一种密胺材料及其制备方法和用途.pdf

本发明涉及一种密胺材料及其制备方法和用途。该密胺材料特征在于其重量百分比组成为：功能粉体2-5％、无机抗菌剂2-5％和密胺树脂90-96％；所述功能粉体重量百分比组成为：电气石7-35％、铁氧体12-35％、高岭土10-20％、氧化硅5-20％、氧化铝5-20％、氧化钙5-20％、聚丙烯酸2-5％和稀土1-5％，功能粉体的平均粒径≤1微米；所述无机抗菌剂是指纳米银系抗菌粉体或纳米氧化锌。该制备方法采用本发明密胺材料组成和如下工艺：1.功能粉体的制备；2.功能粉体的改性处理：3.密胺材料的制备。本发明密胺材料的主要用途是采用注塑成型或压制成型方法制造抗菌保健密胺厨具、餐饮具和水具。

1.  一种密胺材料，其特征在于该密胺材料的重量百分比组成为：功能粉体2-5％、无机抗菌剂2-5％和密胺树脂90-96％，各组分之和为100％；所述功能粉体的重量百分比组成为：电气石7-35％、铁氧体12-35％、高岭土10-20％、氧化硅5-20％、氧化铝5-20％、氧化钙5-20％、聚丙烯酸2-5％和稀土1-5％，各组分之和为100％，功能粉体的平均粒径≤1微米；所述无机抗菌剂是指纳米银系抗菌粉体或纳米氧化锌。

2.  根据权利要求1所述的密胺材料，其特征在于所述功能粉体的平均粒径优选0.1～1.0微米。

3.  一种权利要求1所述密胺材料的制备方法，其特征在于该制备方法采用如下工艺：
(1).功能粉体的制备：将所述功能粉体各组分和功能粉体总重量30-45％的水加入到球磨机中，湿法球磨至料浆细度400目以下，并充分混合均匀，出料，烘干，然后在600-800℃下煅烧，出炉后冷却至室温，再经破碎、球磨和超细磨工艺，制成平均粒径≤1微米的功能粉体；
(2).功能粉体的改性处理：将所述无机抗菌剂与第1步所得的功能粉体按(2-5)∶(2-5)的比例在高速混合机中干燥0.5-1小时，干燥温度控制在100-110℃，然后将用量为所述功能粉体重量0.8-1.0％的有机硅油加入到高速混合机中，高速强烈搅拌15-30分钟后，出料；
(3).密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与所述密胺树脂按(4-10)∶(90-96)的比例混合搅拌均匀，即制成所述密胺材料。

4.  一种权利要求1所述密胺材料的用途，采用注塑成型方法或压制成型方法制造抗菌保健密胺厨具、餐饮具和水具。

一种密胺材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及功能材料技术，具体为一种具有抗菌保健功能的密胺材料及其制备方法和用途。
技术背景
随着现代经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们对生活环境和生活用品的卫生要求也在迅速提高，对于直接关系到人类食品卫生安全的餐饮具有了更为严格的要求。在经历了“非典”、“禽流感”和“口蹄疫”之后，国内抗菌材料和抗菌制品的市场需求迅速升温，消费者也开始认识和接受了“抗菌”产品。然而大量的塑料餐饮具进入餐饮业和百姓家庭后，塑料餐饮具表面滋生的大量细菌时刻威胁着人们的身体健康，为此人们除了采用经常性的刷洗之外，还使用各种药剂和手段进行杀菌，如漂白粉、臭氧、双氧水、各种有机杀菌剂、微波、高压蒸汽、紫外线等。但是，这些方法的共同缺点是：麻烦不便，时效较短(由于分解或挥发很快失去作用)，既不经济，也不方便。因此，市场迫切希望具有永久抗菌功能的塑料餐饮具。
普通热塑性塑料表面硬度低，易损伤和污染，重量感差，受热易引起变形，不宜做餐饮具。热固性密胺塑料有许多优良性能：可任意着色，且不易退色、变色；表面光泽好，可印制图案；表面硬度高，耐酸碱腐蚀，不易损坏和划伤；清洗方便，耐蒸煮，可高温消毒；导热率低，保温性好。因此密胺材料适于制造餐饮具，特别是密胺仿瓷餐具在国内外广受欢迎，发展前景十分广阔。
有关抗菌塑料餐饮具的文献已有许多报道，如中国专利(申请号CN1298902A)公布的“抗菌餐饮具塑料”，采用了无害塑料或植物降解粉，加入适量消毒杀菌药物或纳米抗菌粉，经混炼、捏合、复配、均混等工序，再压制或注塑加工成抗菌餐饮具，与传统餐具相比，该抗菌餐饮具本身具有抗菌性；又例如，中国专利(申请号CN1454922A)公布的“抗菌塑料”，利用了氧化钛实现抗菌功能。这些技术的产品绝大多数功能单一，而且抗菌效果有待进一步提高。再例如，中国专利(申请号CN1286914A)公布的“眼镜”中，公开了通过加入无机抗菌剂、电气石、磁铁矿三种物质，可实现眼镜材料的抗菌功能，同时又可消除或减轻眼睛疲劳，具有抗菌与保健双重功能；还例如，中国专利(申请号CN1899046A)公布的“抗菌密胺材料”，公开了将抗菌材料成分：0.1-10％银系抗菌粉，0-10％纳米氧化锌，0-10％纳米二氧化钛直接加入到密胺原料中，混合搅拌均匀，可实现密胺材料的持久抗菌杀菌作用。但此类技术只是简单地将无机功能材料成分加入到有机材料中去，并未考虑到无机抗菌材料与有机材料界面结合情况，更没有考虑各种抗菌剂是否具有协同作用等重要问题，材料的抗菌效果仍不理想。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种密胺材料及其制备方法和用途。该密胺材料具有持久、高效抗菌作用和有效生物活化保健功能，且成本低，使用方便，用途广泛；该密胺材料制备方法工艺简单，成本低廉，适应性好，节能环保，便于工业化推广应用；该密胺材料主要用于制造具有抗菌保健功能的厨具、餐饮具和水具等。
本发明解决所述密胺材料技术问题的技术方案是：设计一种密胺材料，其特征在于该密胺材料的重量百分比组成为：功能粉体2-5％、无机抗菌剂2-5％和密胺树脂90-96％，各组分之和为100％；所述功能粉体的重量百分比组成为：电气石7-35％、铁氧体12-35％、高岭土10-20％、氧化硅5-20％、氧化铝5-20％、氧化钙5-20％、聚丙烯酸2-5％和稀土1-5％，各组分之和为100％，功能粉体的平均粒径≤1微米；所述无机抗菌剂是指纳米银系抗菌粉体或纳米氧化锌。
本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种密胺材料的制备方法，该制备方法采用本发明所述的密胺材料组成和如下工艺：
1.功能粉体的制备：将所述功能粉体各组分和功能粉体总重量30-45％的水加入到球磨机中，湿法球磨至料浆细度400目以下，并充分混合均匀，出料，烘干，然后在600-800℃下煅烧，出炉后冷却至室温，再经破碎、球磨和超细磨工艺，制成平均粒径≤1微米的功能粉体；
2.功能粉体的改性处理：将无机抗菌剂与第1步所得的功能粉体按(2-5)∶(2-5)的比例在高速混合机中干燥0.5-1小时，干燥温度控制在100-110℃，然后将用量为所述功能粉体重量0.8-1.0％的有机硅油加入到高速混合机中，高速强烈搅拌15-30分钟后，出料；
3.密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与所述密胺树脂按(4-10)∶(90-96)的比例混合搅拌均匀，即制成所述密胺材料。
本发明所述密胺材料的主要用途是采用注塑成型方法或压制成型方法制造抗菌保健密胺厨具、餐饮具和水具。
与现有技术相比，本发明所述密胺材料利用稀土独特的特性激活磁性材料，协同电气石作用，可同时辐射高发射率的远红外线和磁性波，激活无机抗菌材料，具有持久、高效抗菌作用和有效生物活化功能，且复合组分材料性能稳定，长期使用仍可保持良好功效；本发明所述的密胺材料制备方法工艺简单，仅采用了功能粉体改性处理和复合烧结等工艺，具有成本低，无污染，节约能源，适于工业化应用等特点。本发明所述的密胺材料主要用于制造餐饮具系列产品，产品具有持久高效抗菌、抑菌功能，同时具有改善口腔甚至全身微循环，提高免疫力等功能(参见实施例1)。
附图说明
图1为本发明密胺材料的抗菌保健功能作用机理示意图；
图2(a)和(b)分别为本发明密胺材料一种实施例的抗菌检测效果对比照片图；其中，图2(a)为普通密胺材料(空白样)24h活菌数照片图，图2(b)为本发明密胺材料(对比样)24h活菌数照片图；
图3为本发明密胺材料用途的一种实施例(实施例1)，即用本发明密胺材料制造的厨具(菜板或面板)照片图；
图4为本发明密胺材料用途的另一种实施例(实施例2)，即用本发明密胺材料制造的餐具(筷子)照片图；
图5为本发明密胺材料用途的又一种实施例(实施例3)，即用本发明密胺材料制造的餐具(筷笼)照片图；
图6为本发明密胺材料用途的再一种实施例(实施例4)，即用本发明密胺材料制造的厨具(定量油壶)照片图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：
本发明设计的密胺材料，其特征在于该密胺材料的重量百分比组成为：功能粉体2-5％、无机抗菌剂2-5％和密胺树脂90-96％，各组分之和为100％；所述功能粉体的重量百分比原料组成为：电气石7-35％、铁氧体12-35％、高岭土10-20％、氧化硅5-20％、氧化铝5-20％、氧化钙5-20％、聚丙烯酸2-5％和稀土1-5％，各组分之和为100％，功能粉体的平均粒径≤1微米；所述无机抗菌剂是指纳米银系抗菌粉体或纳米氧化锌。所述的无机抗菌剂和密胺树脂均为市购产品，方便应用。
本发明所述的功能粉体是申请人的在先专利的改进技术，即“一种功能陶瓷保健材料及其制备方法”(ZL200610014778.3)号专利所述的功能陶瓷保健材料，并在其权利要求1所规定的功能陶瓷保健材料基础上进行了改进后的技术。具体改进是将所述的功能陶瓷保健材料中的添加剂2-5％纤维素和2-5％蓖麻油去掉，简化了材料组分，把其功能成分电气石由原来的5-30％增至7-35％，铁氧体由原来的10-30％增至12-35％，以进一步强化功能。换言之，改进的功能陶瓷保健材料的重量百分比原料组成为：电气石7-35％、铁氧体12-35％、高岭土10-20％、氧化硅5-20％、氧化铝5-20％、氧化钙5-20％、聚丙烯酸2-5％、稀土1-5％，各组分之和为100％。所述的电气石是指铁电气石、锂电气石、镁电气石中的一种或几种；所述的铁氧体是指锶氧铁、钡氧铁和钴氧铁中的一种；所述的高岭土是指煅烧高岭土；所述的稀土是指硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕和硝酸铒中的一种或几种。本发明所述的功能粉体选用该陶瓷保健材料中的电气石、稀土和磁性材料，三者能够协同作用，对水分子及蛋白质分子中的氨基酸具有积极作用，能够有效活化食物中、人体微循环中水分子等流体分子，起到改善人体微循环等保健功能，在特定波段能产生高辐射率的远红外线，兼具磁能及抗菌功能为一体，具有优异的抗菌功能，并且成本低，使用寿命长，抗菌保健效果更明显。
本发明同时设计了所述密胺材料的制备方法(以下简称制备方法)，该制备方法采用本发明所述的密胺材料组成和如下工艺：
1.功能粉体的制备：将所述功能粉体各组分和功能粉体总重量30-45％的水加入到球磨机中，湿法球磨至料浆细度400目以下，并充分混和均匀后，出料，烘干，然后在600-800℃下煅烧，出炉后冷却至室温，再经破碎、球磨和超细磨等常规工艺，制成平均粒径≤1微米的功能粉体。本发明制备方法所述的湿法球磨工艺本身系现有技术。本发明实施例所述功能粉体的平均粒径优选0.1～1.0微米，这主要考虑到该粒径范围的功能粉体的抗菌性能更易充分发挥，红外辐射率较高，并且不会影响密胺材料的其它性能(如强度等)。
2.功能粉体的改性处理：将无机抗菌剂与第1步所得的功能粉体按(2-5)∶(2-5)的比例在高速混合机中干燥0.5-1小时，干燥温度控制在100-110℃，然后将用量为所述功能粉体重量0.8-1.0％的有机硅油加入到高速混合机中，高速强烈搅拌15-30分钟后，出料即得。设计功能粉体的表面改性处理工艺的主要目的是降低所述功能粉体表面能，以利于下一步制备过程中与有机密胺树脂的均匀混合，保证协同功能的进一步发挥。
3.密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与所述密胺树脂按(4-10)∶(90-96)的比例混合搅拌均匀，即制成本发明所述具有抗菌保健功能的密胺材料。所述的功能粉体与有机密胺树脂复合的制备工艺本身为现有工艺方法。
相对于现有技术，特别是申请人的在先专利，本发明的制备方法也有很大改进。在先专利的制备方法是混料后加入配方总重量15-22％的水，混料18-36小时后，再经练泥、成型、干燥和入窑烧制即得；同时为了保证该材料成品无缺陷，需要加入纤维素、蓖麻油等添加剂，尤其是煅烧工艺部分要求非常严格。本发明的关键在于所述各组分含量的合理配制，且混合均匀，充分实现功能协同，因而无需添加用于保证产品成型性能的添加剂纤维素和蓖麻油，而将功能成分电气石和铁氧体的含量相应增加，有利于进一步提高抗菌保健功能；同时，本发明制备方法的煅烧工艺，煅烧温度由原来的900-1100℃降低至600-800℃，非常有利于节能减排；煅烧后只需冷却至室温，经破碎、球磨、超细磨，即可制成平均粒径小于等于1微米的功能粉体，无需考虑成品合格率，具有工艺简单，制备容易，能耗更低，成本低廉，适于工业化推广应用等诸多特点。
本发明密胺材料的工作机理是(参见图1)，所述抗菌保健功能陶瓷材料中的稀土元素本身具有变价特性，通过加入稀土元素与电气石协同作用，在提高电气石的远红外辐射强度的同时，使其远红外辐射波长朝着有益活化水和蛋白质分子的方向移动。在此基础上考虑到磁性材料经稀土改性后，复合材料的磁场应能够使水分子发生形变，产生“活化”；所述的电气石和磁性材料具有相互协同作用(参见在先专利)。本发明改进后的功能粉体能够在特定波段产生高辐射率的远红外线，同时能够产生磁场，除可优化激活无机抗菌材料的抗菌功能外，更易活化生物体中的水分子、蛋白质分子，从而具有一定的“活化”作用，在一定程度上可以增强生物体的新陈代谢、改善微循环，产生生物效应。
将本发明所述密胺材料(参见实施例1)在实验室进行抗菌性能检测(参见图2)。检测依据最新的国标GB/T20944.1-2007，菌种：大肠杆菌。经检验，本发明密胺材料24小时平均杀抑率达到99.4％。测试数据列于表1。由图2(a)与(b)的对比和表1的检测数据可知，本发明所述密胺材料具有优异的抗菌功能。
表1本发明密胺材料抗菌效果检测表

本发明所述密胺材料的主要用途是采用注塑成型方法或压制成型方法制造餐饮业和家庭使用的各种抗菌保健密胺厨具、餐饮具和水具等器具。该器具的制造可以直接接续本发明所述密胺材料制备方法，一次制造完成。所述注塑成型方法或压制成型方法本身为现有技术。本发明密胺材料所制的器具除具备优异的抗菌功能外，还具有辐射远红外线，活化水分子和蛋白质分子，在使用过程中，改善微循环的保健作用。本发明密胺材料所制的器具产品形状结构不受实施例的限制，产品形状和大小由市场来决定，也完全可根据客户的需要设计定制。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例，但本发明权利要求不受具体实施例的限制。
实施例1
1.密胺材料组成(重量％，下同)为：功能粉体5％、纳米银系抗菌粉体2％、密胺树脂93％；所述的功能粉体的原料组方为铁电气石15％、锶氧铁30％、煅烧高岭土10％、氧化硅10％、氧化铝15％、氧化钙15％、硝酸钕3％和聚丙烯酸2％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量30％的比例加水，湿法球磨至料浆细度400目以下，充分混匀后出料，烘干，然后在600℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为0.1微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在100℃，干燥时间为0.5小时，然后将用量为所述功能粉体重量0.8％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌30分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与密胺树脂按7∶93的比例混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。
3.密胺材料的应用：将本实施例所制备的密胺材料在225℃下，采用液压机压制成型为矩形板材，设计产品为抗菌菜板(产品外观参见图3)。
实施例2
1.密胺材料组成为：功能粉体2％、纳米银系抗菌粉体2％、密胺树脂96％；所述功能粉体的原料组方为镁电气石17％、钡氧铁22％、煅烧高岭土10％、氧化硅15％、氧化铝10％、氧化钙20％、硝酸铕3％、聚丙烯酸3％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量45％的比例加水，湿法球磨至料浆细度400目以下，充分混匀后出料，烘干，然后在800℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为1.0微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在110℃，干燥时间为1小时，然后将用量为所述功能粉体重量1.0％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌20分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与密胺树脂按4∶96的比例混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。
3.密胺材料的应用，将本实施例所制备的密胺材料在160℃下，采用液压机压制成型为定量油壶(产品外观参见图4)。
实施例3
1.密胺材料组成为：功能粉体2％、纳米银系抗菌粉体5％、密胺树脂93％；所述功能粉体的原料组方为锂电气石15％、钴氧铁32％、煅烧高岭土20％、氧化硅5％、氧化铝5％、氧化钙14％、硝酸镧5％、聚丙烯酸4％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量40％的比例加水，湿法球磨至料浆细度400目以下，并充分混匀后，出料，烘干，然后在700℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为0.5微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在105℃，干燥时间为45分钟，然后将用量为所述功能粉体重量1.0％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌15分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与有机密胺树脂按7∶93混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。
3.密胺材料的应用，将本实施例所制备的密胺材料在230℃下，采用注塑加工成型为抗菌筷笼(产品外观参见图5)。
实施例4
1.密胺材料组成为：功能粉体2％、纳米银系抗菌粉体3％、密胺树脂95％；所述功能粉体的原料组方为任意比例的铁电气石/锂电气石33％、钴氧铁15％、煅烧高岭土15％、氧化硅18％、氧化铝10％、氧化钙5％、任意比例的硝酸镨/硝酸钕2％、聚丙烯酸2％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量45％的比例加水，湿法球磨至料浆细度400目以下，充分混匀后出料，烘干，然后在650℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为0.7微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在110℃，干燥时间为50分钟，然后将用量为所述功能粉体重量0.9％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌25分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与有机密胺树脂按5∶95比例混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。
3.密胺材料的应用，将本实施例所制备的密胺材料在220℃下，采用注塑加工成型为定量油壶(产品外观参见图6)。
实施例5
1.密胺材料组成为：功能粉体3％、纳米氧化锌2％、密胺树脂95％；所述的功能粉体的原料组方为铁电气石25％、锶氧铁15％、煅烧高岭土15％、氧化硅15％、氧化铝10％、氧化钙15％、硝酸钕3％、聚丙烯酸2％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量40％的比例加水，湿法球磨至料浆细度400目以下，充分混匀后出料，烘干，然后在700℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为0.3微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在105℃，干燥时间为30分钟，然后将用量为所述功能粉体重量1.0％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌20分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与有机密胺树脂按5∶95比例混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。
实施例6
1.密胺材料组成为：功能粉体5％、纳米氧化锌5％、密胺树脂90％；所述的功能粉体的原料组方为镁电气石23％、钡氧铁17％、煅烧高岭土15％、氧化硅10％、氧化铝15％、氧化钙15％、硝酸钕2％、聚丙烯酸3％。
2.密胺材料的制备方法：(1)功能粉体的制备：按本发明所述功能粉体组成配比精选原料，然后加入到球磨机中，再按粉体总重量42％的比例加水，球磨至料浆细度400目以下，充分混匀后出料，烘干，然后在720℃下煅烧后出炉，冷却至室温，再经破碎、球磨、超细磨等常规工艺，制成平均粒径为0.2微米的功能粉体；(2)功能粉体的改性处理：将所述比例的纳米抗菌粉体与所得的功能粉体在高速混合机中干燥，干燥温度控制在108℃，干燥时间为1小时，然后将用量为所述功能粉体重量0.8％的有机硅油直接加入到高速混合机中，高速强烈搅拌28分钟，即可出料；(3)密胺材料的制备：将改性处理后的功能粉体与有机密胺树脂按10∶90比例混合搅拌均匀，即制得所述具有良好抗菌保健功能的密胺材料。