纳米竹炭筷子及其制备方法与流程

本发明涉及一种餐具用品，尤其涉及一种具有抑菌效果的塑料筷。

背景技术：

筷子乃是日常生活中用以夹取食物的主要餐具。常见的筷子的材质包括木质、塑料、金属。在人们使用筷子的过程中，由于筷子处于潮湿的状态或长期放置在不通风的地方容易滋生细菌或者发生霉变，影响筷子的美观度，更危害人们的身体健康。

授权公告号为cn106108568b的一种纳米竹炭筷子公布了由添加由载银锌铜沸石抗菌剂的聚丙烯树脂制备的筷子，由于沸石具有多孔结构，比表面积较大，且沸石结具有很强的阳离子交换能力，是一种天然的抗菌剂载体；银离子、锌离子、铜离子均具有较强的杀菌能力，三者按比例混合使用，对杀菌能力的提高起到协同作用。

但是由于载银锌铜沸石原料成本高，生产工艺复杂，且银、铜离子易析出而累积在人体内，不利于身体健康，因此，限制了纳米竹炭筷子的推广应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米竹炭筷子，其具有防霉、抑菌、杀菌、除异味的作用；同时提供了该纳米竹炭筷子的制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：纳米竹炭筷子，由抗菌塑料注塑成型，所述的抗菌塑料为由下述重量份数的原料共混制备的无机/有机复合材料：纳米tio2改性竹炭粉10-20份、聚对苯二甲酸乙二醇酯30-50份、聚对苯二甲酸丁二醇酯15-30份、玻璃纤维15-25份、偶联剂0.3-0.5份。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为：所述的纳米tio2改性竹炭粉的直径为10-20纳米。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为：所述的抗菌塑料的原料中还包括相容剂1.5-3份、润滑剂2-4份。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为所述的偶联剂由以下质量比例的原料混合组成：硅烷偶联剂：钛酸酯偶联剂＝1：1。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为：在所述的相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为：所述的玻璃纤维直径为9-13μm。

本发明保护的另一个主题为，纳米竹炭筷子的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一、将纳米tio2改性竹炭粉、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、偶联剂、相容剂、润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；

步骤二、将上述混合物加入至双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量；

步骤三、将制备的上述改性共混物造粒制备母粒并干燥后，将所述的母粒注塑成型制备纳米竹炭筷子。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优化的技术方案为：所述的步骤二中，双螺杆挤出机于250℃～320℃温度下挤出制备所述的改性共混物。

与现有技术相比，本发明的优点是利用通过在玻纤增强的pet/pbt共混复合材料中添加纳米tio2改性竹炭粉不但进一步增大了筷子的强度，同时兼具防霉、抑菌、杀菌、除异味的作用。尤其是对大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌具有明显的抑菌、杀菌效果。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为本实施例一至四的纳米竹炭筷子的制备流程图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

实施例一：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；纳米tio2改性竹炭粉的直径为13纳米；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为10μm。

称取原料：

称取纳米tio2改性竹炭粉20份、硅烷偶联剂0.2份、钛酸酯偶联剂0.2份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.6份、内润滑剂2份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)20份。

原料混合：

将称取好的纳米tio2改性竹炭粉、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量20份。各区温度设置范围为260～300℃，螺杆转速为320r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

本实施例中采用的纳米tio2改性竹炭粉也称纳米活性竹炭，是一种光触媒吸附杀菌材料，是一种新型的炭质强吸附剂，是用先进的工艺技术将纳米级光触媒材料tio2负载到竹炭大、中、小孔隙壁上及竹炭的表面，使竹炭与光触媒材料tio2完美结合，因而具有竹炭质的强吸附性，同时还具有纳米光触媒材料的性能，即能将吸附的有机物质，如空气中氨、甲醛、苯酚等，通过tio2在光的作用下，释放出的oh离子作用，分解成为水和co2，此外还用将病毒、细菌的细胞膜和细胞质的蛋白质变性而杀灭，因而具有强大的吸附性、清毒、除臭、净化及杀灭病原微生物作用。

通过在玻纤增强的pet/pbt共混复合材料中添加纳米tio2改性竹炭粉不但进一步增大了筷子的强度，同时兼具防霉、抑菌、杀菌、除异味的作用。尤其是对大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌具有明显的抑菌、杀菌效果。

本实施例中，利用各添加剂的液体状态充分分散纳米tio2改性竹炭粉，纳米tio2改性竹炭粉在高温下团聚而影响性能。而且利用高温共混挤出成型，进一步将纳米tio2改性竹炭粉均匀地分散到玻纤增强的pet/pbt共混复合材料中，使得材料的抑菌、杀菌、去味效果更佳优良。

在本实施例中，联用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂两类偶联剂，其中为保持偶联剂的稳定性，硅烷偶联剂选用中性的硅烷偶联剂。通过两种偶联剂的联用起到协同效应，有利于玻纤和纳米tio2改性竹炭粉的同时改性。

而马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物这一相容剂的加入效改善pet/pbt共混物与纳米tio2改性竹炭粉这一无机粉体的相容性，提高复合材料的综合性能。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为99.90％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为99.92％。

实施例二：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；纳米tio2改性竹炭粉的直径为13纳米；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为10μm。

称取原料：

称取纳米tio2改性竹炭粉10份、硅烷偶联剂0.2份、钛酸酯偶联剂0.1份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.7份、内润滑剂3份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)30份；

原料混合：

将称取好的纳米tio2改性竹炭粉、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量20份。各区温度设置范围为240～270℃，螺杆转速为300r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为98.66％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为98.69％。

实施例三：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；纳米tio2改性竹炭粉的直径为20纳米；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为13μm。

称取原料：

称取纳米tio2改性竹炭粉15份、硅烷偶联剂0.2份、钛酸酯偶联剂0.1份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.7份、内润滑剂3份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)25份；

原料混合：

将称取好的纳米tio2改性竹炭粉、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量35份。各区温度设置范围为240～270℃，螺杆转速为300r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为98.84％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为99.02％。

实施例四：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；纳米tio2改性竹炭粉的直径为13纳米；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为10μm。

称取原料：

称取纳米tio2改性竹炭粉30份、硅烷偶联剂0.2份、钛酸酯偶联剂0.1份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.7份、内润滑剂3份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)20份；

原料混合：

将称取好的纳米tio2改性竹炭粉、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量20份。各区温度设置范围为270～320℃，螺杆转速为300r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为99.92％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为99.94％。

随着，纳米tio2改性竹炭粉量的增加，制备的纳米竹炭筷子对大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌的杀菌能力提高，但是经力学测试，两条的机械强度降低。这可能是因为在复合材料的制备过程中，纳米tio2改性竹炭粉的自由表面变成润湿的界面，形成聚合物-无机粉体界面层，体系产生的界面能过剩，随着纳米tio2改性竹炭粉填充率的增大，界面能也随之增大，将有可能破坏了原有的pet/pbt共混体系的结构，给机械性能带来不利影响。因此不能为提高材料的杀菌性而一味提高纳米tio2改性竹炭粉填充率。

实施例五：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；普通纳米竹炭粉的直径为20纳米；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为9μm。

称取原料：

称取普通纳米竹炭粉20份、硅烷偶联剂0.2份、钛酸酯偶联剂0.1份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1.7份、内润滑剂3份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)20份；

原料混合：

将称取好的普通纳米竹炭粉、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量20份。各区温度设置范围为270～320℃，螺杆转速为300r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为26.53％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为27.9％。

实施例六：

原料预备：

将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯放置于120℃的烘箱中干燥4h以上；玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为9μm。

称取原料：

称取硅烷偶联剂0.2份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物1份、内润滑剂3份、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)40份、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)40份；

原料混合：

将称取好的硅烷偶联剂、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和内润滑剂加入至高速混合机中搅拌混合；将称取好的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯加入至高速混合机中搅拌混合；然后将以上两种混合料一同加入高速混合机中进行充分混合。

共混挤出：

将上述混合物加入刀双螺杆挤出机中进行混炼挤出，同时玻璃纤维由侧喂料口加入，并通过调整主喂料频率与螺杆转速控制玻璃纤维含量20份。各区温度设置范围为270～300℃，螺杆转速为300r/min。

干燥造粒：

经双螺杆挤出机挤出冷却，通过切粒机造粒形成改性共混物母粒，并将母粒进行干燥。

注塑成型：

将上述母粒倒在注塑机料筒中，筒烘干温度设为80℃，并伴有鼓风机送风，烘干后开始注塑操作制备纳米竹炭筷子。

在本实施例中，通过对共混母粒制备成的样条的抑菌、杀菌效果进行检测。将制备好的大肠杆菌和金黄色葡萄糖菌菌液涂覆到样条表面，在培养箱中37℃下培养24h，计数显示其对大肠杆菌24小时抑菌率为0％，对金黄色葡萄球菌24小时抑菌率为0％。

由此可见，纳米竹炭粉及纳米tio2改性竹炭粉均具有一定的抑菌效果。还应当指出的是实施例中的偶联剂、相容剂、内润滑剂的种类和含量可根据具体实践需要进行调整。

另外，纳米tio2改性竹炭粉可以从采用市场购买的改性竹炭粉，也可以自行配置，从而减少纳米tio2改性竹炭粉团聚对性能的影响。

其制备步骤包括：

将孔径为10～20nm的纳米tio2分散在含分散剂、稳定剂的乳液中，制备tio2前驱体浆液；

将孔径为200～300nm的纳米竹炭粉浸润在制备好的tio2前驱体浆液中；

浸涂2次，每次浸涂后均在350℃条件下烘干，得到纳米tio2改性竹炭粉。

以上对本发明所提供的纳米竹炭筷子及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。