TWI791415B - 高抗菌聚丙烯材料及其製備方法和應用 - Google Patents

高抗菌聚丙烯材料及其製備方法和應用 Download PDF

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Abstract

一種高抗菌聚丙烯材料及其製備方法和應用，涉及通用塑膠技術領域。本發明提供的聚丙烯材料，包括如下重量份數的組分：等規度大於90%的聚丙烯70-85份、低等規聚丙烯5-30份、複合抗菌劑1-2份和加工助劑2-5份，其中，所述複合抗菌劑為苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的複配物。本發明通過將苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸三者複配後作為複合抗菌劑，並在原料中引入一定比例的低等規聚丙烯，製備的聚丙烯材料對白色念珠菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌、金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌性能，抑菌率可達99%以上。本申請中未採用金屬抗菌劑，製備的聚丙烯材料中重金屬含量低於行業最低標準，極大地提升了聚丙烯材料的應用安全性。

Description

高抗菌聚丙烯材料及其製備方法和應用
本發明涉及通用塑膠技術領域，特別涉及一種高抗菌聚丙烯材料及其製備方法和應用。
口罩無紡布材料要求具備良好的抗菌殺菌性能。目前常用的抗菌劑包括無機抗菌劑、有機抗菌劑以及天然抗菌劑。其中，無機抗菌劑主要利用銀、銅、鋅等金屬釋放良好的殺菌性能，但是，該類抗菌劑中不可避免會採用金屬元素，當用於製備直接與人體呼吸器官接觸的口罩無紡布等產品時，金屬的存在會導致潛在的危害。而有機抗菌劑或天然抗菌劑中不含金屬元素，但其自身穩定性較差，在於聚丙烯混合，高溫擠出過程中，容易分解或失活，從而不能良好的發揮其自身所具有的抗菌性能，降低殺菌效率。
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的主要目的是提供一種無紡布用高抗菌聚丙烯材料及其製備方法。
為實現上述目的，第一方面，本發明提出了一種聚丙烯材料，包括如下重量份數的組分：等規度大於90%的聚丙烯70-85份、等規度為40-60%的低等規聚丙烯5-30份、複合抗菌劑1-2份和加工助劑2-5份，其中，所述複合抗菌劑為苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的複配物，，所 述低等規聚丙烯的熔點為70-90℃。
本發明技術方案中，一方面，將苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸三者複配後作為複合抗菌劑，其中，苯基甘氨酸具有良好的抗菌活性，特別是對大腸桿菌具有高效的殺菌作用。殼聚糖作為天然殺菌劑，具有良好的生物相容性、生物降解性、無毒副作用以及廣譜抗菌、抗病毒特性。將乙二胺四乙酸加入到苯基甘氨酸、殼聚糖中，乙二胺四乙酸可以使苯基甘氨酸、殼聚糖穩定的發揮抗菌抑菌功效。
另一方面，本申請通過在原料中引入一定比例的低等規聚丙烯，低等規聚丙烯的熔融溫度大約為80℃，遠低於普通聚丙烯(即等規度大於90%的聚丙烯)164-170℃的熔融溫度，在熔融共混過程中，低等規聚丙烯先包覆於抗菌劑表面，形成一層保護層，減少抗菌劑的接觸溫度，從而起到保護複合抗菌劑的作用，有效避免抗菌劑在高溫擠出過程中分解或失活。而當共混擠出後，冷卻過程中，由於低等規聚丙烯的結晶速率較低，在應力作用下抗菌劑重新分佈，複合抗菌劑在聚丙烯材料中進一步分散均勻。
通過上述技術方案，本發明製備的聚丙烯材料對白色念珠菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌、金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌性能，抑菌率可達99%以上。且本申請中未採用金屬抗菌劑，製備的聚丙烯材料中重金屬含量遠低於行業最低標準，極大地提升了聚丙烯材料在無紡布產品中的應用安全性，具有廣闊的應用前景。
作為本發明所述聚丙烯材料的優選實施方式，所述複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚 糖：乙二胺四乙酸=(1-3)：(1-2)：1。
發明人經過大量實驗發現，通過優選複合抗菌劑中苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸三種物質的重量比，可以使聚丙烯材料發揮更佳的抗菌效果。當複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚糖：乙二胺四乙酸=(1-3)：(1-2)：1時，對應製備的聚丙烯材料的抗菌性能遠高於在其他配比下製備的聚丙烯材料的抗菌性能。
作為本發明所述聚丙烯材料的優選實施方式，所述複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚糖：乙二胺四乙酸=2：1：1。
作為本發明所述聚丙烯材料的優選實施方式，所述低等規聚丙烯的熔體質量流動速率在230℃，2.16Kg負荷下的熔體質量流動速率為50-390g/10min。
發明人經過大量實驗發現，添加不同熔體質量流動速率的低等規聚丙烯後製備的聚丙烯材料的抗菌性能具有明顯地差異，當選擇熔體質量流動速率為50-390g/10min的低等規聚丙烯製備的聚丙烯材料的抗菌性能更佳。
作為本發明所述聚丙烯材料的優選實施方式，所述加工助劑包括相容劑、分散劑和潤滑劑中的至少一種。
作為本發明所述聚丙烯材料的優選實施方式，所述相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯；所述分散劑為聚乙烯蠟；所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂醯胺和芥酸醯胺中的至少一種。
第二方面，本發明還提出一種聚丙烯材料的製備方法，包括以下步驟：將等規度大於90%的聚丙烯、等規度為40-60%的低等規聚丙烯、複合抗菌劑和加工助劑按比例混勻後，先經過加熱使物料升溫至160℃密煉10-20min，然後經螺杆擠出機擠出造粒得到所述聚丙烯材料。
作為本發明所述聚丙烯材料的製備方法的優選實施方式，螺杆擠出機包括12個溫控區，溫控一區溫度為120-130℃，溫控二區溫度為160-190℃，溫控三區溫度為200-210℃，溫控四區溫度為210-220℃，溫控五區溫度為215-220℃，溫控六區至溫控十二區的溫度為180-200℃。
第三方面，本發明還提出一種聚丙烯材料在製備抗菌無紡布中的應用。所述抗菌無紡布為口罩專用抗菌無紡布。
相對于現有技術，本發明的有益效果為：
(1)本發明技術方案通過將苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸三者複配後作為複合抗菌劑，並在原料中引入一定比例的低等規聚丙烯，利用低等規聚丙烯熔融後包覆於抗菌劑表面，形成一層保護層，減少抗菌劑的接觸溫度，從而起到保護複合抗菌劑的作用；
(2)本發明製備的聚丙烯材料對白色念珠菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌、金黃色葡萄球菌具有良好的抑菌性能，抑菌率可達99%以上；
(3)本發明技術方案中未採用金屬抗菌劑，製備的聚丙烯材料中重金屬含量遠低於行業最低標準，極大地提升了聚丙烯材料在無紡布產品中的應用安全性，具有廣闊的應用前景。
為更好地說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將通過具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1-5、對比例1-4的原料組成情況如下表1所示。
實施例1-5、對比例1-4中所採用的低等規聚丙烯的熔點為80℃，在230℃，2.16Kg負荷下的熔體質量流動速率為50g/10min，牌號為L-MODU S901，購自日本出光。
實施例1-5、對比例1-4中聚丙烯材料的製備方法，包括以下步驟：將等規度大於90%的聚丙烯、等規度為40-60%的低等規聚丙烯、複合抗菌劑和加工助劑按比例混勻後，先經過加熱使物料升溫至160℃密煉10-20min，然後經螺杆擠出機擠出造粒得到所述聚丙烯複合材料，其中，螺杆擠出機包括12個溫控區，溫控一區溫度為120-130℃，溫控二區溫度為160-190℃，溫控三區溫度為200-210℃，溫控四區溫度為210-220℃，溫控五區溫度為215-220℃，溫控六區至溫控十二區的溫度為180-200℃。
表1. 實施例1-5、對比例1-4的原料組成情況(按重量份數計)
Figure 111133757-A0101-12-0006-1
根據EN 71-3：2019+A1：2021標準，對實施例1-5、對比例1-4製備的聚丙烯材料進行重金屬(Al、Sb、As、Ba、Cd、Cr、Co、Cu)含量檢測分析。檢測結果顯示，實施例1-5、對比例1-4製備的聚丙烯材料中上述金屬元素的含量遠低於規定的下限值。由此表明，本申請實施例1-5、對比例1-4製備的聚丙烯材料均符合標準要求。
按照JIS Z 2801：2021《抗菌加工製品-抗菌性試驗方法和抗菌效果的測定》檢測樣品對白色念珠菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯氏菌、金黃色葡萄球菌的抑菌率。實施例1-5、對比例1-4的抗菌性能測試結果如下表2所示。
表2. 實施例1-5、對比例1-4的性能檢測結果(抑菌率：%)
Figure 111133757-A0101-12-0007-2
由表1、2可知，實施例1-5製備的聚丙烯材料均具有良好的抗菌性能。與實施例4相比，對比例1中不添加苯基甘氨酸，對比例2中不添加殼聚糖，對比例3中不添加乙二胺四乙酸，對比例1-3製備的聚丙烯材料的抗菌性能大大降低，由此表明，組成複合抗菌劑的三種物質缺一不可。
與實施例4相比，對比例4中不添加低等規聚丙烯，對比例4製備的聚丙烯材料的抗菌性能大大降低。
以實施例4為參考依據，考察複合抗菌劑中各物質的比例對丙烯材料的抗菌性能的影響。原料組成情況如下表3所示。
表3. 實施例4、實施例6-10的原料組成情況(按重量份數計)
Figure 111133757-A0101-12-0007-3
根據EN 71-3：2019+A1：2021標準，對實施例4、實施例6-10 製備的聚丙烯材料進行重金屬(Al、Sb、As、Ba、Cd、Cr、Co、Cu)含量檢測分析。檢測結果顯示，實施例4、實施例6-10製備的聚丙烯材料中上述金屬元素的含量均符合標準要求。
實施例4、實施例6-10的抗菌性能測試結果如下表4所示。
表4. 實施例4、實施例6-10的抗菌性能檢測結果(抑菌率：%)
Figure 111133757-A0101-12-0008-4
由表3、4可知，實施例4、實施例6-10製備的聚丙烯材料的抗菌性能良好，其中，實施例8的複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚糖：乙二胺四乙酸=2：1：1，對應的聚丙烯材料對四種細菌的抑菌率最高，表明在該配比下，複合抗菌劑能發揮最佳的抗菌抑菌效果。實施例6、實施例10的複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比不在限定範圍內，其對應的聚丙烯材料雖然表現出一定的抗菌效果，但是不及實施例7、4、8-9製備的聚丙烯材料的抗菌效果。
實施例11
本實施例與實施例4的原料組成和製備方法基本相同，不同之處僅在於：本實施例採用的低等規聚丙烯在230℃，2.16Kg負荷下的熔體質量流動速率為390g/10min。
實施例12
本實施例與實施例4的原料組成和製備方法基本相同，不同之處僅在於：本實施例採用的低等規聚丙烯在230℃，2.16Kg負荷下的熔體質量流動速率為2600g/10min。
根據EN 71-3：2019+A1：2021標準，對實施例11-12製備的聚丙烯材料進行重金屬(Al、Sb、As、Ba、Cd、Cr、Co、Cu)含量檢測分析。 檢測結果顯示，實施例11-12製備的聚丙烯材料中上述金屬元素的含量遠低於規定的下限值，即本申請實施例11-12製備的聚丙烯材料均符合標準要求。
實施例11-12的抗菌性能測試結果如下表5所示。
表5. 實施例11-12的抗菌性能檢測結果(抑菌率：%)
Figure 111133757-A0101-12-0009-5
由表5可知，實施例12中採用熔體質量流動速率為2600g/10min的低等規聚丙烯，對應的聚丙烯材料的抗菌性能明顯低於實施例11製備的聚丙烯材料的抗菌性能，表明低等規聚丙烯的熔體質量流動速率過高會直接影響聚丙烯材料的抗菌性能。
最後所應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。

Claims (9)

  1. 一種聚丙烯材料，包括如下重量份數的組分：等規度大於90%的聚丙烯70-85份、等規度為40-60%的低等規聚丙烯5-30份、複合抗菌劑1-2份和加工助劑2-5份，其中，所述複合抗菌劑為苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的複配物，所述等規度大於90%的聚丙烯的熔融溫度為164-170℃，所述等規度為40-60%的低等規聚丙烯的熔融溫度80℃，所述聚丙烯材料的製備方法包括以下步驟：將等規度大於90%的聚丙烯、等規度為40-60%的低等規聚丙烯、複合抗菌劑和加工助劑按比例混勻後，先經過加熱使物料升溫至160℃密煉10-20min，然後經螺杆擠出機擠出造粒得到所述聚丙烯材料。
  2. 如請求項1所述之聚丙烯材料，其中，所述複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚糖：乙二胺四乙酸=(1-3)：(1-2)：1。
  3. 如請求項2所述之聚丙烯材料，其中，所述複合抗菌劑中的苯基甘氨酸、殼聚糖和乙二胺四乙酸的重量比為苯基甘氨酸：殼聚糖：乙二胺四乙酸=2：1：1。
  4. 如請求項1所述之聚丙烯材料，其中，所述低等規聚丙烯的熔體質量流動速率在230℃，2.16Kg負荷下的熔體質量流動速率為50-390g/10min。
  5. 如請求項1所述之聚丙烯材料，其中，所述加工助劑包括相容劑、分散劑和潤滑劑中的至少一種。
  6. 如請求項5所述之聚丙烯材料，其中，所述相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯；所述分散劑為聚乙烯蠟；所述潤滑劑為乙烯基雙硬脂醯胺和芥酸醯胺中的至少一種。
  7. 如請求項1所述之聚丙烯材料，其中，所述製備方法中，螺杆擠出機包括12個溫控區，溫控一區溫度為120-130℃，溫控二區溫度為160-190℃，溫控三區溫度為200-210℃，溫控四區溫度為210-220℃，溫控五區溫度為215-220℃，溫控六區至溫控十二區的溫度為180-200℃。
  8. 一種如請求項1至7任一項所述之聚丙烯材料在製備抗菌無紡布中的應用。
  9. 如請求項8所述之應用，其中，所述抗菌無紡布為口罩專用抗菌無紡布。
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