阅读说明：本技术 一种抗菌刷丝及其制备方法与应用 (Antibacterial brush wire and preparation method and application thereof ) 是由 殷发志 王欢 梁高胜 邹振鹏 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明适用于日用品技术领域,提供了一种抗菌刷丝及其制备方法与应用。该抗菌刷丝含有1.0％～8.0％抗菌剂母粒、86.0％～98.95％挤出原料和0.05％～6.0％助剂；所述抗菌剂母粒含有5.0％～30.0％抗菌剂；所述抗菌剂含有1.0％～5.0％银离子和95.0％～99.0％玻璃载体,所述百分比为重量百分比；所述抗菌刷丝的直径为0.04mm～5.0mm。本发明还提供所述抗菌刷丝的制备方法以及应用。本发明有利于抗菌剂在机体中的分散,降低刷丝的生产难度,同时提高刷丝的抗菌稳定性和抗黄变效果,24小时的抗菌率可达99.9％以上。制备得到的刷丝直径可达0.04mm,颜色稳定,可以适用于牙缝刷、牙刷、化妆刷等行业。(The invention is applicable to the technical field of daily necessities and provides an antibacterial brush wire and a preparation method and application thereof. The antibacterial brush wire contains 1.0-8.0% of antibacterial agent master batch, 86.0-98.95% of extrusion raw material and 0.05-6.0% of auxiliary agent; the antibacterial agent master batch contains 5.0-30.0% of an antibacterial agent; the antibacterial agent contains 1.0-5.0% of silver ions and 95.0-99.0% of glass carrier, and the percentages are weight percentages; the diameter of the antibacterial brush wire is 0.04 mm-5.0 mm. The invention also provides a preparation method and application of the antibacterial brush wire. The invention is beneficial to the dispersion of the antibacterial agent in the organism, reduces the production difficulty of the brush wire, simultaneously improves the antibacterial stability and the anti-yellowing effect of the brush wire, and the antibacterial rate of 24 hours can reach more than 99.9 percent. The prepared brush wire has the diameter of 0.04mm and stable color, and can be applied to industries such as interdental brush, toothbrush, cosmetic brush and the like.)

一种抗菌刷丝及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于日用品技术领域，尤其涉及一种抗菌刷丝及其制备方法与应用。 该抗菌刷丝可以应用于牙缝刷、牙刷、化妆刷、油漆刷、奶瓶刷、厨房清洁刷、 吸尘器、民用刷或工业刷等各种刷具中。

背景技术

现有抗菌剂主要分为有机抗菌剂和无机抗菌剂。有机抗菌剂不耐高温，在 塑料加工过程中易分解；有一定的毒性，会产生微生物耐药性，且有机成分易 溶于溶剂，而刷丝的使用环境常含有各种清洗剂洗涤剂，故不适用于生产刷丝。 而且，有的抗菌单丝生产直径较大，不适用于牙缝刷、牙刷、化妆刷等行业， 使用普通的抗菌剂很难生产颜色稳定的小直径刷丝产品。

无机抗菌剂的主要有效成分为金属离子，其中以银离子的抗菌效果最佳。 由于金属离子化学性质活泼，一般将其负载在无机载体表面或结构中，加工成 制品后，再缓慢释放出来，具有光谱长效、不产生耐药性、无毒副作用的特点。 常见的无机载体分为以沸石为代表的硅酸盐载体，磷酸盐载体和玻璃系列载体。 其中玻璃系列载体的抗菌剂金属溶出量较大，抗菌效果较好。

银离子抗菌剂的主要作用机理如下：

1、干扰细胞壁的合成。细菌细胞壁重要组分为肽聚糖，银离子抗菌剂对细 胞壁的干扰作用，主要抑制多糖链与四肽交联和连结，从而使细胞壁失去完整 性，失去了对渗透压的保护作用，损害菌体而死亡。

2、可损伤细胞膜。细胞膜是细菌细胞生命活动重要的组成部分。因此，如 细胞膜受损伤、破坏，将导致细菌死亡。

3、抑制蛋白质的合成，导致蛋白质的合成过程变更、停止、使细菌死亡。

4、干扰核酸的合成。总的说是阻碍遗传信息的复制，包括DNA、RNA的 合成，以及DNA模板转录mRNA等。

但是由于银离子化学性质活泼，极易被氧化，而产生变色发黄等现象。银 离子抗菌剂在添加到塑料中进行生产时主要容易与石灰酸(苯)酚类树脂添加 剂、硫磺类树脂添加剂、与含有氯或氯气的树脂添加剂或催化剂残留物、胺类 树脂添加剂或防静电剂、含有羧基和羟基的树脂添加剂和卤素阻燃剂反应而变 黄。

发明内容

本发明实施例提供一种抗菌刷丝及其制备方法与应用，该抗菌刷丝具有合 适的直径，颜色稳定，可以适用于牙缝刷、牙刷、化妆刷、洗澡刷、奶瓶刷、 吸尘器刷等行业。

一方面，本发明提供一种抗菌刷丝，含有1.0％～8.0％抗菌剂母粒、86.0％～98.95％挤出原料和0.05％～6.0％助剂；所述抗菌剂母粒含有5.0％～30.0％抗菌 剂；所述抗菌剂含有1.0％～5.0％银离子和95.0％～99.0％玻璃载体，所述百分 比为重量百分比；所述抗菌刷丝的直径为0.04mm～5.0mm。进一步地，所述抗 菌刷丝的直径为0.04mm～0.06mm。

进一步地，所述抗菌刷丝的直径为0.18mm～0.20mm。

进一步地，所述挤出原料优选为尼龙612或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。

进一步地，所述助剂优选为色母或润滑剂。

另一方面，本发明还提供所述抗菌刷丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将抗菌剂和造粒剂混合均匀，经双螺杆挤出机进行熔融，挤出，冷却， 切粒，得到抗菌剂母粒，所述抗菌剂母粒含有5.0％～30.0％抗菌剂；

(2)将1.0％～8.0％步骤(1)的抗菌剂母粒、86.0％～98.95％挤出原料和 0.05％～6.0％助剂混合后挤出，得到挤出树脂；将所述挤出树脂冷却后拉伸， 控制拉伸倍率为2～5倍，得到拉伸树脂；将所述拉伸树脂于80～300℃定型， 得到抗菌刷丝；所述百分比为重量百分比。

步骤(1)中，

所述造粒剂优选为尼龙或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。

步骤(2)中，

所述挤出原料优选为尼龙612或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。所述抗菌 剂母粒优选在60-120℃干燥的抗菌剂母粒，所述挤出原料优选在60-120℃干燥 的挤出原料。

所述助剂为色母或润滑剂。

所述挤出优选在挤出机中进行，所述挤出机的温度为150～300℃。

所述定型优选在热风机中进行。

进一步地，所述抗菌刷丝的制备方法，还包括如下步骤：将所述抗菌刷丝 置于质量分数为5.0％～80.0％的腐蚀液中，于40℃～200℃腐蚀处理3min～ 120min，清洗，于50℃～100℃烘干，得到抗菌磨尖丝。

进一步地，所述腐蚀液为含有氢氧化钠质量分数为5.0％～80.0％的氢氧化 钠水溶液。

再一方面，本发明还提供所述抗菌刷丝的应用，所述抗菌刷丝可应用于牙 缝刷、牙刷、化妆刷、油漆刷、奶瓶刷、厨房清洁刷、吸尘器、民用刷或工业 刷等各种刷器中。

本发明将抗菌剂与造粒剂造粒得到抗菌剂母粒，再将抗菌剂母粒与挤出原 料混合制备抗菌刷丝，有利于抗菌剂在机体中的分散，降低刷丝的生产难度， 同时提高刷丝的抗菌稳定性和抗黄变效果，24小时的抗菌率可达99.9％以上。 本发明制备的刷丝直径可达0.04mm，颜色稳定，可以适用于牙缝刷、牙刷、化 妆刷、洗澡刷、奶瓶刷、吸尘器刷等行业。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件 之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性 指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆 卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也 可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作 用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具 体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可 以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连 接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第 一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重 要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二” 的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技 术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当 技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存 在，也不在本发明要求的保护范围之内。

目前，一般的有机抗菌剂不耐高温，在塑料加工过程中易分解，有一定的 毒性，会产生微生物耐药性，且有机成分易溶于溶剂，而刷丝多用于各种清洗 剂洗涤剂，故不适用于生产刷丝。而且，有的抗菌单丝生产直径较大，不适用 于牙缝刷、牙刷、化妆刷等行业，使用普通的抗菌剂很难生产颜色稳定的小直 径刷丝产品。无机抗菌剂银离子的化学性质活泼，极易被氧化，而产生变色发 黄等现象。为了解决上述技术问题，本发明提出了一种抗菌刷丝及其制备方法 与应用。

本发明提供一种抗菌刷丝，含有1.0％～8.0％抗菌剂母粒、86.0％～98.95％ 挤出原料和0.05％～6.0％助剂；”所述抗菌剂母粒含有5.0％～30.0％抗菌剂；所 述抗菌剂含有1.0％～5.0％银离子和95.0％～99.0％玻璃载体，所述百分比为重 量百分比；所述抗菌刷丝的直径为0.04mm～5.0mm。

在本发明的实施例中，抗菌剂母粒的含量根据实际需要，可以为1.0％、 2.0％、3.5％、4.0％、5.0％、7.0％或者8.0％，抗菌剂母粒含量太低则抗菌效果 较差，抗菌剂母粒的含量太高则容易增加生产难度、导致刷丝的直径不均一稳 定，抗菌剂母粒含量在3.0％～5.0％的效果最佳。挤出原料的用量可以为86.0％、 90.5％、93.5％、94％、95％、96.0％或者98.95％等，优选为89.0％～96.45％。 助剂的用量可以为0.05％、0.5％、1.0％、1.5％、3.0％或者6.0％。助剂可以包含 润滑剂，有助于塑料加工过程中的内外润滑。刷丝需要做不同于本色的颜色时， 助剂也可以包含色母或色粉，色母或色粉用于塑料的上色。抗菌剂母粒中可以 含有5％、10％、20％、25％或者30％的抗菌剂。抗菌剂中含有银离子的含量可 以为1.0％、2.0％、3.0％、4.0％或者5.0％，相应的，抗菌剂中含有玻璃载体的 含量可以为95％、96％、97％、98％或者99％。抗菌刷丝的直径可以为0.04mm、 0.05mm、0.06mm、0.1mm、0.15mm、0.18mm、0.19mm、0.20mm、1.0mm、1.5mm、 2.0mm、3.0mm、4.0mm或者5.0mm等。本申请的抗菌刷丝的直径最细可以为 0.04mm，可以用于制备牙缝刷、牙刷、化妆刷等刷器。

所述银离子采用如下方法进行抗变色处理：将银离子抗菌剂与分散剂，造 粒剂均匀混合，放入双螺杆挤出机中，经过熔融、冷却、切粒，得到抗菌剂母 粒。其中分散剂主要是硬脂酸锌和/或硬脂酸镁，分散剂帮助银离子抗菌剂在造 粒剂中均匀分散，使抗菌剂母粒中抗菌剂的含量均匀。抗菌剂母粒添加到挤出 原料中时，在挤出原料中分布均匀，不出现团聚，避免了因银离子含量过高而 出现黄变。

另一方面，本发明还提供所述抗菌刷丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将抗菌剂和造粒剂混合均匀，经双螺杆挤出机进行熔融，挤出，冷却， 切粒，得到抗菌剂母粒，所述抗菌剂母粒含有5％～30％抗菌剂；

(2)将1.0％～8.0％步骤(1)的抗菌剂母粒、86.0％～98.95％挤出原料和 0.05％～6.0％助剂混合后挤出，得到挤出树脂；将所述挤出树脂冷却后拉伸， 控制拉伸倍率为2～5倍，得到拉伸树脂；将所述拉伸树脂于80～300℃定型， 得到抗菌刷丝；所述百分比为重量百分比。

步骤(2)中，

所述抗菌剂母粒优选在60-120℃干燥的抗菌剂母粒，所述挤出原料优选在 60-120℃干燥的挤出原料。

所述挤出优选在挤出机中进行，所述挤出机的温度为150～300℃。

所述定型优选在热风机中进行。

进一步地，所述抗菌刷丝的制备方法，还包括如下步骤：将所述抗菌刷丝 置于质量分数为5.0％～80.0％的腐蚀液中，于40℃～200℃腐蚀处理3min～ 120min，清洗(用清水冲洗刷丝表面残留的腐蚀液，将刷丝用离心机脱水)，放 入恒温烤箱，于50℃～100℃烘干，，得到抗菌磨尖丝。

进一步地，所述腐蚀液为含有氢氧化钠质量分数为5.0％～80.0％的氢氧化 钠水溶液。

再一方面，本发明还提供所述抗菌刷丝的应用，所述抗菌刷丝可应用于牙 缝刷、牙刷、化妆刷、油漆刷、奶瓶刷、厨房清洁刷、吸尘器、民用刷或工业 刷等各种刷器中。

本发明提高了无机抗菌剂在树脂基体中的分散性，提高了刷丝产品的抗菌 效率；通过将抗菌剂粉体做成与载体与基体树脂相同的母粒，便于与基体树脂 混合均匀，避免了抗菌剂粉体的团聚，降低了抗菌剂添加到基体树脂中后刷丝 生产难度，解决了抗菌剂中金属离子容易变色的问题。

具体的，在一个实施例中，一种尼龙612抗菌刷丝，含有3.5％抗菌剂母粒、 90.5％～96.45％尼龙612和0.05％～6.0％白色母(或/和润滑剂乙撑双硬脂酰胺)； 所述抗菌剂母粒含有10.0％～30.0％抗菌剂；所述抗菌剂含有1.0％～5.0％银离 子和95.0％～99.0％玻璃载体，所述百分比为重量百分比；所述尼龙612抗菌丝 的直径为0.04mm～0.06mm。

所述尼龙612抗菌刷丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将抗菌剂和尼龙612混合均匀，经双螺杆挤出机进行熔融，挤出， 冷却，切粒，得到抗菌剂母粒，所述抗菌剂母粒含有10％～30％抗菌剂；

(2)将3.5％步骤(1)的抗菌剂母粒(在60-100℃干燥后使用)、90.5％～ 96.45％尼龙612(在60-100℃干燥后使用)和0.05％～6.0％白色母(或/和润滑 剂乙撑双硬脂酰胺)混合后置于挤出机中，于150～300℃挤出，得到挤出树脂； 将所述挤出树脂冷却后拉伸，控制拉伸倍率为2～5倍，得到拉伸树脂；将所述 拉伸树脂置于热风机中，于80～300℃定型，得到尼龙612抗菌刷丝；所述百 分比为重量百分比。

在该实施例中，控制上述原料的用量和制备条件在上述的数值范围内即可 以制备得到符合要求的尼龙612抗菌刷丝。

将上述尼龙612抗菌刷丝按照标准ASTM E 2149-2010测试1小时，结果 发现尼龙612抗菌刷丝具有抗菌活性。

将上述尼龙612抗菌刷丝模拟使用条件，按照标准ISO4611:2010中的 4.2.1，在40℃，93％RH下放置48小时后，再按照标准ASTM E 2149-2010测 试1小时，结果发现尼龙612抗菌刷丝具有抗菌活性。

将上述尼龙612抗菌刷丝按照标准ISO 22196:2011测试24小时，结果发 现尼龙612抗菌刷丝的抗菌率达到99.9％以上。

将上述尼龙612抗菌刷丝在以下几种条件下进行颜色变化测试1周，目测 颜色与测试前相比均无明显变化：

1、室外暴露测试1周，目测颜色无变色，测色机测试DE:0～0.5；

2、光照强度60W/m²，黑板温度63℃测试1周，目测有变色，测色机测试 DE:1.5～3.0；

3、在温度50℃的试管中测试1周，目测无变色，测色机测试DE:0～0.5；

4、在50℃烘箱中，放在含有硫磺类物质的纸箱纸板的锥形瓶中1周，目 测无变色，测色机测试DE:0～0.5；

5、在50℃烘箱中，放在含有硫磺类物质的纸箱纸板和5mL的锥形瓶中1 周，目测有轻微变色，测色机测试DE:0.5～1.5。

上述尼龙612抗菌刷丝通过了ROHS、REACH SVHC、PHTHALATES、 California prop65、PAHS等多项环保法规要求的环保测试，结果均符合相关规 定的要求。

具体的，在本发明的另一实施例中，一种PBT抗菌磨尖丝(属于抗菌刷丝 的一种)，含有5.0％抗菌剂母粒、89.0％～94.95％PBT和0.05％～6.0％色母(或 /和润滑剂乙撑双硬脂酰胺)”，所述抗菌剂母粒含有5％～20％抗菌剂；所述抗 菌剂含有1.0％～5.0％银离子和95％～99％玻璃载体，所述百分比为重量百分 比；所述PBT抗菌磨尖丝的直径为0.18mm～0.20mm。

所述PBT抗菌磨尖丝的制备方法，包括如下步骤：

(1)将抗菌剂和PBT混合均匀，经双螺杆挤出机进行熔融，挤出，冷却， 切粒，得到抗菌剂母粒，所述抗菌剂母粒含有5％～20％抗菌剂；

(2)将5.0％步骤(1)的抗菌剂母粒(在80-120℃干燥后使用)、89.0％～ 94.95％PBT(在80-120℃干燥后使用)和0.05％～6.0％色母(或/和润滑剂)混 合后置于挤出机中，于200～300℃挤出，得到挤出树脂；将所述挤出树脂冷却 后拉伸，控制拉伸倍率为2～5倍，得到拉伸树脂；将所述拉伸树脂置于热风机 中，于100～300℃定型，得到PBT抗菌刷丝；所述百分比为重量百分比；

(3)将所述PBT抗菌刷丝置于质量分数为5.0％～80.0％的腐蚀液中，于40℃～200℃腐蚀处理3min～120min，清洗(用清水冲洗刷丝表面残留的腐蚀 液，将刷丝用离心机脱水)，放入恒温烤箱，于50℃～100℃烘干，得到PBT 抗菌磨尖丝；

所述腐蚀液为含有氢氧化钠质量分数为5.0％～80.0％的氢氧化钠水溶液。

在该实施例中，控制上述原料的用量和制备条件在上述的数值范围内即可 以制备得到符合要求的PBT抗菌磨尖丝。

将上述PBT抗菌磨尖丝按照标准ASTM E 2149-2010测试1小时，结果发 现PBT抗菌磨尖丝具有抗菌活性。

将上述PBT抗菌磨尖丝模拟使用条件，按照标准ISO4611:2010中的4.2.1， 在40℃，93％RH下放置48小时后，再按照标准ASTM E 2149-2010测试1小 时，结果发现PBT抗菌磨尖丝具有抗菌活性。

将上述PBT抗菌磨尖丝按照标准ISO 22196:2011测试24小时，结果发现， PBT抗菌磨尖丝的抗菌率达到99.9％以上。

上述PBT抗菌磨尖丝通过了ROHS、REACH SVHC、PHTHALATES、 California prop 65等多项环保法规要求的环保测试，结果均符合相关规定的要 求。

对比实施例一

一种以磷酸盐为载体的银离子抗菌剂，配方为：PBT或尼龙612(98.0％)+ 抗菌剂(1.5％)+润滑剂(0.5％)，所述抗菌剂含有1.0％～5.0％银离子和95.0％～ 99.0％磷酸盐，制备方法同尼龙612抗菌刷丝的制备方法。

因其中银离子容易氧化变色，导致有效抗菌银离子较少，抗菌剂添加量达 到1.5％，按照标准JIS Z2801-5.2测试抗菌效果，抗菌率可达到99％以上。但 此无机抗菌剂的添加量相对较大，直接与树脂基体混合后生产得到的刷丝的直 径不稳定，很难进行正常加工。

将抗菌剂与聚酯颗粒按照聚酯(80.0％)+抗菌剂(20.0％)的配方造粒后得到 抗菌母粒，再按照PBT(96.5％)+抗菌母粒(3.0％)+润滑剂(0.5％)的配方、 参照尼龙612抗菌刷丝的制备方法生产得到聚酯刷丝。虽然该聚酯刷丝为常规 直径的刷丝，但放置后颜色有明显发黄现象。

对比实施例二

一种以玻璃为载体的银离子粉体抗菌剂，银离子含量0.2％～1.0％，由于银 离子含量低，颜色较稳定，常用于纺丝产品；但是也因为银离子含量过低，并 且抗菌剂粉体与塑料颗粒难以均匀混合，导致抗菌剂粉体在刷丝中分散不均， 直接导致抗菌效率下降。通过提高添加量的方法，也会直接导致产品加工困难， 抗菌剂分散不均匀，无法保证产品具有稳定的抗菌效果。在尼龙树脂中直接添 加0.3％、0.6％、0.8％、1.0％，1.5％的上述银离子粉体抗菌剂、按照尼龙612 抗菌刷丝的制备方法生产刷丝，生产的刷丝产品按照标准ASTME 2149-2010 测试，抗菌效果均不稳定；抗菌剂的添加分量高于1.5％时，产品生产较困难。

对比实施例三

将尼龙和抗菌剂按照配方尼龙(70.0％～90.0％)+抗菌剂(10.0％～30.0％) 混合造粒制得抗菌剂母粒，抗菌剂也是玻璃载体系列银离子粉体抗菌剂，其中 银离子含量1.0％～5.0％，未使用硬脂酸锌和/或硬脂酸镁分散体系。未经过特 殊抗变色处理。

按照尼龙612(90.5～96.45％)+抗菌剂母粒(3.5％)+色母和/或润滑剂 (0.05％～6.0％)、按照上述尼龙612抗菌刷丝的制备方法生产刷丝。制备得 到的刷丝按照标准ASTM E 2149-2010测试1小时，刷丝产品有抗菌活性；将 上述刷丝产品按照标准ISO22196:2011测试24小时，刷丝产品抗菌率达到 99.9％以上。但是刷丝产品放置后变色明显，做彩色刷丝颜色不均匀，不适合 应用于彩色刷丝的生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。