抗菌树脂产品及其制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200410003306.9

申请日:

2004.01.19

公开号:

CN1616527A

公开日:

2005.05.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

C08K3/40; C08K9/00

主分类号:

C08K3/40; C08K9/00

申请人:

上海兴雅玻璃材料有限公司;

发明人:

神谷义明; 田中賢一

地址:

201108上海市虹梅南路3509弄8号C区

优先权:

2003.11.12 JP 2003-382892

专利代理机构:

上海专利商标事务所有限公司

代理人:

陈亮

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内容摘要

本发明提供一种抗菌树脂产品及其制造方法。其中抗菌玻璃粉末不变色,透明度高、分散性良好。抗菌树脂产品表面光滑美丽,且生产制造要不受成形装置种类、抗菌玻璃粉末添加量的影响。在本发明的抗菌树脂产品中,相对于整体重量,抗菌玻璃粉末的添加量控制在0.1~10重量%,抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径(D50)控制在0.2~30μm范围内,比表面积控制在9,000~30,000cm2/cm3范围内,就能生产出表面光滑美丽的抗菌树脂产品。

权利要求书

1、  一种抗菌树脂产品,其特征在于:把具有抗菌作用的抗菌玻璃粉末混合在树脂中,再成形成为具有抗菌作用的抗菌树脂产品,相对于整体重量,抗菌玻璃粉末的含量在0.1~10重量%范围内,并且此抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径(D50)在0.2~30μm范围内,比表面积在9,000~30,000cm2/cm3范围内。

2、
  如权利要求1所述的抗菌树脂产品,其特征在于,此抗菌玻璃粉末百分之九十的体积粒径(D90)在1~50μm范围内,并且D90/D50之比率值在2.5~4范围内。

3、
  如权利要求1或2所述的抗菌树脂产品,其特征在于,相对于整体量,粒径在50μm以上的抗菌玻璃粉末的实际含有比在10体积%以下。

4、
  如权利要求1至3之一所述的抗菌树脂产品,其特征在于,相对于整体量,粒径在0.1μm以上的抗菌玻璃粉末的实际含有比在5体积%以下。

5、
  如权利要求1至4之一所述的抗菌树脂产品,其特征在于,抗菌玻璃粉末的粒度分布具有第一峰值和第二峰值。

6、
  如权利要求1至5之一所述的抗菌树脂产品,其特征在于,抗菌玻璃粉末中含有的具有抗菌作用的金属离子的溶出速度在1~100μg/hr范围内。

7、
  一种制造抗菌树脂产品方法,由含多面体形状的抗菌玻璃微粒子的抗菌玻璃粉末制成,该抗菌玻璃粉末相对于整体重量含量在0.1~10重量%范围内,所述包含以下(A)~(C)三个工艺过程:即包含熔融过程、冷却粉碎过过程、混合成形过程这三个工艺过程:其中
(A)熔融过程:将含有溶出性抗菌金属离子的玻璃原料熔融,使之成为玻璃融液的工艺过程;
(B)冷却粉碎过程:将玻璃融液于水中冷却,粗粉碎后再细粉碎,使抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径在9,000~30,000cm2/cm3范围内的制造工艺过程;
(C)混合成形过程:将多面体形状的抗菌玻璃粉末于树脂中均匀分散,按所需要的形状成形,成为一个抗菌树脂产品的工艺过程。

8、
  如权利要求7所述的抗菌树脂产品制造方法,其特征在于,所述冷却粉碎工艺中所使用的粉碎装置可为颚式粉碎机、电动碾磨机、电动滚筒、振动研磨机、球磨机、轮碾式混砂机、喷射粉碎机之一。

9、
  如权利要求7或8所述的抗菌树脂产品制造方法,其特征在于,所述混合成形工艺中使用的成形装置可为射出成形装置,SMC压缩成形装置、BMC压缩成形装置、冲压成形装置之一。

说明书

抗菌树脂产品及其制造方法
技术领域
本发明是与抗菌树脂产品及其制造方法相关的。具体地说,就是不受成形装置种类的影响、不受抗菌玻璃粉末添加量多少的影响,都能形成表面光滑美丽的抗菌树脂产品。本发明就是与这种抗菌树脂产品及其制造方法相关的。
背景技术
近年来,在建筑材料、家电产品(电视机、电脑、手机、数码相机等)日用品、包装材料等树脂产品或树脂部件里,添加抗菌玻璃粉末,使之具有抗菌作用,成为抗菌树脂产品的制造方法逐渐被采纳。
作为抗菌玻璃粉末,有如日本特开昭62-210098号公报所展示的银离子溶出型玻璃水处理剂。这种玻璃水处理剂中一价的银离子含量,换算成氧化银的话,也就是100重量单位的玻璃中,含有0.2~1.5重量单位的氧化银。作为玻璃成分的B2O3的含量在20~70摩尔%,是一种硼硅酸盐类抗菌玻璃粉末。详情见该专利公报的实例2和实例3,玻璃成分实例2是:B2O320~30摩尔%,ZnO40摩尔%,P2O530~40摩尔%。实例3是:100重量单位的实例2玻璃中,再添加1重量单位的Ag2O(下称专处文献1)。
另外,日本特开平1-313531号公报上,抗菌树脂产品中抗菌玻璃粉末具体由SiO2、B2O3、P2O5等网络生成氧化物和Na2O、K2O、CaO、ZnO等网络充填氧化物共同构成。100重量单位的玻璃中,一价的银离子含量,换算成氧化银,含量在0.1~20重量单位。详情见该专利公报的 实例,玻璃成分是SiO240摩尔%,B2O350摩尔%,Na2O10摩尔%,100重量单位的玻璃中,再添加2重量单位的Ag2O(下称专利文献2)。
另外本专利申请的申请人也提出了平均粒径在0.5~300μm范围内的抗菌玻璃粉末,此抗菌玻璃粉末不受玻璃组成成分的影响,耐变性良好,是一种多面体形状,具有溶解性的玻璃粉末,它透明度高、分散性良好,应用在树脂中不会导致树脂变色,且生产制造也方便。(参见W002-2879号公报(下称专利文献3))
专利文献1所展示的抗菌玻璃粉末,作为玻璃的B2O3的含量在20~70摩尔%。但此种抗菌玻璃粉末,估计是其未考虑到微粒子的形状,因而此种抗菌玻璃粉末呈白浊色,易凝聚,缺乏透明度,应用在树脂中易导致树脂变色,并且在树脂中也不容易分散均匀。
使用此种抗菌玻璃粉末生产抗菌树脂产品时,会使树脂本身的颜色产生变化,会使透明树脂丧失透明性,且抗菌树脂产品表面也凹凸不平,缺乏平滑性。
专利文献2所展示的抗菌玻璃粉末,以B2O2为主成分,但网络生成氧化物和网络充填氧化物的配比不佳,导致玻璃熔融时间太长,影响了抗菌玻璃粉末的抗菌性能。
另外,此抗菌玻璃粉末也未考虑玻璃微粒子的形状,因而缺乏透明性和分散性,且容易使树脂变色。与专利文献1所展示的抗菌玻璃粉末一样,实际运用到树脂中时,易使树脂变色,树脂产品表面也缺乏平滑性。
专利文献3所展示的抗菌玻璃粉末,也即本专利申请人先前提出的抗菌玻璃粉末,平均粒径在0.5~300μm范围内,在实际运用中,例如在射出成形机上成形时,碰到射出成形机压力不均,或者玻璃粉末添加量较大时,玻璃粉末易凝聚,突出于树脂产品表面,造成抗菌树脂产品表面平滑度差。
发明内容
针对以上种种问题,本申请人经过长期的研究,提出通过控制抗菌玻璃粉末的形状、平均体积粒径(D50)、比表面积以及添加量,能够解决在射出成形机上成形时遇到的问题。也就是说既使射出成形机有压力不均现象,或者玻璃粉末添加量较大,也能够生产出玻璃粉末分散均匀,表面光滑美丽的抗菌树脂产品,从而出色地完成了本发明。
本发明采用耐变色、透明度高、分散性良好的抗菌玻璃粉末,通过独特的工艺方法生产制造表面光滑美丽的抗菌树脂产品,且不受成形装置种类和抗菌玻璃添加量较大的影响。本发明的目的就是向社会提供这种抗菌树脂产品及其制造方法。
根据本发明的方法,将抗菌玻璃粉末的形状做成多面体,添加量控制在(相对于整体重量)0.1~10重量%范围内,平均体积粒径(D50)控制在0.2~30μm范围内,比表面积控制在9,000~30,000cm2/cm3范围内,能够解决以上种种问题。
本发明抗菌树脂产品在生产之际,将抗菌玻璃粉末90%体积粒径(D90)控制在1~50μm范围内,并且D90/D50之比值控制在2.5~4范围内,效果较为理想。
本发明抗菌树脂产品在生产之际,将抗菌玻璃粉末,粒径在50μm以上的实际含有比控制在(相对于整体量)10体积%以下,效果较为理想。
本发明抗菌树脂产品在生产之际,将抗菌玻璃粉末,粒径在0.1μm以下的实际含有比控制在(相对于整体量)5体积%以下,效果较为理想。
本发明抗菌树枝产品在生产之际,抗菌玻璃粉末的粒度分布应具有第一峰值和第二峰值,这样效果较为理想。
本发明抗菌树脂产品在生产之际,抗菌玻璃粉末中具有抗菌作用的金属离子的溶出速度应控制在1~100μg/hr范围内,这样效果较为理想。
本发明的另一形态,将抗菌树脂产品中,多面体形状的抗菌玻璃粉末的含量控制在(相对于整体总量)0.1~10重量单位%范围内的制造方法。本发明的制造方法包含熔融、冷却粉碎、混合成形这三个工艺过程。
(A)熔融:将含有溶出性抗菌金属离子的玻璃原料熔融,使之成为玻璃融液的工艺过程。
(B)冷却粉碎:将玻璃融液于水中冷却,粗粉碎后再细粉碎,使抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径(D50)控制0.2~30μm范围内,比表面积控制在9,000~30,000cm2/cm3范围内的制造工艺过程。
(C)混合成形:将多面体形状的抗菌玻璃粉末于树脂中均匀分散,按所需要的形状成形,成为一个抗菌树脂产品的工艺过程。
本发明抗菌树脂产品的制造方法在实施之际,其中(B)冷却粉碎工艺中粉碎装置使用颚式粉碎机、电动碾磨机、电动滚筒、振动研磨机、球磨机、碾轮式混砂机、喷射粉碎机等,效果较为理想。
特别是使用颚式粉碎机先将抗菌玻璃粉碎到平均体积粒径(D50)5mm左右,再用电动碾磨机或电动滚筒将抗菌玻璃粉碎到平均体积粒径(D50)1mm左右,接着再用喷射粉碎机将1mm左右的玻璃粉粉碎到指定的平均体积粒径(D50)、比表面积和多面体形状,这样的工艺方法,效果更为理想。
本发明抗菌树脂产品的制造方法在实施之际,其中(C)混合成形工艺中成形装置使用射出成形装置、SMC(Sheet Molding Compoud)压缩成形装置、BMC(BulkMolding Compoud)压缩成形装置以及冲压成形装置,效果较为理想。
根据本发明的抗菌树脂产品,将抗菌玻璃粉末的添加量控制在规定量的范围内,同时控制在抗菌玻璃粉末的形状,平均体积粒径(D50)、比表面积,能够制造出耐变色、透明度高、抗菌玻璃粉末分散均匀,表面光滑美丽的抗菌树脂产品,且不受成形装置种类的限制。
根据本发明地抗菌树脂产品,将抗菌玻璃粉末当90%体积粒径(D90)控制规定范围内,且D90/D50之比也控制在规定范围内,可使抗菌玻璃粉末的分散性更加良好,既使射出成形装置的射出压力发生一些变化,也能生产出表面光滑的抗菌树脂产品。
根据本发明的抗菌树脂产品,将抗菌玻璃粉末的粒径在50μm以上的实际含有比控制在规定值以下,可使抗菌树脂产品的耐变色性、透明性以及抗菌玻璃粉末的分散性更加良好,表面也更加光滑,且生产也不受成形装置种类的限制。
根据本发明的抗菌树脂产品,将抗菌玻璃粉末的粒径在0.1μm以下的实际含有比控制在规定值以下,可使抗菌树脂产品的耐变色性、透明性以及抗菌玻璃粉末的分散性更加良好,表面也更加光滑,且生产也不受成形装置种类的限制。
根据本发明的抗菌树脂产品,所使用的抗菌玻璃粉末的粒度分布具有复数峰值,可使抗菌树脂产品的耐变色性、透明性和抗菌玻璃粉末的分散性更加良好,表面更加光滑,且生产也不受成形装置种类的限制。
根据本发明的抗菌树脂产品的制造方法,将抗菌玻璃粉末的添加量控制在规定量范围内,同时控制在抗菌玻璃粉末的形状、平均体积粒径(D50)以及比表面积。使用这样的抗菌玻璃粉末,能够生产出耐变色性、透明性良好,抗菌玻璃粉末分散均匀,表面光滑美丽的抗菌树脂产品,且生产不受成形装置种类的限制。
根据本发明抗菌树脂产品的制造方法,在(B)冷却粉碎工艺中使用指定的粉碎装置,可使抗菌树脂产品的耐变色性、透明性以及抗菌玻璃粉末的分散性更加良好,表面也更加光滑,且生产不受成形装置种类的限制。
根据本发明的抗菌树脂产品的制造方法,在(C)混合成形工艺中使用相应的成形装置,能有效地生产出耐变色性、透明性良好、抗菌玻璃粉末分散均匀,表面光滑的抗菌树脂产品。
附图说明
图1为实例1的抗菌玻璃粉末的粒度分布图;
图2为实例2的抗菌玻璃粉末的粒度分布图;
图3为实例3的抗菌玻璃粉末的粒度分布图;
图4a-c为抗菌树脂化妆品容器及瓶盖;
图5为抗菌树脂吸液泵的说明图;
图6为抗菌软塑料容器;
图7为抗菌树脂水桶及饮水装置。
具体实施方法
第一实施形态
第一实施形态也即相对于整体重量,抗菌玻璃粉末的含量在0.1~10重量%范围内,并且此抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径(D50)在0.2~30μm范围内,比表面积在9,000~30,000cm2/cm3范围内的抗菌树脂产品。
以下就第一实施形态的抗菌树脂产品所使用的抗菌玻璃粉末的形状,平均体积粒径、比表面积、玻璃组成、树脂、抗菌树脂产品的式样等作具体说明。
1、抗菌玻璃粉末的形状
抗菌玻璃粉末为多面体,也即具有多个角和面。比方说由6~10面体组成多面体,但这里所说的多面体的一个重要特征是不包含球状和粒状。另外鳞片状、针状的抗菌玻璃粉末,在射出成形时,容易堵塞喷枪头,所以也不属于多面体范围内。
与球状等形状的抗菌玻璃粉末不同,多面体的抗菌玻璃粉末受光后,光容易向某一方向通过,可防止光散乱现象。因而多面体形状能提高抗菌玻璃粉末的透明性。
多面体形状的抗菌玻璃粉末不仅在树脂中比较容易分散,而且在射出成形装置上成形时,具有按一定方向分布的特征。因而使用多面体形状的抗菌玻璃粉末,生产制造抗菌树脂产品,粉末在树脂中容易分散均匀,且可防止光散乱现象,具有较高的透明性。
再者,多面体形状的抗菌玻璃粉末,生产、使用过程中不容易凝聚,因而在粉碎时,对平均粒径的控制就比较方便,在射出成形装置上成形时,也容易均匀分散。
此外,抗菌玻璃产品中使用的抗菌玻璃粉末,其粉末形状除上述多面体外,还可以是其他形状。比方说,使一部分抗菌玻璃微粒子凝集,附着在多面体形状粒子表面。也可以单独使用抗菌玻璃微粒子。
并且,还可以用无机物粒子或有机物粒子覆盖抗菌玻璃粒子。比方说用偶联剂,把有机物粒子覆盖固定在多面体抗菌玻璃粒子表面。或者把无机物粒子与抗菌玻璃粒子混合加热,在400~800℃左右,使其融着在抗菌玻璃粒子表面。
这样的结构,能够比较容易地控制抗菌金属离子,比方说银离子的溶出速度,对提高抗菌玻璃粉末的分散性也有帮助。
本发明的抗菌玻璃粒子是多面体粒子,其他覆盖粒子的运动,受到多面体形状的限制,因而能覆盖均匀。
第一实施形态,以及以后所要述及的实施形态中,多面体玻璃粉末的含有量并不一定非要控制在100重量%,抗菌玻璃粉末中也可以适当含有一些其他形状的抗菌玻璃粉末。但此时多面体抗菌玻璃粉末的含量应在80重量%以上。其理由是多面体抗菌玻璃粉末的含量如不足80重量%的话,抗菌玻璃粉末在树脂中分散性就差,透明度也低。所以考虑到分散性和透明性,多面体抗菌玻璃粉末的含量在90重量%以上是较理想的,在95重量%以上则更为理想。
2、抗菌玻璃粉末的粒度分布
①、平均体积粒径(D50)
抗菌玻璃粉末的特征之一即平均体积粒径(D50)在0.2~30μm范围内。其定义为抗菌玻璃粉末累积体积的整体量作为100%时,累积体积为50%时的粒径就作为D50(μm),将D50控制在规定范围内。
将D50控制在0.2~30μm范围内的理由是:当D50小于0.2μm时,抗菌玻璃粉末在树脂中混合分散困难,且容易产生光散乱现象,影响透明度。而当D50大于30μm时,抗菌玻璃粉末在树脂中混合分散同样也困难。并且在射出成形装置上成形时,成形压力如发生变化,则抗菌树脂产品表面就会凹凸不平,缺乏平滑度。
综上所述,抗菌玻璃粉末的D50控制在0.5~20μm范围内是较理想的,控制在1~10μm范围内则更为理想。
抗菌玻璃粉末的平均体积粒径(D50),以及以后要述及的90%体积粒径(D90),或者其它指定粒径的抗菌玻璃粉末的实际含有比,可用激光式粒度分布测定器、沉降式粒度分布测定器进行粒度分布测算。也可以根据抗菌玻璃粉末的电子显微照片,作图像处理后,算出它的粒度分布。
②、平均体积粒径(与D90之关系)
与平均体积粒径(D50)相关联的90%体积粒径(D90)应控制在1~50μm范围内,并且D90/D50之比应控制在2.5~4范围内。其理由是D90/D50之比值如小于2.5的话,抗菌玻璃粉末在树脂中混合分散就困难,易产生光散乱现象,致使透明度低下。而当D920/D50之比值大于4的话,抗菌玻璃粉末在树脂中混合分散困难,并且抗菌树脂产品表面平滑性也差。
因而,抗菌玻璃粉末的D90/D50之比控制在2.6~3.8范围内是较理想的,控制在2.8~3.6范围内则更为理想。
图1~图3是抗菌玻璃粉末的粒度分布图,D90在1~50μm范围内,D90/D50之比在2.7~3.6范围内。
③、实际含有比
粒径在50μm以上的抗菌玻璃粉末的实际含有比,相对于整体量,应控制在10体积%以下。
其理由是粒径过大,易成为凝聚时的凝聚核。因而将过大粒径的抗菌玻璃粉末的实际含有比控制在规定值以下,有利于提高抗菌玻璃粉末的分散性,避免堵塞成形装置的喷枪头,使抗菌树脂产品表面光滑美丽。
粒径在0.1μm以下的抗菌玻璃粉末的实际含有比,相对于整体量,应控制在5体积%以下。
其理由是粒径过小,易在凝聚核周围凝聚。因而将过小粒径的抗菌玻璃粉末的实际含有比控制在规定值以下,有利于提高抗菌玻璃粉末的分散性,避免堵塞成形装置的喷枪头,使抗菌玻璃粉末产品表面光滑美丽。
图1~图3是抗菌玻璃粉末的粒度分布图,粒径在50μm以上的实际含有比,粒径在0.1μm以下的实际含有比分别是10体积%以下和5体积%以下。
④、复数峰值
根据本发明抗菌树脂产品,抗菌玻璃粉末使用粒度分布具有复数峰值的抗菌玻璃粉末效果较为理想。如图2、图3所示,粒度分布具有第一峰值、第二峰值的抗菌玻璃粉末是较理想的。
其理由是此结构的抗菌玻璃粉末,第一峰值的玻璃粒子和第二峰值的玻璃粒子能均匀紧密地混合,从而使抗菌玻璃粉末具有极佳的抗菌性能和分散性能,能不受成形装置种类的影响,生产出表面光滑的抗菌树脂产品。
粒度分布具有复数峰值,则粒度分布自身幅度较广,但通过调整抗菌玻璃粉末的比表面积,特定粒径的实际含有比,同样能不受成形装置种类的影响,生产出表面光滑的抗菌树脂产品,而且抗菌玻璃粉末在生产实际中的运用也变得方便。
3、抗菌玻璃粉末的比表面积
抗菌玻璃粉末的特征之一,即比表面积应控制在9,000~30,000cm2/cm3范围内。
其理由是比表面积不足9,000cm2/cm3时,抗菌玻璃粉末在树脂中的混合分散性差,实际运用困难,且成形后的产品表面不光滑。而当比表面积超过30,000cm2/cm3时,粒径过小,易产生光散乱现象,影响透明度。
所以抗菌玻璃粉末的比表面积(cm2/cm3),可根据粒度分布测定结果进行计算。假定玻璃粉末为球状,根据测量数据,可算出单位体积(cm3)的表面积(cm2)。
4、抗菌玻璃粉末的玻璃组成成分(1)
抗菌玻璃粉末的玻璃组成成分有Ag2O、ZnO、CaO、B2O3和P2O5,并且以整体重量为100重量%时,Ag2O的含量在0.2~5重量%范围内,ZnO的含量在1~50重量%范围内,CaO的含量在0.1~15重量%范围内,B2O3的含量在0.1~15重量%范围内,P2O5的含量在30~80重量%范围内。
ZnO/CaO的重量比应控制在1.1~15范围内。
①、Ag2O
Ag2O作为玻璃配方1中,具有抗菌作用的物质,是必须的组成成分。玻璃中含有Ag2O,在玻璃溶解时,Ag离子以一定的速度缓缓溶出,能起到长期抗菌作用。
Ag2O的含量控制在0.2~5重量%范围内是较理想的,其理由是Ag2O的含量如不足0.2重量的话,那抗菌玻璃粉末的抗菌性能就显得不足,而要取得规定的抗菌效果,就必须要大量添加抗菌玻璃粉末。另一方面,当Ag2O的含量超过5重量时,抗菌玻璃粉末就很容易变色,并且成本也高,不够经济。
②、ZnO
在玻璃配方1中,ZnO是必须的组成成分。在抗菌玻璃的网络状分子结构中,ZnO起着充填氧化物的作用。ZnO不仅能防止变色,而且能提高抗菌玻璃的抗菌性能。
ZnO的含量,相对于整体重量,应控制在2~60重量%范围内。其理由是ZnO的含量如不足2重量的话,将难以发挥防变色和提高抗菌性能的作用。而当ZnO的含量超过60重量%时,抗菌玻璃的透明度就很低,并且缺乏应有的机械强度。
ZnO的含量,应综合考虑CaO的含量来决定。具体地说,ZnO/CaO的重量比应控制在1.1~15范围内。其理由是ZnO/CaO的重量比如小于1.1的话,抗菌玻璃的防变色效果不佳。而当ZnO/CaO的重量比大于15时,抗菌玻璃会变成乳白色,失去透明性。
③、CaO
在玻璃配方1中,CaO是必须的组成成分,是基本的网络充填氧化物。在生产抗菌玻璃粉末过程中,能起到降低熔融温度的作用,并且与ZnO一起,发挥着防变色的作用。
CaO的含量,相对于整体重量,控制在0.1~15重量%范围内较理想。其理由是CaO的含量如不足0.1重量%的话,将无法发挥防变色和降低熔融温度的作用。而当CaO的含量超过15重量%时,反而会降低抗菌玻璃的透明性。
④、B2O3
在玻璃配方1中,B2O3是必须的组成成分,是基本的网络充填氧化物。在本发明中,还与抗菌玻璃透明性的改善,Ag离子均一溶出性相关。
B2O3的含量,相对于整体重量,控制在0.1~15重量%范围内较理想。其理由是B2O3的含量如不足0.1重量%的话,抗菌玻璃的透明性低,Ag离子的均一溶出性机械强度均差。而当B2O3的含量超过15重量%时,抗菌玻璃易变色,且缺乏机械强度。
⑤、P2O5
在玻璃配方1中,P2O5是必须的组成成分,是基本的网络充填氧化物。在本发明中,还与抗菌玻璃透明性的改善,Ag离子均一溶出性相关。
P2O5的含量,相对于整体重量,控制在30~80重量%范围内较理想。其理由是P2O5的含量如不足30重量%的话,抗菌玻璃的透明性低,Ag离子的均一溶出性机械强度均差。而当P2O5的含量超过80重量%时,抗菌玻璃易变色,且缺乏机械强度。
⑥、其它成分
在玻璃配方1中,还可以添加一些其它成分,例如CeO2、MgO、Na2O、Al2O3、K2O、SiO2、BaO等,这些成分的添加量要适当,不要超出本发明的目的范围,变成其他用途的玻璃。
5、抗菌玻璃粉末的玻璃组成成分(2)
抗菌玻璃粉末的玻璃组成成分(2),则是不含ZnO,主要含有Ag2O、CaO、B2O3和P2O5。以整体重量为100重量%时,Ag2O的含量在0.2~5重量%、CaO的含量15~50重量%、B2O3的含量在0.1~15重量%、P2O5的含量30~80重量%范围内,并且CaO/Ag2O的重量比应控制在5~15范围内。
①、Ag2O
关于Ag2O与配方1相同,含量也是相对于整体重量,控制在0.2~5重量%范围内较理想。
②、CaO
CaO是抗菌玻璃中基本的网络充填氧化物,能起到降低熔融温度和防变色作用。
这里CaO的含量,相对于整体重量,控制在15~50重量%范围内较理想。其理由是CaO的含量不足15重量%的话,因本配方中不含ZnO,所以无法发挥防变色和降低熔融温度的作用。
而当CaO的含量超过50重量%时,抗菌玻璃的透明性反而变得很低。
CaO的含量,综合考虑Ag2O的含量来决定更好,具体地说,CaO/Ag2O的重量比控制在5~15范围内较理想。
③、B2O3和P2O5
B2O3和P2O5与配方1相同。
④、其它成分
CeO2、MgO、Na2O、Al2O3、K2O、SiO2、BaO等,均与配方1相同。
6、表面处理
在抗菌玻璃粉末表面,用偶联剂进行表面处理,效果较理想。
经偶联剂处理后,抗菌玻璃粉末可具有更加良好的耐变色性、透明性和分散性,可不受成形装置种类的影响,生产出表面更加光滑的抗菌树脂产品。
可使用的偶联剂有硅烷偶联剂、铝偶联剂、钛偶联剂等。针对多面体抗菌玻璃粉末,使用硅烷偶联剂效果更好。
硅烷偶联剂的使用量,每100重量单位的多面体抗菌玻璃粉末使用量控制在0.01~30重量单位范围内,效果较理想。
7、溶出速度
抗菌玻璃粉末中,抗菌金属离子的溶出速度控制在1~100μg/hr范围内较理想。
其理由是抗菌金属离子的溶出速度如小于1μg/hr的话,起不到抗菌作用。而当抗菌金属离子的溶出速度大于100μg/hr时,抗菌持续时间短,或者说抗菌玻璃粉末的添加量大,抗菌树脂产品的透明度低下。
因而综合抗菌性和透明性良方面因素,抗菌金属离子的溶出速度控制在5~80μg/hr范围内则更为理想。
8、树脂
抗菌树脂产品在成形之际,先将抗菌玻璃粉末与树脂混合,混合成抗菌树脂较为理想。
适用树脂有聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚碳树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、丙烯树脂、环氧树脂、聚氨脂树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂等等。
选择树脂时,选用光透过率在50~100%的树脂较理想,选择光透过率在80~100%的树脂则更理想。
光透过率(%)=透过光量/入射光量×100
通过光量和入射光量可用吸光光度仪和光量计测量。
抗菌玻璃粉末的添加量,相对于整体重量,控制在0.1~10重量%范围内是其重要特征之一。
其理由是抗菌玻璃粉末的添加量如不足0.1重量%的话,抗菌树脂产品的抗菌性能低下。而当抗菌玻璃粉末的添加量超过10重量%时,抗菌树脂产品的机械强度差,难以混合均匀,且产品的透明度也低。
所以从均衡抗菌性能和机械强度等因素来看,抗菌玻璃粉末的添加量控制在(相对于整体重量)0.5~8重量%范围内是较理想的,控制在1~5重量%范围内则更为理想。
9、抗菌树脂产品
抗菌树脂产品的式样并无特别限制,既可使用含抗菌玻璃粉末的树脂,直接加工成形成为抗菌树脂产品;也可将含抗菌玻璃粉末的树脂,加工在树脂产品表面,使之成为抗菌产品。总之,可根据具体用途,采用相应的加工方法,生产各种各样的抗菌树脂产品。
比方说,如图4、图5、图6、图7所例举的实例,图4是一个典型的树脂化妆品容器,瓶10和瓶盖12都是抗菌树脂产品。图5中的吸液泵20、图6中的软塑料容器30、图7中的水桶40以及饮水装置41,都是抗菌树脂容器。
第2实施形态
第2实施形态,也即抗菌树脂产品的制造方法,它包含熔融、冷却粉碎、混合成形这三个工艺过程。
①、玻璃原料的混合工程及熔融工程(工艺过程A)
将Ag2O、ZnO、CaO、B2O3、P2O5等玻璃原料(抗菌玻璃配方1)和Ag2O、CaO、B2O3、等玻璃原料(不含ZnO的抗菌玻璃配方2),正确秤量后,分别混合均匀。混合可使用万能搅拌机、铝磁溃散机、球磨机、叶轮式搅拌机等混合搅拌装置。使用万能搅拌机的话,将机速设定为250rpm,时间设定为10~180分钟,混合效果较为理想。
接着把均匀混合完毕的抗菌玻璃原料,投入玻璃熔融炉中熔融,熔融温度设定为1100~1500℃,熔融时间设定为1~8小时,熔融效果较为理想,生产效率也高,并且抗菌玻璃不失透。
②、抗菌玻璃的粉碎工程(工艺过程B)
将玻璃液冷却粉碎,粉碎成多面体形状,平均粒径也在规定范围内的工艺过程。
具体方法是先粗粉碎(包含水中冷却粉碎)、接着中度粉碎、再微细粉碎,此方法能提高效率地生产各种粒径的抗菌玻璃粉末。根据用途不同,实际使用中对抗菌玻璃粉末的平均粒径的要求是不一样的,所以抗菌玻璃粉碎后,可进行分级处理,以适应不同要求。
②-1粗粉碎
所谓粗粉碎,也即将抗菌玻璃粉碎成平均粒径在10mm左右的颗粒。粉碎方法一般是将玻璃液注入流动水中,玻璃融液受冷爆裂,粉碎成小颗粒。
粗粉碎后的抗菌玻璃,是无角的块状,通过电子显微镜照片可以确认。
②-2中度粉碎
所谓中度粉碎,就是将平均粒径在10mm左右的抗菌玻璃颗粒,粉碎成平均粒径在1mm左右的细粒。具体方法是先用颚式粉碎机,将平均粒径为10mm左右的抗菌玻璃颗粒,粉碎成平均粒径为5mm左右的颗粒,再用电动碾磨机或电动滚筒,将平均粒径为5mm左右的颗粒,粉碎成平均粒径为1mm左右的的细粒。象这样分阶段进行中度粉碎,能有效地控制粉碎过程中抗菌玻璃粉末的平均粒径。
中度粉碎后的抗菌玻璃粉末,是有角的多面体,通过电子显微照片可以确认。
②-3洗粉碎
细粉碎就是将中度粉碎后的细粒,进一步粉碎成平均粒径为0.1~30μm左右的微粒子。细粉碎可使用电动碾磨机、电动滚筒、振动研磨机、轮碾式混砂机、喷射粉碎机等,其中使用喷射粉碎机效果最好。喷射粉碎机是最新型的粉碎机,具有自动筛选功能,可防止产生过小粒径的粉末,能有效控制抗菌玻璃粉末的粒径。喷射压力控制在0.59~1.18Mpa(6~12kgf/cm2)范围内,效果较理想。
细粉碎后的抗菌玻璃粉末,其多面体的角比中度粉碎后的要多,平均体积粒径(D50)、比表面积控制起来也比较容易,这些通过电子显微照片和粒度分布结果可以得印证。
③、抗菌树脂产品的生产制造(工艺过程C)
将多面体抗菌玻璃粉末,与树枝颗粒混合,分散均匀后,按所需形状加工成形,成为抗菌树脂产品的生产制造工艺过程。
混合方法可采用搅拌混合法,在室温(25℃)条件下,搅拌1~20分钟,搅拌机可使用叶轮式搅拌机。
成形装置可使用射出成形装置、SMC(Sheet Molding Compoud)压缩成形装置、BMC(Bulk Molding Compoud)压缩成形装置、冲压成形装置等。
【实例】
以下通过实例对本发明作进一步说明。实例只是本发明的一部分举例,本发明的实际应用当然不会局限于实例。
【实例1】
1、熔融
抗菌玻璃粉末(抗菌玻璃配方1)的整体重量作为100重量%,P2O5为50重量%、CaO为5重量%、Na2O为1.5重量%、B2O3为10重量%、Ag2O为3重量%、CeO2为0.5重量%、Zno为30重量%。将各原料投入万能搅拌机中,搅拌混合。搅拌机机速为250rpm,搅拌时间30分钟。混合均匀后再投入玻璃熔融炉中熔融,熔融温度为1280℃,熔融时间为3.5小时,使抗菌玻璃原料熔化成玻璃融液。
2、冷却粉碎
从玻璃熔融中取出玻璃融液,倒入25℃的流动水中冷却。玻璃融液在水中受冷爆裂,成为平均粒径在10mm左右的玻璃颗粒。此时的玻璃颗粒于显微镜下观察,可看到此颗粒是易碎的,且无角无面。
接着使用颚式粉碎机进行粉碎,机速120rpm,玻璃颗粒从漏斗式供料桶自上而下进入颚式粉碎机,粉碎成平均粒径5mm左右的细粒。
接着用电动滚筒进行粉碎,滚筒间隙1mm,机速30rpm,粉碎一次后,再将间隙调节到0.25mm,机速30rpm,进行二次粉碎。
二次粉碎后的抗菌玻璃粉末,是有角有面的多面体形状。
最后使用喷射粉碎机进行微细粉碎处理,喷射压力为0.78Mpa,抗菌玻璃粉末的投入量是5kg/hr,最后形成平均体积粒径(D50)为2.6μm,比表面积为26000cm2/cm3的抗菌玻璃粉末。
细粉碎后的抗菌玻璃粉末,经电子显微镜观察,可以确认95重量%以上的微粒子是有角有面的多面体。
3、抗菌树脂产品的生产制造
将多面体抗菌玻璃粉末与聚丙烯(PP)树脂混合,粉末的添加量为3重量%,室温下25kg/10min。随后在射出成形机上成形成形温度为190℃,具体产品是抗菌树脂化妆容器及瓶盖,见图4(a)(b)。
4、对抗菌玻璃粉末和抗菌树脂产品的评价
对抗菌玻璃粉末和抗菌树脂产品,作以下各项评价。
①、透明性
对抗菌玻璃粉末的透明性,使用显微镜,按以下标准进行评定。
优:无色透明
良:一部分不透明
中:一部分有白色感
差:完全呈白色
②、凝聚性
对抗菌玻璃粉末(多面体粒子)的表面,使用显微镜,按以下标准进行凝聚性评定。
优:表面周围无微细粒子附着
良:表面周围稍有微细粒子附着
中:表面周围有少量微细粒子附着
差:表面周围有大量微细粒子附着
③、Ag离子的溶出性
把100g抗菌玻璃粉末浸渍在500ml蒸馏水(20℃)中,使用振动机振动1小时。然后用远心分离器把析出的Ag离子从溶液中分离出来,再用滤纸(5C)过滤,作为检测样品。检测样品中的Ag离子,用ICP发光分光分析法进行测量,再进一步算出Ag离子的溶出量(mg/kg换算)。
④、耐变色性
用紫外线照射装置对抗菌玻璃粉末持续照射(反光罩温度:63℃,照度:300~700nm,255w/m2),照射一定时间后,用显微镜,按以下标准,对抗菌玻璃粉末的耐变色性进行评定。评定结果见表1。
优:持续照射100小时后,仍是无色透明的
良:持续照射50小时后,还是无色透明的
优:持续照射10小时后,还是无色透明的
优:持续照射10小时后,玻璃颜色发生变化的
⑤、抗菌性能评价1、评价2
把抗菌玻璃粉末加入到聚丙烯(PP)树脂中,添加量0.2重量%,混合后在成形机上成形,制成厚2mm、长50mm、宽50mm的板材,作为抗菌性能测试样片。
同时,把试验菌在琼脂平板培养盘上培养,培养温度35℃,培养时间24小时,培养液浓度1/500(荣研化学株式会社制),培养后的培养液中,试验菌数应控制在1×106CFU/ml。
试验菌采用具有代表性的金黄色葡萄球菌(Staphy lococus aureus IFO#12732)和大肠杆菌(Escherichia Coji ATCC#8739)二种菌。各取0.5ml培养液滴在测试样片上,覆上薄膜,置于恒温湿箱中培养,湿度95%、温度35℃的条件下,培养24小时,之后再测算测试样片上的试验菌数(发育集落)。
不含抗菌玻璃粉末的聚丙烯(PP)树脂,同样制作测试样板,用同样的培养液,同样的培养方法培养,之后测算不含抗菌玻璃粉末的测试样板上的试验菌数(发育集落)。
比较两个测试样板上的试验菌数(发育集落),可得出抗菌树脂样片的抗菌性能。
抗菌评价1是金黄色葡萄球菌的测试结果,抗菌评价2是大肠杆菌的测试结果。
抗菌性能评价标准如下:
优:含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数/不含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数小于1/10000
良:含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数/不含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数在1/10000~1/1000之间
中:含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数/不含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数在1/1000~1/100之间
差:含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数/不含抗菌玻璃粉末的测试样板上,24小时培养后的菌数大于1/100
⑥、表面平滑性
用表面平滑度测量仪,对抗菌树脂产品的表面进行测量,按以下标准,对表面平滑性进行评价。
优:表面粗糙度在1μm以下
良:表面粗糙度在10μm以下
中:表面粗糙度在50μm以下
差:表面粗糙度在50μm以上
【实例2】
实例2采用与实例1相同的抗菌玻璃粉末(抗菌玻璃配方1),不同的只是最后细粉碎时,抗菌玻璃粉末的投入量改为50kg/hr,最后成形平均体积粒径(D50)为13.4μm,比表面积为9800cm2/cm3的多面体抗菌玻璃粉末,并且采用与实例1相同的制造方法,制成抗菌树脂产品,并对产品进行评价。
【实例3】
实例3采用与实例1相同的抗菌玻璃粉末(抗菌玻璃配方1),不同的只是最后细粉碎时,抗菌玻璃粉末的投入量改为30kg/hr,最后成形平均体积粒径(D50)为10.9μm,比表面积为19700cm2/cm3的多面体抗菌玻璃粉末,并且采用与实例1相同的制造方法,制成抗菌树脂产品,并对产品进行评价。
【实例4】
实例4则仅对抗菌玻璃组成成分作了改动,制造方法与实例1完全相同,并对所制造的抗菌树脂产品进行评价。
本例的抗菌玻璃配方如下:
相对于整体重量,P2O5的含量为59.6重量%、CaO的含量为26.3重量%、Na2O的含量为0.6重量%、B2O3的含量为10重量%、Ag2O的含量为3重量%、CeO2的含量为0.5重量%。
本例的抗菌玻璃粉末同样为多面体形状,平均体积粒径(D50)为2.6μm,比表面积为25000cm2/cm3
【比较例1】
比较例1采用与实例1相同的抗菌玻璃粉末(抗菌玻璃配方1),但是粉末的平均体积粒径(D50)不同。比较例1的抗菌玻璃粉末的平均体积粒径(D50)为35μm,比表面积为8000cm2/cm3,同样制成抗菌树脂产品,并对产品进行评价。
【比较例2】
比较例2采用与实例1相同的抗菌玻璃粉末(抗菌玻璃配方1),但是最后细粉碎时,使用的不是喷射粉碎机,而是球磨机。细粉碎之后,再用火焰法处理,最后形成的抗菌玻璃粉末的形状为球状,平均体积粒径(D50)为35μm,比表面积为4000cm2/cm3,同样制成抗菌树脂产品,并对产品进行评价。
                                      【表1】

  实例1  实例2  实例3  实例4  比较例1  比较例2  玻璃配方    1  1  1  1  1  1    Ag2O含量    (wt%)    3  3  3  3  3  3    D50(μm)    2.6  13.4  10.9  2.6  35  35    D90(μm)    7.1  44.8  34.2  7.0  102  83    D90/D50    2.7  3.3  3.1  2.7  2.9  2.4    形状    多面体  多面体  多面体  多面体  多面体  球状    比表面积    (cm2/cm3)    26000  9800  19700  26000  8000  4000    透明性    优  良  优  优  良  中    凝聚性    良  良  优  优  中  差    Ag溶出量    (mg/kg)    4320  2180  2360  1260  415  208    耐变色性    优  良  优  优  中  中    抗菌评价1    优  良  优  优  良  良    抗菌评价2    优  良  优  优  良  良    表面平滑性    优  良  良  优  中  差

【产业上的应用性】
如以上说明的那样,只要象本发明抗菌树脂产品一样,通过控制抗菌玻璃粉末的形状,平均体积粒径(D50),比表面积以及添加量,就能提高抗菌玻璃粉末的耐变色性、透明性、分散性。混合成形时,能不受成形装置种类的影响,也不受抗菌玻璃粉末添加量大小的影响,制造出表面光滑美丽的抗菌树脂产品。
通过本发明的制造方法,将抗菌玻璃粉末的形状、平均体积粒径(D50)、比表面积、添加量控制在规定范围内,就能高效率地生产制造表面光滑美丽的抗菌树脂产品,且不受成形装置种类和添加量大小的影响。
此外本发明抗菌树脂产品,对SARS病毒也有一定灭活作用。例如SARS病毒附着在抗菌树脂产品表面时,能被有效地灭活。

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本发明提供一种抗菌树脂产品及其制造方法。其中抗菌玻璃粉末不变色,透明度高、分散性良好。抗菌树脂产品表面光滑美丽,且生产制造要不受成形装置种类、抗菌玻璃粉末添加量的影响。在本发明的抗菌树脂产品中,相对于整体重量,抗菌玻璃粉末的添加量控制在0.110重量,抗菌玻璃粉末的形状为多面体,平均体积粒径(D50)控制在0.230m范围内,比表面积控制在9,00030,000cm2/cm3范围内,就能生产出表面。

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