布不均,所以无机抗菌颗粒可以均匀地分散于基材树脂中。因此,充分地提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度,另外,采用本发明无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。
另外,在所述无机抗菌剂和抗菌性树脂成型品的发明中,“无机抗菌颗粒的存在比例”是指使用透射型电子显微镜观察无机抗菌剂时的图像中无机抗菌颗粒的存在比例,“无机抗菌颗粒”不仅是1个无机抗菌颗粒,也包括多个无机抗菌颗粒凝集在一起形成的凝集颗粒。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行详细说明。
如图1所示,本发明的无机抗菌剂10是含有热可塑型树脂1和分散于该树脂1的无机抗菌颗粒2、并且满足下述条件(1)~(3)中的任一个条件的无机抗菌剂。
(1)形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%;
(2)粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%;
(3)以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%。
下面对所述各条件(1)~(3)进行说明。
如上所述,所述条件(1)是形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%。
所述形状系数SF2的定义如下式:
SF2=100L2/(4πA);
在使用如图2所示的观察系统20的透射型电子显微镜3观察无机抗菌剂的随机切片4时可以确认无机抗菌颗粒2。具体地说,无机抗菌颗粒2由CCD相机5通过图像解析装置7在监视器6上以平面图像的形式映出。
所述式中L表示用透射型电子显微镜确定的无机抗菌颗粒2的平面图像8的周长,A表示无机抗菌颗粒2的平面图像8的面积(参考图3)。
多个无机抗菌颗粒凝集形成的凝集颗粒一般与单个的无机抗菌颗粒的形状不同,是几个无机抗菌颗粒组合后的复杂形状,与同样面积的圆形颗粒以及同样面积的单一颗粒相比,凝集颗粒的平面图像的周长大。颗粒的平面图像为正圆的情况下,SF2为100,通过粉碎制造的单一颗粒的SF2通常小于等于150。因此SF2超过200的颗粒是凝集颗粒的可能性大,如果存在的凝集颗粒超过20%的话,则发挥的功能不能对应于无机抗菌颗粒的添加量。即抗菌性能和强度显著降低。并且不得不添加更多量的无机抗菌颗粒,从而增加制造费用。而且因无机抗菌颗粒的凝集而引起抗菌性树脂成型品的变质等,另外,对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗增大。因此,必需保证SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%,优选大于等于90%。所述存在比例大于等于90%时,可以进一步提高抗菌性能和强度,同时可以进一步降低制造费用。另外,这样使因无机抗菌颗粒的凝集而引起的抗菌性树脂成型品的变质等变得困难,并且进一步减少了对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。
其中,如上所述,无机抗菌颗粒是通过使用透射型电子显微镜观察无机抗菌剂的随机切片而确定的,无机抗菌颗粒平面图像的周长L和面积A是通过图像解析装置(Nireco公司生产的LUZEX III)进行图像解析测定的。
形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例的计算如下。分别算出透射型电子显微镜的图像中各无机抗菌颗粒的形状系数SF2,然后通过下式计算:
SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例(%)=100×(SF2小于等于200的无机抗菌颗粒数)/(计算了SF2的全部无机抗菌颗粒数)。该存在比例可以通过上述图像解析装置算出。另外,测定的无机抗菌颗粒数至少为500个,为了得到稳定的测定值,优选测定的无机抗菌颗粒数大于等于1000个。
本发明的无机抗菌剂优选SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%且SF2为100~150的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于60%。SF2为100~150的无机抗菌颗粒很少是凝集的颗粒,可以有效地发挥抗菌功能,所述无机抗菌颗粒的存在比例小于60%时,不能有效发挥抗菌功能,制造费用也有增加的趋势。另外,SF2为100~150的无机抗菌颗粒的存在比例优选大于等于70%,较优选大于等于80%。
另外,如上所述,所述条件(2)为粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%。
其中,是否存在粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒是通过使用透射型电子显微镜观察无机抗菌剂的随机切片确定的。无机抗菌颗粒的粒径是指无机抗菌颗粒的最长径。该最长径可以通过图像解析装置(Nireco公司生产的LUZEX III)进行图像解析算出。另外,粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例通过下式计算:
粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例(%)=100×(粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒数)/(测定了粒径的全部无机抗菌颗粒数)。为了提高存在比例的分析准确度,测定粒径的无机抗菌颗粒的个数至少为500个,优选大于等于1000个。测定粒径的无机抗菌颗粒的个数小于500个的情况下,有的无机抗菌颗粒只表现出无机抗菌剂的部分状态,导致解析的置信度下降。
如果大于等于2μm的粒径的无机抗菌颗粒的存在比例大于1%的活,将无机抗菌剂分散在抗菌性树脂成型品的基材树脂时,无机抗菌颗粒在基材树脂中凝集或者分布不均,降低了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度。并且,不得不添加更多量的无机抗菌颗粒,从而增加了制造费用。而且因无机抗菌颗粒的凝集而引起抗菌性树脂成型品的变质等,另外,对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗增大。
另外,对于无机抗菌剂,优选其粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%且形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%。所述存在比例小于80%的情况下,存在抗菌性能和强度低、增加制造费用的倾向。
另外,如上所述,所述条件(3)是用透射型电子显微镜观察所述无机抗菌剂的切片时确定的以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%。以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例可以通过图像解析装置(Nireco公司生产的LUZEX III)进行图像解析而算出。具体地说,如图4那样,在图像上设定多个1μm2的区域9,测定各区域9中是否存在无机抗菌颗粒,并通过下式计算出存在比例:
以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例(%)=100×(存在无机抗菌颗粒的区域数)/(对有无无机抗菌颗粒进行测定的总区域数)。在无机抗菌颗粒的存在比例小于70%的情况下,将无机抗菌剂添加到抗菌性树脂成型品时,不能充分发挥抗菌功能,而且为了发挥抗菌功能必须增加向基材树脂中的添加量,增加了制造费用。另外,如果使用无机抗菌颗粒的存在比例小于70%的无机抗菌剂,则会因无机抗菌颗粒的凝集而引起抗菌性树脂成型品的变质,增大对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。优选以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%,较优选大于等于90%。测定的区域数至少为500,优选大于等于1000。
另外,本发明的无机抗菌剂优选以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%且形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%。所述存在比例小于80%的情况下,抗菌性能和强度低,存在增加制造费用的倾向。还存在因无机抗菌颗粒的凝集而引起抗菌性树脂成型品的变质,或增大对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗的趋势。
所述无机抗菌剂优选以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%,粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例小于等于1%,并且形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于80%。此时,不会引起无机抗菌颗粒的凝集,也不存在极大的颗粒。因此,可以在不引起对制造装置的磨耗、不降低抗菌性树脂成型品的强度和物理性质的同时有效地发挥抗菌功能。并且,因为该无机抗菌剂中以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例大于等于70%,所以无机抗菌颗粒并没有分布不均,而是具有均匀的分散性。因此,可以连续稳定地制造具有同等抗菌功能的树脂制品等。
所述无机抗菌剂的无机抗菌颗粒的平均体积粒径优选为0.05~0.5μm。平均体积粒径小于0.05μm时,粒径过小,会因无机抗菌颗粒的飞扬而导致难以进行操作。另一方面,平均体积粒径大于0.5μm时,单位重量的载体的表面积减小,所以,无机抗菌颗粒可以载负的抗菌性金属的量变少,不得不增加添加量,以至影响了树脂的物理性质等。
无机抗菌颗粒优选如图5所示那样由具有抗菌性的金属(以下称作抗菌性金属)11和无机类载体12构成,但不限于这样的结构,也可以由具有抗菌性的金属单体构成。并且,与使用抗菌性金属11或其化合物时相比,由抗菌性金属11和无机类载体12构成无机抗菌颗粒2时,其溶出的金属显著减少,从而具有可以维持抗菌功能、安全性高、以及不易因日光等而产生变色的优点。
作为所述抗菌性金属11,可以举出的代表例有银、铜、锌、金、白金或镍等。这些金属可以只使用1种,也可以混合2种或2种以上使用。
使用所述抗菌性金属11时,对于无机类单体12没有特别的限制,可以举出氧化铝、二氧化硅、沸石、磷酸盐类化合物、碳酸钙、硅酸钙、皂土、二氧化钛中至少1种的陶瓷。这些陶瓷的优点是对人体安全,并且固定金属和/或金属离子的效果优异。
所述抗菌性金属11中,如果考虑维持高抗菌性同时考虑生产性以及制造成本的话,最优选使用银、铜、锌。这些抗菌性金属11可以单独使用,也可以多种混合后使用。另一方面,所述无机类载体12中,磷酸盐类化合物的离子交换性能好,并且所载负的抗菌性金属11的溶出量少,所以较优选使用磷酸盐类化合物。
作为所述磷酸盐类化合物的具体例子,可以举出选自由磷酸钙(Ca3(PO4)2)、磷酸氢钙(CaHPO4)、羟磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)、焦磷酸氢钙(CaH2P2O7)、焦磷酸钙(Ca2P2O7)等磷酸钙类化合物;Ti(HPO4)2等磷酸钛类化合物;Zr(HPO4)2等磷酸锆类化合物;Mg8(PO4)2等磷酸镁类化合物;AlPO4等磷酸铝类化合物;Mn3(PO4)2等磷酸锰类化合物以及Fe8(PO4)2等磷酸铁类化合物组成的组中的至少1种化合物。以这些磷酸盐类化合物作为载体的无机抗菌剂2的特点是金属离子的溶出(脱离)少,抗菌效果的持久性较高。
另外,磷酸钙类化合物与人体的亲和性(生物亲和性)好,并且抗菌持久性高、安全性优异,所以所述磷酸盐类化合物中最优选使用磷酸钙类化合物。作为磷酸钙类化合物,除上述物质以外,还可以是Ca10(PO4)6X2(X=F、Cl)等卤代磷灰石和非定比性磷灰石Ca10-z(HPO4)y(PO4)6-yX2-y·zH2O(X=OH、F、Cl;y,z为不定比量)。
本发明的无机抗菌剂中,作为所述载体的化合物优选以磷酸盐类化合物特别是磷酸钙类化合物作为载体,该载体中优选载负从所述抗菌性金属特别是银和锌中选出的至少1种抗菌性金属。
通过常规方法将所述抗菌性金属11载负于无机类载体12上,从而可以得到无机抗菌颗粒2。所谓常规方法包括物理吸附、化学吸附、离子交换、蒸镀和形成表面薄膜、机械载负方法等。
无机抗菌剂中所含有的无机抗菌颗粒2的含量只要可以提供所需的抗菌性能,则没有特别的限制,优选为10重量%~60重量%。无机抗菌颗粒2的含量小于10重量%时,为了发挥必要的抗菌功能就要增加基材树脂中无机抗菌剂的添加量,存在抗菌性树脂成型品的制造费用增加的倾向。另外,无机抗菌颗粒的含量大于60重量%时,容易引起无机抗菌颗粒凝集,并且制造无机抗菌剂时存在捏合变难的趋势。
对于本发明的无机抗菌剂所含有的热可塑型树脂没有特别的限制,作为所述热可塑型树脂的例子,可以举出聚酯、聚酰胺、环氧树脂、硅氧烷树脂、含氟树脂、聚苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、烯烃类树脂或由这些树脂衍生的树脂等。如果考虑无机抗菌颗粒添加时的难度、无机抗菌颗粒的分散性、通用性的话,其中特别优选聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、烯烃类树脂。这些树脂可以单独使用,或者组合2种或2种以上使用。
作为聚酯的具体例子,可以举出聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚(乙二醇对苯二甲酸酯/间苯二甲酸酯)、聚(乙二醇/环己烷二甲醇/对苯二甲酸酯)、聚碳酸酯和多芳基化合物等。
作为聚酰胺的具体例子,可以举出尼龙4、尼龙6、尼龙12、尼龙66、尼龙610等。
作为聚苯乙烯类树脂的具体例子,可以举出聚苯乙烯、聚氯苯乙烯等。
作为丙烯酸类树脂的具体例子,可以举出聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸十二烷基酯、聚丙烯酸辛酯、聚丙烯酸苯酯等;作为甲基丙烯酸类树脂的具体例子,可以举出聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸十二烷基酯等。
作为烯烃类树脂的具体例子,可以举出聚乙烯、聚丙烯等。
根据需要,在不影响本发明的无机抗菌剂的范围内,本发明的无机抗菌剂中可以添加1种或多种组合的添加剂。例如阻燃剂、阻燃助剂、防腐剂、防霉剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、脱模剂、增塑剂、表面活性剂、着色剂(颜料、染料)、分散剂、润滑剂、分散助剂、填充剂、胶粘剂、防静电剂等。但一般用于提高树脂和无机抗菌颗粒的相容性而通用的润滑剂、分散剂、分散助剂等不一定是必需的。
在考虑了热可塑型树脂和无机抗菌颗粒的特性的基础上,本发明的无机抗菌剂可通过控制各种参数的熔融捏合粉碎法进行制造。即,本发明的无机抗菌剂可通过包括下述工序的方法进行制造。所述工序包括将热可塑型树脂和无机抗菌颗粒熔融捏合的熔融捏合工序;将该熔融捏合工序得到的混合物粉碎的粉碎工序。
对于本发明的无机抗菌剂中使用的热可塑型树脂和无机抗菌颗粒没有特殊的限定,可以基于与粉碎的难易程度相关的玻璃化转化温度、软化温度、熔点;与基材颗粒(构成纤维或成型品的基材颗粒)的相容性相关的酸值、羟值、官能团、溶解速度、作为物理特性的粒径、粒度分布等进行选择。例如,热可塑型树脂的酸值小时,容易导致无机抗菌剂的分散性变差,而酸值大时,容易引起着色的问题以及与基材树脂的相容性变差,所以在这样的情况下,必需将搅拌或捏合装置最佳化或适宜地选择无机抗菌颗粒,以提高无机抗菌颗粒的分散性。
在所述熔融捏合工序,通过公知的方法将热可塑型树脂和无机抗菌颗粒在熔融状态进行捏合。其中,为了提高热可塑型树脂中无机抗菌颗粒的分散性,优选通过单轴或多轴挤出机进行捏合。此时,捏合机的捏合螺旋区段数、滚筒温度、捏合速度对制造的无机抗菌剂的物理性质有很大的影响,所以必需将它们都设定成适宜的值,并进行控制。例如,需要控制装置来将树脂温度控制在适宜温度,以与热可塑型树脂的物理性质相适应,另外,为了得到充分的捏合状态,必需综合决定捏合螺旋区段数和滚筒设定温度等。对于捏合机螺旋区段数,使用2段螺旋等多段螺旋可以得到比使用1段螺旋更理想的可靠的捏合状态。滚筒的设定温度根据树脂的软化温度而定,通常优选将其设定在比软化温度低20至比软化温度高100℃的范围。小于该范围的下限时,不能进行充分的捏合分散,容易引起凝集,而高于所述范围的上限时,难以在树脂上施加捏合所必需的压力或力,不仅不能充分分散,而且捏合后的冷却也变得困难。
在所述粉碎工序中,将在所述熔融捏合工序熔融捏合的混合物充分冷却后,利用公知的方法如球磨机、混砂机、锤扎机等的机械粉碎方法、气流式粉碎方法等进行粉碎。常规方法不能充分冷却时,可以采用冷却或冷冻粉碎法。对此,也需要选择与作为无机抗菌剂的被粉碎物的物理性质相适合的冷却方法和粉碎方法,同时必需使冷却温度、粉碎压力、粉碎温度、气流速度等最佳化。
另外,在制造本发明的无机抗菌剂时,优选在进行所述熔融捏合工序前进行搅拌混合热可塑型树脂和无机抗菌颗粒的搅拌混合工序。如果没有搅拌混合工序,则容易因搅拌不充分而导致无机抗菌颗粒分布不均,具有容易发生凝集的倾向。此时,热可塑型树脂和无机抗菌颗粒的搅拌混合可通过亨舍尔混合机、高速混合机等进行。此时,必需适当选择搅拌机的容量、搅拌机叶片的旋转速度、搅拌时间等。下面举出75升的亨舍尔混合机的例子,对此优选搅拌机叶片的旋转速度大于等于500rpm(转/分钟)。旋转速度低于该值时,为了搅拌充分,必需进行长时间的搅拌,以至作业效率低。旋转速度的上限依赖于装置的性能、搅拌时间和树脂的特性。搅拌时间也依赖于搅拌装置的旋转速度,优选搅拌时间为15秒到15分钟。搅拌时间过短,则容易因搅拌不充分而引起抗菌颗粒的分布不均,也容易发生凝集。而搅拌时间超过15分钟,不仅不会提高效果,而且还会引起再分离,以至效果降低。另外,会引起温度上升导致凝集。
下面,对本发明的抗菌性树脂成型品的制造方法进行说明。
如图6所示,通过本发明的制造方法得到的抗菌性树脂成型品13含有满足上述条件(1)~(3)中的任一个条件的无机抗菌剂10和使该无机抗菌剂10分散的基材树脂14。该抗菌剂10充分防止了无机抗菌颗粒2在热可塑型树脂2中的凝集或分布不均,所以在抗菌性树脂成型品13中也充分防止了无机抗菌颗粒2的凝集或分布不均。因此,充分提高了抗菌性树脂成型品13的抗菌性能和强度。另外,无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。
对于所述基材树脂14没有特别的限制,根据用途对其进行选择。特别适合的树脂是热可塑型树脂,可以举出聚苯乙烯类树脂;甲基丙烯酸类树脂;聚乙烯、聚丙烯等烯烃类树脂;聚氯化乙烯类树脂;聚酰胺树脂;聚酯树脂;聚氨酯;聚碳酸酯;含氟树脂等。其中,特别优选的树脂是聚苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、烯烃类树脂。
作为聚苯乙烯类树脂的具体例子,可以举出聚苯乙烯、聚氯苯乙烯等。
作为丙烯酸类树脂的具体例子,可以举出聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸十二烷基酯、聚丙烯酸辛酯、聚丙烯酸苯酯等;作为甲基丙烯酸类树脂的具体例子,可以举出聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸十二烷基酯等。
作为烯烃类树脂的具体例子,可以举出聚乙烯、聚丙烯等。
成型品13中无机抗菌剂10的配料量依赖于无机抗菌剂10含有的无机抗菌颗粒2的量,成型品用基材树脂14中的无机抗菌颗粒2的浓度为0.01重量%~30重量%,优选为0.05重量%~20重量%。基材树脂14中的无机抗菌颗粒2的含量小于0.01重量%时,不能发挥抗菌性,而即使添加后无机抗菌颗粒2的含量超过30重量%,也不能提高抗菌性能。因此,为了以低的费用最大限度地发挥抗菌性能,优选所述浓度为0.01重量%~30重量%。
所述抗菌性树脂成型品可以通过含有下述工序的方法制造,所述工序为将热可塑型树脂和分散于所述热可塑型树脂中的无机抗菌剂10分散在基材树脂14中的工序,所述无机抗菌剂10含有无机抗菌颗粒并满足上述条件(1)~(3)中的任一个条件。该工序具体包括将基材树脂和无机抗菌剂熔融捏合得到混合物的捏合工序和将混合物进行成型的成型工序。
通过该制造方法,可以得到充分提高了抗菌性能和强度的抗菌性树脂成型品。另外,含有无机抗菌颗粒并充分防止了其凝集或分布不均的无机抗菌剂因为与基材树脂熔融在一起,所以无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,如果采用本制造方法,无机抗菌剂中全部的无机抗菌颗粒得到均匀分散,所以在制造抗菌性树脂成型品时,可以不添加分散剂或润滑剂,并且不会对基材树脂的物理性质或品质产生不良影响。另外,无机抗菌剂中,充分防止了无机抗菌颗粒的凝集或分布不均,对无机抗菌剂和基材树脂进行熔融捏合或进行成型时,可以充分防止发生堵塞过滤装置或者对熔融捏合装置或成型机中与基材树脂接触部分的磨耗。
另外,作为所述成型工序的成型方法,可以举出挤出成型,但不限于此,也可以采用注射成型或浇注成型、吹塑成型、真空成型等。
下面对作为所述抗菌性树脂成型品的一个实施方式的抗菌性纤维(纤维状抗菌性树脂成型品)的制造方法进行说明。
通过本发明的制造方法得到的抗菌性纤维含有满足所述条件(1)~(3)中的任一个条件的无机抗菌剂10和分散该无机抗菌剂10的基材树脂14。因为该无机抗菌剂10中充分防止了无机抗菌颗粒的凝集或分布不均,所以抗菌性纤维中无机抗菌颗粒的凝集或分布不均也得到的充分的预防。因此,充分提高了抗菌性纤维的抗菌性能和强度。另外,无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。
对于所述基材树脂14中添加所述无机抗菌剂10的情况,对所述基材树脂14没有特别的限制,可以举出尼龙6、尼龙66等聚酰胺;聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;丙烯腈;聚乙烯醇或这些聚合物的共聚物等的合成树脂,乙酸酯、普罗米克斯等半合成树脂,人造纤维、库普拉等再生树脂。
基材树脂14中无机抗菌剂10的配料量依赖于无机抗菌剂10中无机抗菌颗粒2的配料量,无机抗菌颗粒2相对于基材树脂14的配料比例为0.01重量%~20重量%,优选为0.01重量%~10重量%。可通过混合于纤维树脂的聚合物、聚合物颗粒或者纺丝原液等常规方法,添加无机抗菌剂10,进行混合、纤维化。纤维基材树脂中的无机抗菌颗粒的含量小于0.01重量%时,不能发挥抗菌性,而即使添加后无机抗菌颗粒的含量超过20重量%,也不能提高抗菌性能。因此,为了以低的费用最大限度地发挥抗菌性能,优选所述浓度为0.01重量%~20重量%。
所述抗菌性纤维具体可以通过包括下述工序的方法制造,所述工序为使基材树脂和无机抗菌剂熔融的熔融工序和将熔融工序得到的熔融物进行纺丝的纺丝工序。其中,作为无机抗菌剂使用满足所述条件(1)~(3)中的任一个条件的物质。
通过该制造方法,可以得到充分提高了抗菌性能和强度的抗菌性纤维。另外,含有无机抗菌颗粒并充分防止了其凝集或分布不均的无机抗菌剂因为与基材树脂熔融在一起,所以无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,如果采用本制造方法,无机抗菌剂中全部的无机抗菌颗粒得到均匀分散,所以在制造抗菌性纤维时,可以不添加分散剂或润滑剂,并且不会对基材树脂的物理性质或品质产生不良影响。另外,无机抗菌剂中,充分防止了无机抗菌颗粒的凝集或分布不均,对无机抗菌剂和基材树脂进行熔融捏合或进行成型时,可以充分防止发生堵塞过滤装置或者对熔融纺丝装置或成型机中与基材树脂接触部分的磨耗。
实施例
下面通过实施例和比较例对本发明的内容进行更具体地说明。
实施例1~3和实施例5~7
首先,通过以下的捏合粉碎法制造无机抗菌剂。
即首先使用重均分子量Mw=22000、玻璃化转化温度为65℃的芳香族聚酯(对苯二甲酸和双酚A聚氧乙烯2摩尔加成物的缩合物)作为热可塑型树脂,使用载负平均体积粒径D50=0.1μm的银的磷酸钙颗粒(SANGI公司生产的Apasida Z)作为无机抗菌颗粒,将这些物质投入到作为搅拌机的亨舍尔搅拌机(FM-75型,三井三池化工机公司制造)中,搅拌混合。此时,无机抗菌颗粒相对于聚酯的重量比以及搅拌机的设定条件(是否实施搅拌混合、搅拌机的旋转速度、搅拌时间)如图7所示。然后,用作为捏合机的Ekusutoruda(TEM48BS,东芝机械公司制造)将所述无机抗菌颗粒和聚酯的混合物熔融捏合,得到混合物,将该混合物冷却,然后用锤扎机进行粉碎。这样,得到无机抗菌剂。另外,熔融捏合时的捏合速度、捏合螺旋区段数和滚筒的设定温度为图7所示的值。
对这样制造的无机抗菌剂进行如下测定,测定形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例,形状系数SF2为100~150的无机抗菌颗粒的存在比例、粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例,以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例。
即,使用5000倍的透射型电子显微镜观察无机抗菌剂,观察的图像读入图像解析装置(LUZEX III,Nireco公司制造),用图像分析程序测定1000个无机抗菌颗粒的形状系数SF2,从而求得形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例。对于形状系数SF2为100~150的无机抗菌颗粒,也采用与上述同样的方法求得。
另外,使用3000倍的透射型电子显微镜观察无机抗菌剂,观察的图像读入图像解析装置(LUZEX III,Nireco公司制造),用图像分析程序测定1000个无机抗菌颗粒的最长径,从而求出粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例。
使用3000倍的透射型电子显微镜观察无机抗菌剂,观察的图像读入图像解析装置(LUZEX III,Nireco公司制造),用图像分析程序设定每1μm2为一个区域的区域数,对1000个区域进行测定,从而求出以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例。
然后,作为使用实施例1~7和比较例1的各个无机抗菌剂的抗菌性树脂成型品,在用作基材的树脂聚酯中添加2.5重量%的无机抗菌剂,通过熔融捏合挤出成型机制成抗菌树脂片。另外,在用于形成纤维的基材树脂聚对苯二甲酸乙二酯中,添加5重量%的无机抗菌剂,通过常规方法以1200米/分钟的卷取速度进行熔融纺丝,利用纺锤方式的拉伸假捻机得到抗菌性假捻加工纤维。
(1)抗菌性试验
对如上述那样制成的抗菌树脂片和抗菌性假捻加工纤维,实施下述的抗菌性试验。
①抗菌树脂片
基于经日本工业标准调查会审议制成的抗菌加工制品的抗菌性试验方法(JIS Z 2801),进行抗菌试验。首先,将树脂组合物的平板状成型体(厚2mm)切成50mm×50mm,用浸有乙醇的纱布擦拭成型体的表面,然后在23℃、60%的相对湿度的环境下放置24小时,作为抗菌力试片。在试片上接种0.5ml菌液,然后用45mm×45mm的聚乙烯薄膜密封,于37℃保存,用SCDLP培养基(日本制药公司生产)洗出保存开始时以及24小时后的存活菌。使用测定菌数用标准琼脂培养基(ニツスイ(株)生产),通过琼脂平面培养法(37℃,24小时)测定该洗出液的存活菌数,然后换算成相当于1片试片的存活菌数。结果示于图8。
使用大肠杆菌(ISO3301)作为试验菌。为了配制实验菌液,首先将5mg的肉汁、10mg的蛋白胨和5mg的氯化钠溶解在1升的蒸馏水中,配制普通肉汤培养基。然后,用蒸馏水进一步将所述肉汤培养基稀释500倍,将大肠杆菌悬浮于所述稀释后的溶液中,配制成每毫升的菌数为1×105个的实验菌液。
另外,为了检测抗菌性树脂片的抗菌性偏差,分别准备10种实施例1~7和比较例1的试片。通过相互比较各制造例中试片的抗菌试验结果,计算偏差。
即,抗菌性的偏差=log(存活菌数的最大值)-log(存活菌数的最小值)。根据所述抗菌性的偏差,对各制造例试片品质上的偏差进行如下评价。结果示于图8。
A:抗菌性的偏差≤0.5:品质上无偏差。
B:0.5<抗菌性的偏差≤1.0:品质上的偏差小。
C:1.0<抗菌性的偏差≤1.5:品质上有偏差。
D:1.5<抗菌性的偏差:品质上的偏差大。
②抗菌性假捻加工纤维
基于经日本工业标准调查会审议制造的纤维制品的抗菌性试验方法(JIS L 1902),进行抗菌试验。
即,在灭菌后的1/20浓度的营养肉汤中均匀接种下述试验菌浓度为1.3×105个/ml的0.4g样品,于37℃培养18小时。培养结束后,洗出试验菌,用该液体制作混释平板琼脂培养基,于37℃培养24~48小时,然后测定活菌数。结果示于图8。另外,使用金黄色葡萄球菌(Staphylococcueaureus ATCC 6538P)作为试验菌。
(2)纺丝断丝率
以1200米/分钟的卷取速度纺丝,以每106米长的纺丝纤维的断丝次数表示纺丝断丝率。结果示于图8。
实施例4
将无机抗菌颗粒换成平均体积粒径D50=2.0μm的物质(石塚塚玻璃株式会社生产,硼硅酸玻璃-银类抗菌剂,ION PURE),与实施例1同样地制造无机抗菌剂,其不同之处在于,是否用搅拌机实施搅拌混合、搅拌机叶片的旋转速度、搅拌时间、捏合速度、捏合螺旋区段数、滚筒设定温度为图7所示的值。然后,与实施例1同样地测定如下各项:形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例、形状系数SF2为100~150的无机抗菌颗粒的存在比例、粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例、以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例。结果示于图8。
另外,使用上述得到的无机抗菌剂,与实施例1同样地操作,得到抗菌性树脂成型品和抗菌性纤维。然后,与实施例1同样地操作,测定抗菌性能、抗菌性能的偏差和强度,并进行评价。结果示于图8。
比较例1
将无机抗菌颗粒换成平均体积粒径D50=2.0μm的物质(石塚玻璃株式会社生产,硼硅酸玻璃-银类抗菌剂,ION PURE),与实施例1同样地制造无机抗菌剂,其不同之处在于是否用搅拌机实施搅拌混合、搅拌机叶片的旋转速度、搅拌时间、捏合速度、捏合螺旋区段数、滚筒设定温度为图7所示的值。然后,与实施例1同样地测定如下各项:形状系数SF2小于等于200的无机抗菌颗粒的存在比例、形状系数SF2为100~150的无机抗菌颗粒的存在比例、粒径大于等于2μm的无机抗菌颗粒的存在比例、以1μm2的面积为单位的无机抗菌颗粒的存在比例。结果示于图8。
另外,使用上述得到的无机抗菌剂,与实施例1同样地操作,得到抗菌性树脂成型品和抗菌性纤维。然后,与实施例1同样地操作,测定抗菌性能、抗菌性能的偏差和强度,并进行评价。结果示于图8。
从上述实施例1~7和比较例1的结果可以看出,实施例1~7的抗菌性树脂成型品和抗菌性纤维的抗菌性能足够高,抗菌性能的偏差小,并且成型品的强度大,而比较例1的抗菌性能低、抗菌性能的偏差大并且成型品的强度小。
如上所述,本发明的无机抗菌剂中,无机抗菌颗粒分散于热可塑型树脂中,所以将无机抗菌剂分散于抗菌性树脂成型品的基材树脂中时,提高了无机抗菌剂在基材树脂中的分散性。并且,因为在无机抗菌剂中充分防止了无机抗菌颗粒在热可塑型树脂中的凝集和分布不均,所以无机抗菌颗粒可以均匀地分散于基材树脂中。因此,充分提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度,另外,采用本发明无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。
另外,通过本发明的抗菌性树脂成型品的制造方法,将充分防止了无机抗菌颗粒凝集或分布不均的无机抗菌剂分散于基材树脂中,所以充分防止了抗菌性树脂成型品中无机抗菌颗粒的凝集或分布不均。因此,充分提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度。
另外,对于本发明的抗菌性树脂成型品来说,因为无机抗菌颗粒分散在与基材树脂相容性好的热可塑型树脂中,所以提高了无机抗菌剂在基材树脂中的分散性。并且,因为在无机抗菌剂中,无机抗菌颗粒在热可塑型树脂中的凝集和分布不均得到了充分地预防,所以无机抗菌颗粒可以均匀地分散于基材树脂中。因此,充分提高了抗菌性树脂成型品的抗菌性能和强度。另外,无需为了发挥一定的抗菌功能而在基材树脂中添加不少于必要量的无机抗菌剂,从而可以节减制造费用。并且,可以抑制因无机抗菌颗粒的凝集导致的抗菌性树脂成型品的变质等,还可以减少对抗菌性树脂成型品的制造装置的磨耗。