CN113956645A - 一种环保病毒采样管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及采样管的技术领域，具体公开了一种环保病毒采样管及其制备方法。环保病毒采样管，其包括以下重量份的原料：聚碳酸酯20‑40份、聚乙烯15‑30份、玉米淀粉10‑24份、松木纤维10‑24份、聚丁二酸丁二醇酯6‑12份、降解添加剂3‑8份、增塑剂2‑6份、固化剂2‑6份、乙醇20‑50份；其制备方法为：将聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维、乙醇混合，加热，搅匀，加压反应，得到混合物A；将聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯加入混合物A中，混匀得到混合物B；将其余原料加入混合物B中，混匀，加热注塑，冷却成型，制得病毒采样管。本申请的环保病毒采样管，通过原料之间的协同作用，具有可降解性的优点。
Description
技术领域
本申请涉及采样管技术领域，尤其是涉及一种环保病毒采样管及其制备方法。
背景技术
病毒采样管是微生物采样运送管中的一种，是用于流感病毒、手足口病毒等病毒采样的一种成套的采样及运送的离心管，又称标本运送管。病毒采样管还能够用于临床呼吸道细菌标本、临床肠道细菌标本、临床呼吸道及肠道病毒、衣原体、支原体、脲原体标本的采集、保存及运送。
随着社会经济的发展以及科学技术的进步，人们保护环境的意识越来越强，塑料废弃物所造成的白色污染问题也越来越受到重视。病毒采样管多是由聚乙烯等制成，使用完毕并对采样管清洗消毒后，会被作为医疗废物集中处理。然而，聚乙烯在自然状态下不易降解，不利于环境保护。
发明内容
为了增强病毒采样管的可降解性，本申请提供一种环保病毒采样管及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种环保病毒采样管，采用如下技术方案：
一种环保病毒采样管，其包括以下重量份的原料：聚碳酸酯20-40份、聚乙烯15-30份、玉米淀粉7.5-21份、松木纤维7.5-21份、聚丁二酸丁二醇酯6-12份、降解添加剂3.5-7.5份、增塑剂2-6份、固化剂2-6份、乙醇20-50份。
通过采用上述技术方案，本申请的环保病毒采样管，通过各原料之间的协同作用，增强了病毒采样管的可降解性、断裂强度和拉伸强度。其中，25d降解率为86.3-97.6％、150d降解率为90.4-99.8％、断裂强度为2.4-4.9N/mm2、拉伸强度为2.2-5.1N/mm2。
聚碳酸酯和聚乙烯为采样管的基础原料。聚碳酸酯不仅具有良好的机械强度、优良的耐冲击性和强度，而且还是可降解材料，利于对环境的保护。聚丁二酸丁二醇酯具有生物降解性能，且安全无毒，具有良好的生物相容性，应用到采样管的原料中，可以增强采样管的可降解性，利于保护环境。降解添加剂进一步的增加了采样管的降解速度，减少采样管的堆积，减少对环境的污染。
玉米淀粉来源广、成本低廉、热力学性能好等，且在自然界中能够完全降解为二氧化碳和水，利于对环境的保护。松木纤维为天然木材纤维，来源广泛，而且还具有良好的韧性和机械强度，也是可降解材料，不会对环境造成污染。聚乙烯的降解速度慢，但是采用乙醇作为溶剂，通过聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维之间反应，形成淀粉基聚乙烯，能够提高聚乙烯的降解速度，更利于对环境的保护。具体的，淀粉首先被微生物释放的酶分解，使采样管呈多孔状，比表面积增加，为酶解提供有利条件；采样管中的高聚合物可以和土壤或水中的金属盐反应，生成过氧化物，从而切断高分子长链，使高分子的分子量变小，当分子量减小到一定程度时，就能被细菌或酶分解，最后生成二氧化碳和水等小分子物质，更加环保。
作为优选：其包括以下重量份的原料：聚碳酸酯25-35份、聚乙烯20-25份、玉米淀粉9-14份、松木纤维9-14份、聚丁二酸丁二醇酯8-10份、降解添加剂5-6.6份、增塑剂3-5份、固化剂3-5份、乙醇28-45份。
通过采用上述技术方案，通过对聚碳酸酯、聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维、聚丁二酸丁二醇酯、降解添加剂、增塑剂、固化剂、乙醇的重量配比进行优化，更能够增强采样管的可降解性，利于保护环境。
作为优选：所述聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维的重量配比为1：(0.5-0.7)：(0.5-0.7)。
通过采用上述技术方案，玉米淀粉能够加强聚乙烯的可降解性，松木纤维能够加强聚乙烯的韧性，为了使病毒采样管具有较优的降解性和韧性，限定聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维在上述范围内。
作为优选：所述聚乙烯为采用甲壳素和聚乙烯醇对聚乙烯进行处理的改性聚乙烯。
进一步的，所述改性聚乙烯，采用以下方法制备：将5-8kg甲壳素、6-14kg聚乙烯醇混合，在90-145℃的温度下，搅拌40-50min，得到混合物，将12-18kg聚乙烯在90-110℃的温度下加热至熔融状态，向混合物中滴加熔融态的聚乙烯，在2.5-4h内滴加完毕，搅拌30-50min，再放在160-180℃的温度下静置1-2h，再降温至22±4℃，制得改性聚乙烯。
通过采用上述技术方案，甲壳素来源广泛，分子链上含有大量的羟基和氨基，具备较高的化学反应活性，还具有良好的生物相容性和可降解性。聚乙烯醇具有绿色、无毒、耐化学性等性质，而且是一种可降解材料。通过甲壳素和聚乙烯醇对聚乙烯进行改性，能够增强聚乙烯的耐水性能，同时，也能够提高聚乙烯的可降解性。
作为优选：所述聚丁二酸丁二醇酯为采用甘露醇和正己酸对聚丁二酸丁二醇酯进行处理的改性聚丁二酸丁二醇酯。
进一步的，本申请的聚丁二酸丁二醇酯通过如下方法改性得到：将2-4kg甘露醇和8-10kg正己酸进行混合，再加入2-5kg钛酸四丁酯，搅拌30-50min，搅拌的同时以0.6-0.8mL/min的速度通入氮气，在110-130℃的温度下回流6-8h，降温至22±4℃，加入30-40kg水进行萃取，然后在60-70MPa的压力、170-190℃的温度下减压蒸馏1-3h，得到甘露醇正己酸酯；将4-6kg聚丁二酸丁二醇酯放在70-90℃的温度下干燥20-28h，然后将甘露醇正己酸酯和干燥后的聚丁二酸丁二醇酯混合，在120-160℃的温度下熔融共混10-20min，制得改性聚丁二酸丁二醇酯。
通过采用上述技术方案，聚丁二酸丁二醇酯具有较优的生物相容性和生物可降解性，但是力学性能较差，尤其韧性较差。而甘露醇是一种无毒、生物可降解并且具有良好热稳定性的材料，也是增塑剂的一种。首先通过甘露醇与正己酸反应生成甘露醇正己酸酯，形成了一种环保型增塑剂，不会对环境造成污染，再与聚丁二酸丁二醇酯共混，提高了聚丁二酸丁二醇酯的力学性能，使其应用到采样管的原料中，在能够使采样管保持良好可降解性的同时，增强采样管的力学性能。
作为优选：所述降解添加剂包括过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌，且过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌的重量配比为1：(3-4)。
通过采用上述技术方案，过氧化二苯甲酰属热降解剂，硬脂酸锌属于光降解剂，通过过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌的复配，形成具有双重降解作用的降解剂，增加采样管的降解性。具体机理为在降解的过程中，当采样管受到日光、热、氧等影响，会引发过氧化甲酰的自氧化作用、硬脂酸锌的光氧化作用，产生能侵袭高聚合物分子结构的游离基和生成多种含氧产物，也能够导致高聚合物氧化断裂，使高聚合物分子量下降，形成小分子物质，从而被微生物分解消化，最终形成二氧化碳和水，利于对环境的保护。降解添加剂应用到采样管的原料中，并通过两者之间的协同作用，更增强了采样管的可降解性。
作为优选：所述降解添加剂的添加量为聚碳酸酯和聚乙烯总重量的10-12wt％。
降解添加剂的添加量过少，在使用完毕采样管后，不能很好的对采样管进行降解。降解添加剂的添加量过多后，会导致降解添加剂中的硬脂酸锌的量过大，硬脂酸锌属于光降解剂，容易造成采样管在储藏过程中受光照影响，造成采样管的损坏，不利于采样管的使用。通过采用上述技术方案，降解添加剂应用到采样管的原料中，能够对聚碳酸酯和聚乙烯进行降解，且加快聚碳酸酯和聚乙烯的降解速度，降解添加剂的添加量在上述范围内，能够使采样管达到较优的降解性。
作为优选：所述增塑剂为邻苯二甲酸酯，所述固化剂为二乙烯基三胺。
通过采用上述技术方案，增塑剂和固化剂能够对采样管的其他原料起到塑型固化的作用，便于采样管的成型。邻苯二甲酸酯具有可降解性，二乙烯基三胺能够在降解添加剂的作用下降解，均不会对环境造成污染。
第二方面，本申请提供一种环保病毒采样管的制备方法，采用如下技术方案：
一种环保病毒采样管，包括如下步骤：
S1：将聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维、乙醇混合，加热，搅拌均匀，得到混合物A；
S2：将聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯加入到混合物A中，混匀，得到混合物B；
S3：将降解添加剂、增塑剂、固化剂加入到混合物B中，混匀，加热注塑，冷却成型，制得病毒采样管。
通过采用上述技术方案，首先利用玉米淀粉和松木纤维对聚乙烯进行处理，能够提高聚乙烯的可降解性，再将聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯加入，最后将降解添加剂、增塑剂和固化剂加入，便于各原料之间混合的更加均匀，便于病毒采样管的制备，同时便于提高病毒采样管的可降解性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、由于本申请中采用玉米淀粉、松木纤维对聚乙烯进行处理，增强聚乙烯的可降解性，再通过与其他可降解原料之间的作用，使得制成的病毒采样管具有良好的可降解性，可使25d降解率达到97.6％、150d降解率达到99.8％。
2、本申请中优选甲壳素和聚乙烯醇对聚乙烯进行改性，进一步增强了聚乙烯的降解速度，从而增强了病毒采样管的可降解性，可使25d降解率达到97.6％、150d降解率达到99.8％。
3、本申请中优选甘露醇和正己酸对聚丁二酸丁二醇酯进行改性，进一步增强了病毒采样管的韧性和实用性，可使断裂强度达到4.9N/mm2、拉伸强度达到5.1N/mm2。
具体实施方式
以下结合具体内容对本申请作进一步详细说明。
原料
聚碳酸酯为K20，且选自东莞市乐睿塑料有限公司；聚乙烯为HDPE，且选自苏州市文阁塑化有限公司；玉米淀粉粘度为10％(55℃)，且选自济南明冠化工有限公司；松木纤维选自临沂高新区沐泽新型材料厂；聚丁二酸丁二醇粘度为1.125dL/g，且选自济南鑫伟达化工有限公司；甲壳素选自山东思扬生物科技有限公司；聚乙烯醇为CW40-705，且选自武汉瑞胜诚化工有限公司；甘露醇选自河南瑞伦特生物科技有限公司。
制备例
制备例1
一种改性聚乙烯，采用以下方法制备：
将6kg甲壳素、10kg聚乙烯醇混合，在120℃的温度下，搅拌45min，得到混合物，将15kg聚乙烯在100℃的温度下加热至熔融状态，向混合物中滴加熔融态的聚乙烯，在3.5h内滴加完毕，搅拌40min，再放在170℃的温度下静置1.5h，再降温至25℃，制得改性聚乙烯。
制备例2
一种改性聚丁二酸丁二醇酯，采用以下方法制备：
将3kg甘露醇和9kg正己酸进行混合，再加入3kg钛酸四丁酯，搅拌40min，搅拌的同时以0.7mL/min的速度通入氮气，在120℃的温度下回流7h，降温至26℃，加入35kg水进行萃取，然后在65MPa的压力、180℃的温度下减压蒸馏2h，得到甘露醇正己酸酯；将5kg聚丁二酸丁二醇酯放在80℃的温度下干燥24h，然后将甘露醇正己酸酯和干燥后的聚丁二酸丁二醇酯混合，在140℃的温度下熔融共混15min，制得改性聚丁二酸丁二醇酯。
实施例
表1实施例1-5病毒采样管中各原料掺量(单位：kg)
实施例1
一种环保病毒采样管，其原料配比见表1所示。
其中增塑剂为邻苯二甲酸酯，固化剂为二乙烯基三胺。
一种环保病毒采样管的制备方法，包括如下步骤：
S1：将聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维、乙醇混合，在70℃的温度下搅拌30min，得到混合物A；
S2：将聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯加入到混合物A中，搅拌50min，得到混合物B；
S3：将降解添加剂、增塑剂、固化剂加入到混合物B中，搅拌40min，再升温至250℃，并注入模具中，然后降温至25℃，拆模，制得病毒采样管。
实施例2-5
一种环保病毒采样管，其和实施例1的区别之处在于，采样管的原料配比不同，其原料配比见表1所示。
表2实施例6-9病毒采样管中各原料掺量(单位：kg)
实施例6-9
一种环保病毒采样管，其和实施例3的区别之处在于，病毒采样管的原料配比不同，其原料配比见表2所示。
表3实施例10-13病毒采样管中各原料掺量(单位：kg)
实施例10-13
一种环保病毒采样管，其和实施例8的区别之处在于，病毒采样管的原料配比不同，其原料配比见表3所示。
表4实施例14-17病毒采样管中各原料掺量(单位：kg)
实施例14-17
一种环保病毒采样管，其和实施例12的区别之处在于，病毒采样管的原料配比不同，其原料配比见表4所示。
实施例18
一种环保病毒采样管，其和实施例15的区别之处在于，病毒采样管的原料中聚乙烯等量替换为制备例1制备的改性聚乙烯。
实施例19
一种环保病毒采样管，其和实施例18的区别之处在于，病毒采样管的原料中聚丁二酸丁二醇酯等量替换为制备例2制备的改性聚丁二酸丁醇酯。
对比例
对比例1
一种环保病毒采样管，与实施例2的区别之处在于，病毒采样管的原料中松木纤维等量替换为乙醇。
对比例2
一种环保病毒采样管，与实施例2的区别之处在于，病毒采样管的原料中玉米淀粉等量替换为乙醇。
对比例3
一种环保病毒采样管，与实施例2的区别之处在于，病毒采样管的原料中降解添加剂等量替换为乙醇。
对比例4
一种环保病毒采样管，与实施例2的区别之处在于，病毒采样管的原料中降解添加剂等量替换为过氧化二苯甲酰。
对比例5
一种环保病毒采样管，与实施例2的区别之处在于，病毒采样管的原料中降解添加剂等量替换为硬脂酸锌。
性能检测试验
对实施例1-19和对比例1-5的环保病毒采样管进行下述性能检测：
断裂强度：依据GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定》对病毒采样管进行拉伸强度的检测，检测结果如表5所示。
拉伸强度：依据GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定》对病毒采样管进行拉伸强度的检测，检测结果如表5所示。
降解率：依据GB/T20197-2006《降解塑料的定义、分类、标志和降解性能要求》对病毒采样管进行降解率的检测，检测结果如表5所示。
表5检测结果
结合实施例1-15和对比例1-5可以看出，本申请的病毒采样管，通过原料之间的协同作用，增强了病毒采样管的可降解性、断裂强度和拉伸强度。其中，25d降解率为86.3-97.6％、150d降解率为90.4-99.8％、断裂强度为2.4-4.9N/mm2、拉伸强度为2.2-5.1N/mm2。
结合实施例2和对比例1、2可以看出，实施例2中的25d降解率为86.3％、150d降解率为90.4％、断裂强度为2.4N/mm2、拉伸强度为2.2N/mm2，优于其他实施例，表明松木纤维的加入能够提高病毒采样管的拉伸强度和断裂强度，松木纤维也能够增强聚乙烯的可降解性，通过与玉米淀粉的复配，使聚乙烯便于降解；玉米淀粉的加入能够提高病毒采样管的降解性，通过松木纤维和玉米淀粉之间的协同作用，能够使病毒采样管表现出较优的韧性和可降解性，利于对环境的保护。
结合实施例2和对比例3、5可以看出，实施例2中的25d降解率为86.3％、150d降解率为90.4％、断裂强度为2.4N/mm2、拉伸强度为2.2N/mm2，优于其他实施例，表明降解添加剂能够增强病毒采样管的可降解性，通过过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌二者的协同作用，能够使降解添加剂发挥双重降解的作用，提高了病毒采样管的降解性，有助于对环境的保护。
结合实施例1-5可以看出，实施例3中的25d降解率为90.1％、150d降解率为95.0％、断裂强度为4.3N/mm2、拉伸强度为4.4N/mm2，优于其他实施例，表明实施例3中聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维的添加量更为合适，能够使病毒采样管表现出较优的韧性和可降解性，利于对环境的保护。
结合实施例6-9可以看出，实施例8中的25d降解率为94.1％、150d降解率为96.1％、断裂强度为4.4N/mm2、拉伸强度为4.4N/mm2，优于其他实施例，表明实施例8中过氧化二苯甲酰、硬脂酸锌的添加量更为合适，能够使病毒采样管表现出较优的韧性和可降解性，利于对环境的保护。
结合实施例10-13可以看出，实施例12中的25d降解率为95.9％、150d降解率为98.6％、断裂强度为4.3N/mm2、拉伸强度为4.5N/mm2，优于其他实施例，表明实施例12中过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌的重量配比更为合适，能够使病毒采样管表现出较优的韧性和可降解性，利于对环境的保护。
结合实施例14-17可以看出，聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、增塑剂、固化剂、乙醇的添加量对病毒采样管的性能影响不大。
结合实施例15和实施例18可以看出，实施例18中的25d降解率为97.6％、150d降解率为99.8％、断裂强度为4.4N/mm2、拉伸强度为4.5N/mm2，优于其他实施例，表明实施例18中对聚乙烯进行改性更为合适，能够使病毒采样管表现出较优的可降解性，利于对环境的保护。
结合实施例18和实施例19可以看出，实施例19中的25d降解率为97.6％、150d降解率为99.8％、断裂强度为4.9N/mm2、拉伸强度为5.1N/mm2，优于其他实施例，表明实施例19中对聚丁二酸丁二醇酯进行改性更为合适，能够使病毒采样管表现出较优的韧性。
上述具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种环保病毒采样管，其特征在于，其包括以下重量份的原料：聚碳酸酯20-40份、聚乙烯15-30份、玉米淀粉7.5-21份、松木纤维7.5-21份、聚丁二酸丁二醇酯6-12份、降解添加剂3.5-7.5份、增塑剂2-6份、固化剂2-6份、乙醇20-50份。
2.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于，其包括以下重量份的原料：聚碳酸酯25-35份、聚乙烯20-25份、玉米淀粉9-14份、松木纤维9-14份、聚丁二酸丁二醇酯8-10份、降解添加剂5-6.6份、增塑剂3-5份、固化剂3-5份、乙醇28-45份。
3.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维的重量配比为1：（0.5-0.7）：（0.5-0.7）。
4.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述聚乙烯为采用甲壳素和聚乙烯醇对聚乙烯进行改性处理所得。
5.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述聚丁二酸丁二醇酯为采用甘露醇和正己酸对聚丁二酸丁二醇酯进行改性处理所得。
6.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述降解添加剂包括过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌，且过氧化二苯甲酰和硬脂酸锌的重量配比为1：（3-4）。
7.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述降解添加剂的添加量为聚碳酸酯和聚乙烯总重量的10-12wt%。
8.根据权利要求1所述的一种环保病毒采样管，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸酯，所述固化剂为二乙烯基三胺。
9.一种如权利要求1-8任一所述的环保病毒采样管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将聚乙烯、玉米淀粉、松木纤维、乙醇混合，加热，搅拌均匀，得到混合物A；
S2：将聚碳酸酯、聚丁二酸丁二醇酯加至混合物A中，混匀，得到混合物B；
S3：将降解添加剂、增塑剂、固化剂加至混合物B中，混匀，加热注塑，冷却成型，制得病毒采样管。
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