CN114685934B - 抗菌组合物及其制备方法、应用、抗菌砧板及其制作方法 - Google Patents

抗菌组合物及其制备方法、应用、抗菌砧板及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了抗菌组合物及其制备方法，应用、抗菌砧板及其制作方法。其中抗菌组合物包括：树脂64～89％，玻璃纤维19％～40％，抗菌剂1.1％～2.6％，抗菌剂为磷酸锆载银抗菌剂、磷酸锆载锌抗菌剂和磷酸锆载铜抗菌剂中的一种或多种；树脂为苯乙烯类树脂和/或密胺树脂。该抗菌组合物具有高效抗菌性能，较少添加量即可达到优异的抗菌效果；将该抗菌组合物用于制备砧板后，可以改善砧板结构性能，其强度更高且耐磨，不易产生划痕，无缝隙，避免产生细菌滋生的环境。

Description

抗菌组合物及其制备方法、应用、抗菌砧板及其制作方法
技术领域
本发明涉及抗菌组合物及其制备方法、应用、抗菌砧板及其制作方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对衣、食、住的要求也在提高，例如抗菌防病毒的需求，尤其是与人体健康密切相关的厨房用品(例如砧板、筷子等)，更加注重其抗菌性能。自然界中的有害病毒、细菌、真菌等微生物，长久以来一直是诱发人类传染病的主要原因。而人们的日常工作和生活中的生活用品由于频繁使用就会附着大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、绿脓杆菌、黄曲霉菌等多种微生物，会引起如痢疾、食物中毒、伤寒甚至直接威胁生命的疾病。以抗菌砧板为例，大多数的惯用砧板，都未设计有抗菌的结构，或是未经过抗菌的处理，但由于砧板是供食物剁切之用，残留的食物残渣，很容易在砧板上孽生细菌，在使用未设有抗菌结构或抗菌处理的砧板时，所孽生的细菌便会污染食物。据调查，较多家庭砧板切菜、切肉混用，且使用时间较久，砧板表层易留下刀痕，食物残渣留在缝隙中极易滋生细菌等微生物，影响健康；或者一些拼接分层式砧板使用的胶水含大量有害化学物质，严重危害身体健康，此时，我们希望砧板能表现出较好的耐磨性、抗生霉性能以及高效的抗菌性能。
为解决以上技术问题，现有技术中的常规方法有如下两种：其一、将抗菌金属加入银或铜做成的合金产品中，但只有在添加的金属含量较多的前提下才能够得到具备抗菌性能较佳的产品，但是成本很高；即使是具备较佳的抗菌性，其杀菌效果较差。而且抗菌金属在高温下会释放出金属离子，含量过高会危害身体健康。例如，中国专利文献CN102763678A公开了一种立方体磷酸锆载银抗菌粉的制备方法，采用该制备方法形成了氧化锌包裹银离子的微核结构，但是该立方体磷酸锆载银抗菌粉的无法达到缓释的效果，且将其与不锈钢混合制备无菌材料时，在使用的过程中会使得不锈钢的表面出现黑斑(生霉)。其二、用抗菌金属涂上基体形成薄膜涂层，虽然合乎生产和效果成本，但是粘合剂不耐磨，现有技术中存在的缺陷还有待解决。因此，亟需一种抗菌性能高效的抗菌组合物，同时将其用于制备生活用品时，还能表现出较好的耐磨性、抗生霉性能，较高的强度以及高效的抗菌性能和杀菌性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的抗菌组合物抗菌性能和杀菌性能较差、且将其用于制备抗菌产品时，耐磨性较差、强度较低、抗生霉性较差以及成本较高、存在安全隐患的缺陷，而提供抗菌组合物及其制备方法、应用、抗菌砧板及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种抗菌组合物，以各成分占抗菌组合物总量的质量百分比计，其包括：树脂64～89％，玻璃纤维19％～40％，抗菌剂1.1％～2.6％，
所述抗菌剂为磷酸锆载银抗菌剂、磷酸锆载锌抗菌剂和磷酸锆载铜抗菌剂中的一种或多种；
所述树脂为苯乙烯类树脂和/或密胺树脂。
本发明中，所述苯乙烯类树脂一般是指苯乙烯或其衍生物聚合或以苯乙烯为主与其他不饱和化合物共聚所制得的聚合物。所述苯乙烯类树脂一般包括聚苯乙烯树脂、高抗冲聚苯乙烯树脂、可发性聚苯乙烯树脂和等规聚苯乙烯树脂、聚甲基苯乙烯树脂和间规聚苯乙烯树脂中的一种或多种，例如所述苯乙烯类树脂为间规聚苯乙烯树脂。
其中，所述树脂较佳地为密胺树脂和/或间规聚苯乙烯树脂。
本发明中，所述的密胺树脂又称为三聚氰胺甲醛树脂、三聚氰胺树脂或蜜胺甲醛树脂，是指三聚氰胺与甲醛反应所得到的聚合物，英文缩写MF，市售可得。例如，所述密胺树脂可购自郑州润邦产品化工有限公司。
本发明中，所述间规聚苯乙烯树脂，又称为间同立构聚苯乙烯，是用一种高度定向的催化体系-茂金属催化剂聚合得到的结晶型聚苯乙烯，其主链结构为苯基相间有规则地排列在分子链两侧，故又称间规聚苯乙烯。市售可得。例如，所述间规聚苯乙烯树脂可购自东莞市烔辉塑胶原料有限公司。
本发明中，所述树脂的含量较佳地为68％～78％，例如77％或者68.6％。
本发明中，所述玻璃纤维可为本领域常规用于树脂中的玻璃纤维，一般来说，其材料可为无碱玻璃。
所述玻璃纤维市售可得，例如购自五河县维佳复合材料有限公司的无碱玻璃纤维，所述无碱玻璃纤维的粒径为150目或者200目。
本发明中，所述玻璃纤维的含量较佳地为20％～29％，例如20.9％或者21％。
本发明中，所述抗菌剂的含量较佳地为2％～2.6％，例如2.4％。
本发明中，所述抗菌剂可为本领域常规的抗菌剂，较佳地，所述抗菌剂的制备方法为：
将立方体磷酸锆和可水解硅源进行第一次离子交换后，得金属载体磷酸锆中间体；再将所述的金属载体磷酸锆中间体与硝酸盐进行第二次离子交换后，干燥、烧结即得；
所述可水解硅源的质量占所述立方体磷酸锆的质量的比为1～5‰；
所述可水解硅源为正硅酸酯和/或硅酸盐；
所述硝酸盐为硝酸银、硝酸锌或者硝酸铜。
其中，所述立方体磷酸锆的制备可包括以下步骤：氧氯化锆、磷酸二氢钠与草酸钠溶于水后得到的混合液，将所述混合液搅拌至成为凝胶后，依次进行陈化、加热、冷却和过滤即得。
其中，所述正硅酸酯可为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和正硅酸丁酯中的一种或两种以上，较佳地为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或正硅酸丁酯。
其中，所述硅酸盐的种类可为硅酸钠和/或硅酸钙。
其中，所述硝酸盐占所述金属载体磷酸锆中间体的质量的比较佳地为2.5～5.5％。
本发明中，所述抗菌组合物还可包括增韧剂和/或抗氧化剂。
其中，所述增韧剂可为本领域常规的增韧剂，例如低密度聚乙烯(LDPE)、金属茂基聚乙烯(MPE)和三元乙丙橡胶(EPDM)中的一种或多种。
其中，所述抗氧化剂可为本领域常规使用的抗氧化剂，例如受阻胺类抗氧化剂、受阻酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的一种或多种。
本发明还提供一种抗菌组合物的制备方法，将上述抗菌组合物加至双螺杆挤出机中，经熔融、挤出即可。
本发明中，较佳地，在加至双螺杆挤出机之前，将所述抗菌组合物搅拌、混合。
其中，所述搅拌、混合的操作可通过本领域常规的搅拌装置实现。
本发明中，所述熔融的温度可为本领域常规，例如180～300℃。
本发明还提供一种抗菌组合物作为厨具的材料的应用。其中，所述厨具可为本领域常规，例如砧板、筷子或勺子。
本发明还提供一种抗菌砧板，其包括：上述抗菌组合物和树脂；所述抗菌组合物与所述树脂的质量百分比范围为(10～80):(20～90)；所述树脂如上所述。
其中，较佳地，所述抗菌砧板上的抗菌层厚度为0.1-0.4μm。
本发明还提供一种抗菌砧板的制作方法，将上述抗菌组合物和树脂送至模具中挤压、成型、脱模、抛光即可；
所述抗菌组合物与所述树脂的质量百分比范围为(10～80):(20～90)；所述树脂如上所述。
本发明中，所述模具中的温度可为71-149℃。所述模具中的压力可为68.9-103MPa。
本发明中，所述模具可为本领域常规的制备砧板的模具，例如购自台州市黄岩科远塑料膜具厂的注塑模具。
本发明中的抗菌砧板也可通过上述制作方法制得。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1)通过本发明的抗菌组合物制备的抗菌砧板，可以改善砧板结构性能，其强度更高且耐磨，不易产生划痕，无缝隙，避免产生细菌滋生的环境。
2)本发明的抗菌组合物具有高效抗菌性能，较少添加量即可达到优异的抗菌效果，无需为节约成本分上下抗菌层制作，一体结构减少胶黏剂使用，环保无毒。
附图说明
图1为实施例1的抗菌砧板的表面SEM图。
图2为对比例4的抗菌砧板的表面SEM图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例和对比例中，密胺树脂购自郑州润邦产品化工有限公司，间规聚苯乙烯树脂购自东莞市烔辉塑胶原料有限公司，玻璃纤维(其粒径为150目)购自五河县维佳复合材料有限公司，抗菌砧板的制作模具为购自台州市黄岩科远塑料膜具厂的注塑模具。
下述实施例和对比例中的磷酸锆载银抗菌剂的制备方法如下：
先将氧氯化锆、磷酸二氢钠与草酸钠溶于水中，使得在溶液中的氧氯化锆、磷酸二氢钠与草酸钠的摩尔比为2:3:1.2，且该混合溶液中氧氯化锆的浓度为0.16mol/L，然后搅拌的同时滴加水稀释溶液，搅拌至形成凝胶，然后用氢氧化钠调节pH＝3，陈化24h，在150℃下反应8h，冷却至室温，过滤后用蒸馏水和无水乙醇充分洗涤，即可得到晶体型的立方体磷酸锆。
将上述制得的立方体磷酸锆与乙醇混合配制为10wt％的浆料，再与正硅酸乙酯在室温下混合搅拌5h以进行离子交换，之后干燥过滤备用，正硅酸乙酯占立方体磷酸锆的质量的比为2‰；
再将上述制得的金属载体磷酸锆中间体与去离子水混合配制为10wt％的分散液，再与质量浓度为2wt％硝酸银水溶液在80℃温度下混合搅拌8h以进行离子交换，之后将得到的产品依次进行干燥和烧结，即得纳米载银磷酸锆抗菌剂。其中，硝酸银占金属载体磷酸锆中间体的质量的比为3％；烧结的温度为800℃。即可制得磷酸锆在银抗菌剂。
实施例1
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为77％密胺树脂、21％玻璃纤维、2％磷酸锆载银抗菌剂称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤出机，在温度为200℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为10:90的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为71℃、68.9MPa。
实施例2
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为68.6％间规聚苯乙烯树脂、29％玻璃纤维、2.4％磷酸锆载银抗菌剂称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤出机，在温度为300℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为50:50的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为149℃、103MPa。
实施例3
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为78％间规聚苯乙烯树脂、20.9％玻璃纤维、1.1％磷酸锆载银抗菌剂的配比称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤出机，在温度为180℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为80:20的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为89℃、80MPa。
对比例1
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为79.1％密胺树脂、20.9％玻璃纤维的配比称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤中，在温度为200℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为10:90的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为71℃、68.9MPa。
对比例2
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为83％密胺树脂、15％玻璃纤维、2％磷酸锆载银抗菌剂的配比称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤中，在温度为200℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为10:90的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为71℃、68.9MPa。
对比例3
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为77％密胺树脂、22.5％玻璃纤维、0.5％磷酸锆载银抗菌剂的配比称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤中，在温度为200℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为10:90的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为71℃、68.9MPa。
对比例4
(1)抗菌组合物的制备：按照质量比为77％密胺树脂、21％玻璃纤维、2％氧化锌抗菌剂的配比称取对应原料，并通过搅拌装置混合均匀得到混合物料，将混合物料加入到双螺杆挤中，在温度为200℃的条件下熔融挤出得到抗菌组合物；
(2)抗菌砧板的制备：将步骤(1)中的抗菌组合物和树脂按照质量比为10:90的比例一同送入制备砧板的模具中挤压成型，经脱模得到砧板胎体；将胎体精磨抛光，得到成品砧板；其中模具中的温度和压力分别为71℃、68.9MPa。
效果实施例
(1)抗菌测试：将实施例1～3、对比例1～4中制备得到的砧板与市场上购买的普通砧板(购自浙江傅姐工贸有限公司)分别放置于空气中，18个小时后，按照国标GB/T31402-2015中的方式分别检测砧板表面的大肠杆菌个数，结果如表1所示。由下表可知，本申请实施例中的抗大肠杆菌效果优异。
表1
(2)抗霉性能测试：将实施例1～3、对比例1～4中制备得到的砧板与市场上购买的普通砧板(购自浙江傅姐工贸有限公司)分别放置于阴暗潮湿(湿度为70％、温度为40℃)的环境中培养30天后观察砧板霉变情况，统计表面霉变面积占整个面积的百分率，结果如表2所示。
表2
(3)耐磨性测试：将实施例1～3、对比例1～4中制备得到的砧板与市场上购买的普通砧板(购自浙江傅姐工贸有限公司)分别用自动切割机(购自济南振华数控科技有限公司激光切割机L1530)在(3MPa)条件下切割1000次，利用表面划痕检测仪(购自思普泰克划痕测量仪)测试划痕数量，结果如表3所示。
表3
实验材料 划痕数量
普通砧板 ＞200
实施例1 ＜30
实施例2 ＜30
实施例3 ＜30
对比例1 ＞100
对比例2 >30
对比例3 >30
对比例4 >30
(4)强度测试：实施例1～3、对比例1～4中制备得到的砧板与市场上购买的普通砧板(购自浙江傅姐工贸有限公司)分别按照下述测试标准测试拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、缺口冲击强度。
表4
(5)抗菌砧板的结构测试：采用日本电子6700F电镜测试实施例1和对比例4所制备砧板的表面，如图1和图2所示，本发明实施例1制备的砧板表面更加平滑，而对比例4中的砧板表面粗糙、缺陷较多。

Claims (14)

1.一种抗菌组合物，其特征在于，以各成分占所述抗菌组合物总量的质量百分比计，其包括：树脂64~89%，玻璃纤维19%~40%，抗菌剂1.1%～2.6%，
所述抗菌剂为磷酸锆载银抗菌剂；
所述树脂为苯乙烯类树脂和/或密胺树脂；
所述玻璃纤维的材料为无碱玻璃。
2.如权利要求1所述的抗菌组合物，其特征在于，所述苯乙烯类树脂包括高抗冲聚苯乙烯树脂、可发性聚苯乙烯树脂、等规聚苯乙烯树脂、聚甲基苯乙烯树脂和间规聚苯乙烯树脂中的一种或多种；
和/或，所述密胺树脂为购自郑州润邦产品化工有限公司的密胺树脂；
和/或，所述树脂的含量为68%~78%；
和/或，所述玻璃纤维购自五河县维佳复合材料有限公司的无碱玻璃纤维，所述无碱玻璃纤维的粒径为150目或者200目；
和/或，所述玻璃纤维的含量为20%~29%；
和/或，所述抗菌剂的含量为2%~2.6%；
和/或，所述抗菌剂的制备方法为：将立方体磷酸锆和可水解硅源进行第一次离子交换后，得金属载体磷酸锆中间体；再将所述的金属载体磷酸锆中间体与硝酸盐进行第二次离子交换后，干燥、烧结即得。
3.如权利要求2所述的抗菌组合物，其特征在于，所述苯乙烯类树脂为间规聚苯乙烯树脂；
和/或，所述树脂的含量为77%或者68.6%；
和/或，所述玻璃纤维的含量为20.9%或者21%；
和/或，所述抗菌剂的含量为2.4%。
4.如权利要求3所述的抗菌组合物，其特征在于，所述苯乙烯类树脂为购自东莞市烔辉塑胶原料有限公司的间规聚苯乙烯树脂。
5.如权利要求2所述的抗菌组合物，其特征在于，所述可水解硅源的质量占所述立方体磷酸锆的质量的比为1~5‰；
和/或，所述可水解硅源为正硅酸酯和/或硅酸盐；
和/或，所述硝酸盐为硝酸银；
和/或，所述硝酸盐占所述金属载体磷酸锆中间体的质量的比为2.5~5.5%；
和/或，所述立方体磷酸锆的制备包括以下步骤：氧氯化锆、磷酸二氢钠与草酸钠溶于水后得到的混合液，将所述混合液搅拌至成为凝胶后，依次进行陈化、加热、冷却和过滤即得；
和/或，所述抗菌组合物还包括增韧剂和/或抗氧化剂。
6.如权利要求5所述的抗菌组合物，其特征在于，所述正硅酸酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和正硅酸丁酯中的一种或两种以上；
和/或，所述硅酸盐的种类为硅酸钠和/或硅酸钙；
和/或，所述增韧剂为低密度聚乙烯、金属茂基聚乙烯和三元乙丙橡胶中的一种或多种；
和/或，所述抗氧化剂为受阻胺类抗氧化剂、受阻酚类抗氧化剂和亚磷酸酯类抗氧化剂中的一种或多种。
7.一种抗菌组合物的制备方法，其特征在于，将如权利要求1~6任一项所述的抗菌组合物加至双螺杆挤出机中，经熔融、挤出即可。
8.如权利要求7所述的抗菌组合物的制备方法，其特征在于，在加至双螺杆挤出机之前，将所述抗菌组合物搅拌、混合；
和/或，所述熔融的温度为180～300℃。
9.一种如权利要求1~6任一项所述的抗菌组合物作为厨具的材料的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述厨具为砧板、筷子或勺子。
11.一种抗菌砧板，其特征在于，其包括：如权利要求1~6任一项所述的抗菌组合物和树脂；所述抗菌组合物与所述树脂的质量比为（10～80）:（20～90）；所述树脂的种类如权利要求1~6任一项所述。
12.如权利要求11所述的抗菌砧板，其特征在于，所述抗菌砧板上的抗菌层厚度为0.1-0.4μm。
13.一种抗菌砧板的制作方法，其特征在于，将抗菌组合物和树脂送至模具中挤压、成型、脱模、抛光即可；
所述抗菌组合物与所述树脂的质量比为（10～80）:（20～90）；所述树脂的种类如权利要求1~6任一项所述；
所述抗菌组合物为如权利要求1~6任一项所述的抗菌组合物。
14.如权利要求13所述的抗菌砧板的制作方法，其特征在于，所述模具中的温度为71-149℃；
和/或，所述模具中的压力为68.9-103MPa。
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