一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃的制作方法

1.本发明涉及哑铃材料领域，特别涉及一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃。


背景技术：

2.哑铃是一种常见的健身器具，哑铃通常采用铁、钢材等金属材料与一些聚合物材料制成，例如专利cn101619154b公开的用于制备哑铃的组合物及以该组合物制备哑铃的方法、专利cn102746579a公开的一种复合材料哑铃类及杠铃类产品及其制造方法等。现有的哑铃普遍存在以下缺陷：在使用过程中，由于使用者手部会与哑铃直接接触，使用者健身时排出的汗液会浸染到哑铃上，长时间使用后哑铃表面容易滋生细菌，且汗液还容易造成哑铃内部铁材料生锈或加速老化等。所以，现在有必要对现有技术进行改进，以提供一种更可靠的方案。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抗菌哑铃材料，包括用于制备哑铃本体的芯材以及用于制备包覆在所述哑铃本体表面的膜层的膜材；
5.所述膜材按重量份计包括以下组分：
[0006][0007][0008]
优选的是，所述缓释抗菌粒子通过以下方法制备得到：
[0009]
1)将氨水加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，加热、不断搅拌下向该混合溶液中加入十二烷基胺和三甲苯，超声分散；不断搅拌下再加入正硅酸四乙酯，反应，反应结束后过滤，收集固体产物用乙醇清洗；然后煅烧，产物研磨成粉末，得到粒子微球；
[0010]
2)将步骤1)得到的粒子微球分散于无水乙醇中，加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷硅，搅拌反应；
[0011]
3)向步骤2)得到的产物中加入含硝酸银的乙醇溶液，搅拌反应，反应结束后过滤，弃滤液，固体产物清洗，真空干燥；
[0012]
4)将步骤3)得到的固体产物加入到封闭剂中浸泡，超声分散，搅拌反应，反应结束
后，真空干燥，得到缓释抗菌粒子；
[0013]
其中，封闭剂通过以下方法制备得到：将硫酸镁、可溶性淀粉加入到乙醇中，搅拌均匀后得到。
[0014]
优选的是，所述缓释抗菌粒子通过以下方法制备得到：
[0015]
1)将氨水加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，30-70、℃不断搅拌下向该混合溶液中加入十二烷基胺和三甲苯，超声分散5-10min；在35-55℃、不断搅拌下再加入正硅酸四乙酯，反应3-8小时，过滤，收集固体产物用乙醇清洗；然后在400-650℃、煅烧2-7小时，产物研磨成粉末，得到粒子微球；
[0016]
2)将步骤1)得到的粒子微球分散于无水乙醇中，加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷硅，搅拌反应0.5-1.5小时；
[0017]
3)向步骤2)得到的产物中加入含硝酸银的乙醇溶液，搅拌反应0.5-1小时，反应结束后过滤，弃滤液，固体产物清洗，30-65℃、真空干燥；
[0018]
4)将步骤3)得到的固体产物加入到封闭剂中浸泡，超声分散3-15min，搅拌，反应0.5-2小时后，30-65℃、真空干燥，得到缓释抗菌粒子。
[0019]
优选的是，所述封闭剂的原料中，按重量份计包括：硫酸镁2-10份、可溶性淀粉2-8份、乙醇90-100份。
[0020]
优选的是，其中，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，交联剂为季戊四醇。
[0021]
优选的是，所述芯材按重量份计包括以下组分：
[0022][0023]
优选的是，所述树脂为环氧树脂和聚碳酸酯的混合物，且环氧树脂和聚碳酸酯的质量比为7∶3-1∶1。
[0024]
本发明还提供一种抗菌哑铃，其包括哑铃本体和包覆在所述哑铃本体表面的膜层，所述哑铃本体通过如上所述的芯材制备得到，所述膜层通过如上所述的膜材制备得到。
[0025]
优选的是，该抗菌哑铃的制备方法为：
[0026]
s1、制备哑铃本体：
[0027]
s1-1、将铁粉、钠基膨润土均研磨至50-200微米，然后加入混合器中混合；200-450℃、搅拌1-3小时，加入偶联剂，120-300℃下，搅拌反应30-60min；
[0028]
s1-2、将树脂、聚乙二醇、硬脂酸锂加入混合器中，于150-280℃、搅拌反应30-90min；
[0029]
s1-3、将步骤2)的产物倒入模具中，在1-2mpa压力、120-170℃、保温3-15min，然后在0.5-1mpa压力下冷却至室温，脱膜，得到哑铃本体；
[0030]
s2、包覆膜层：
[0031]
s2-1、将聚氨酯、聚四氟乙烯、n，n-二甲基甲酰胺、聚乙烯蜡、二环己基甲烷二异氰酸酯加入反应器中，于80-130℃、400-1000r/min下搅拌反应2-4h；
[0032]
s2-2、再加入缓释抗菌粒子和交联剂，于60-85℃、750-2500r/min下搅拌1-3h，得到膜材；
[0033]
s2-3、将步骤s2-1制备的哑铃本体加热至55-80℃，然后将步骤s2-2制得的膜材均匀涂覆在步骤1)制备的哑铃本体表面，于35-50℃下干燥12-48h，形成膜层，制得所述抗菌哑铃。
[0034]
优选的是，其中，所述膜层厚度为2-10mm。
[0035]
本发明的有益效果是：本发明提供了一种抗菌哑铃材料以及基于其制备的抗菌哑铃，一方面，通过膜材在哑铃本体表面包覆形成膜层，既能对内部的哑铃本体起到隔绝与保护的功能，防止哑铃本体直接与空气接触而生锈或加速老化等，从而延长哑铃的使用寿命；又能为哑铃提供更为舒适的手感以及更加干净、卫生的接触面；
[0036]
另一方面，藉由缓释抗菌粒子能提供持续的抗菌性能，使得抗菌哑铃的膜层具备长效抗菌效果；用户使用哑铃时，手部与膜层接触，通过膜层内部能长效释放的银离子，实现持续抗菌；尤其是在处于手部出汗或空气潮湿等容易滋生细菌的环境时，银离子能自适应加速释放，从而能够实现抗菌的效果的自适应增强，极大的提高了哑铃的健康、卫生性能。
具体实施方式
[0037]
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0038]
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0039]
本发明提供了一种抗菌哑铃材料，包括用于制备哑铃本体的芯材以及用于制备包覆在哑铃本体表面的膜层的膜材；
[0040]
本发明中，芯材按重量份计包括以下组分：
[0041][0042]
其中，树脂为环氧树脂和聚碳酸酯的混合物，在优选的实施例中，环氧树脂和聚碳酸酯的质量比为7∶3-1∶1。混入聚碳酸酯能够有效提高粘结强度和机械强度。
[0043]
其中，偶联剂选用常规的硅烷偶联剂。例如，在一种实施例中，偶联剂为a171(乙烯基三甲氧基硅烷)。
[0044]
其中，聚乙二醇作为粘结剂能够有效提高芯材的粘结强度，而硬脂酸锂作为润滑
剂能够促进体系混合均匀。
[0045]
其中，钠基膨润土分散性强、胶质价高、粘结性强，能够提高铁粉、树脂之间的粘结强度，从而能提高制得的哑铃本体的机械强度。
[0046]
本发明中，膜材按重量份计包括以下组分：
[0047][0048]
其中，缓释抗菌粒子通过以下方法制备得到：
[0049]
1)将氨水加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，30-70℃、不断搅拌下向该混合溶液中加入十二烷基胺和三甲苯，超声分散5-10min；在35-55℃、不断搅拌下再加入正硅酸四乙酯，反应3-8小时，过滤，收集固体产物用乙醇清洗；然后在400-650℃下煅烧2-7小时(通过煅烧出去杂质，促进粒子微球内部形成丰富的空隙结构)，产物研磨成粉末，得到粒子微球；
[0050]
2)将步骤1)得到的粒子微球分散于无水乙醇中，加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷硅，搅拌反应0.5-1.5小时；
[0051]
3)向步骤2)得到的产物中加入含硝酸银的乙醇溶液，搅拌反应0.5-1小时，反应结束后过滤，弃滤液，固体产物清洗，30-65℃下真空干燥；
[0052]
4)将步骤3)得到的固体产物加入到封闭剂中浸泡，超声分散3-15min，搅拌，反应0.5-2小时后，30-65℃下真空干燥，得到缓释抗菌粒子；
[0053]
其中，封闭剂通过以下方法制备得到：将硫酸镁、可溶性淀粉加入到乙醇中，搅拌均匀后得到。在优选的实施例中，封闭剂的原料中，按重量份计包括：硫酸镁2-10份、可溶性淀粉2-8份、乙醇90-100份。
[0054]
在优选的实施例中，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，交联剂为季戊四醇。
[0055]
本发明中，一方面，通过膜材在哑铃本体表面包覆形成膜层，既能对内部的哑铃本体起到隔绝与保护的功能，防止哑铃本体直接与空气接触而生锈或加速老化等；又能为哑铃提供更为舒适的手感以及更加干净、卫生的接触面；膜层具有一定的弹性，且耐老化、耐刮性能优异，能将内部的哑铃本体完整封闭，可延长哑铃的使用寿命；
[0056]
另一方面，藉由缓释抗菌粒子能提供持续的抗菌性能，使得该膜材形成的膜层具备长效抗菌效果；用户使用哑铃时，手部与膜层接触，通过膜层内部能长效释放的银离子，实现持续抗菌；尤其是在处于手部出汗或空气潮湿等容易滋生细菌的环境时，能使银离子适当加速释放，从而能够实现自适应增强抗菌的效果，极大的提高了哑铃的健康、卫生性能。
[0057]
银离子具有较好的抗菌效果而作为抗菌剂被广泛应用，添加在各种产品中，但由于银离子活性较强，现有产品中，往往会出现“使用初期抗菌效果很好，但随时间延迟，抗菌效果快速下降”的抗菌时效短的缺陷，且银离子释放速率无法根据环境自适应控制，在许多应用场景中效果难以满足使用需求。哑铃中通过添加银离子能起到抗菌效果，但传统的方案难以满足哑铃长期使用所需的长效抗菌性能；另外，哑铃使用过程中，使用者排出的汗液会流道哑铃表面，汗液容易滋生细菌，对于此应用场景的需求是希望此种情况下，银离子的释放能够加速，以针对此环境提供更强的抗菌效果，显然现有的方案中难以实现，而本发明通过上述膜材则能够实现银离子的缓释以及银离子释放速率的自适应调节。
[0058]
具体的，本发明中先通过氨水、正硅酸四乙酯、十二烷基胺(作为活化剂)、三甲苯(能扩大孔径和孔容)制备出介孔二氧化硅粒子；再通过巯基的硅烷偶联剂：γ-巯丙基三甲氧基硅烷硅烷在介孔二氧化硅粒子的表面和内部空隙中引入大量巯基；然后通过将介孔二氧化硅粒子浸泡在银离子溶液中，藉由巯基和二氧化硅粒子丰富的孔隙结构，在二氧化硅粒子内部负载大量的银离子；最后通过封闭剂包覆二氧化硅粒子，并封闭二氧化硅粒子的微孔结构，使银离子较稳定负载于二氧化硅粒子中。
[0059]
在使用时，二氧化硅粒子内的银离子会从微孔中缓慢释放并通过封闭剂的空隙释放到膜层表面，且当空气潮湿或是膜层上接触较多汗液时(此时为溶液滋生细菌的环境)，具备防潮性能的硫酸镁会吸收表面的水分而出现一定程度的溶解，使得二氧化硅粒子中被封闭剂封闭的微孔逐渐被打开，银离子从二氧化硅粒子内释放到膜层表面，实现抗菌；尤其是当水分中的盐含量较高时，能促进封闭剂溶解，使微孔更快速被打开，并促进银离子从二氧化硅粒子内释放，从而使得银离子释放速率增大，自适应提高出汗时的抗菌性能。同时，通过二氧化硅粒子负载银离子能够便于银离子的充分分散。
[0060]
进一步的，二氧化硅粒子作为银离子载体实现缓释效果的同时，藉由二氧化硅粒子本身具有的优异机械性能，还能够提高膜层的耐刮性能以及强度，能对内层的哑铃本体形成更好的保护。
[0061]
本发明还提供了一种抗菌哑铃，其包括哑铃本体和包覆在哑铃本体表面的膜层，哑铃本体通过如上的芯材制备得到，膜层通过如上的膜材制备得到，具体的制备方法为：
[0062]
s1、制备哑铃本体：
[0063]
s1-1、将铁粉、钠基膨润土均研磨至50-200微米，然后加入混合器中混合；200-450℃下搅拌1-3小时，加入偶联剂，120-300℃下，搅拌反应30-60min；
[0064]
s1-2、将树脂、聚乙二醇、硬脂酸锂加入混合器中，于150-280℃、搅拌反应30-90min；
[0065]
s1-3、将步骤2)的产物倒入模具中，在1-2mpa压力、120-170℃下保温3-15min，然后在0.5-1mpa压力下冷却至室温，脱膜，得到哑铃本体；
[0066]
s2、包覆膜层：
[0067]
s2-1、将聚氨酯、聚四氟乙烯、n，n-二甲基甲酰胺、聚乙烯蜡、二环己基甲烷二异氰酸酯加入反应器中，于80-130℃、400-1000r/min下搅拌反应2-4h；
[0068]
s2-2、再加入缓释抗菌粒子和交联剂，于60-85℃、750-2500r/min下搅拌1-3h，得到膜材；
[0069]
s2-3、将步骤s2-1制备的哑铃本体加热至55-80℃，然后将步骤s2-2制得的膜材均
匀涂覆在步骤1)制备的哑铃本体表面，于35-50℃下干燥12-48h，形成膜层，制得抗菌哑铃。
[0070]
在优选的实施例中，膜层厚度为2-10mm。
[0071]
以上为本发明的总体构思，以下提供更为详细的实施例和对比例，以对本发明做进一步说明。
[0072]
实施例1
[0073]
一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃，该抗菌哑铃材料包括用于制备哑铃本体的芯材以及用于制备包覆在哑铃本体表面的膜层的膜材；
[0074]
芯材按重量份计包括以下组分：
[0075][0076]
其中，树脂为环氧树脂e20和聚碳酸酯的混合物，环氧树脂和聚碳酸酯的质量比为7∶3。
[0077]
膜材按重量份计包括以下组分：
[0078][0079]
其中，缓释抗菌粒子通过以下方法制备得到：
[0080]
1)将氨水加入到乙醇和去离子水的混合溶液中，50℃、不断搅拌下向该混合溶液中加入十二烷基胺和三甲苯，超声分散6min；在40℃、不断搅拌下再加入正硅酸四乙酯，反应4小时，过滤，收集固体产物用乙醇清洗；然后在550℃下煅烧3小时，产物研磨成粉末，得到粒子微球；
[0081]
2)将步骤1)得到的粒子微球分散于无水乙醇中，加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷硅，搅拌反应0.5小时；
[0082]
3)向步骤2)得到的产物中加入含硝酸银的乙醇溶液，搅拌反应0.5小时，反应结束后过滤，弃滤液，固体产物清洗，45℃下真空干燥；
[0083]
4)将步骤3)得到的固体产物加入到封闭剂中浸泡，超声分散5min，搅拌，反应1小
时后，45℃下真空干燥，得到缓释抗菌粒子；
[0084]
其中，封闭剂通过以下方法制备得到：将硫酸镁、可溶性淀粉加入到乙醇中，搅拌均匀后得到。封闭剂的原料中，按重量份计包括：硫酸镁5份、可溶性淀粉4份、乙醇91份。
[0085]
该抗菌哑铃的制备方法为：
[0086]
s1、制备哑铃本体：
[0087]
s1-1、将铁粉、钠基膨润土均研磨至100-150微米，然后加入混合器中混合；330℃下搅拌1小时，加入偶联剂，180℃下，搅拌反应40min；
[0088]
s1-2、将树脂、聚乙二醇、硬脂酸锂加入混合器中，于220℃、搅拌反应60min；
[0089]
s1-3、将步骤2)的产物倒入模具中，在1.5mpa压力、140℃下保温10min，然后在0.8mpa压力下冷却至室温，脱膜，得到哑铃本体；
[0090]
s2、包覆膜层：
[0091]
s2-1、将聚氨酯、聚四氟乙烯、n，n-二甲基甲酰胺、聚乙烯蜡、二环己基甲烷二异氰酸酯加入反应器中，于110℃、600r/min下搅拌反应3h；
[0092]
s2-2、再加入缓释抗菌粒子和交联剂，于70℃、1500r/min下搅拌1h，得到膜材；
[0093]
s2-3、将步骤s2-1制备的哑铃本体加热至65℃，然后将步骤s2-2制得的膜材均匀涂覆在步骤1)制备的哑铃本体表面，于40℃下干燥12-48h，形成膜层，制得抗菌哑铃。
[0094]
其中，膜层厚度为6mm。
[0095]
实施例2
[0096]
一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃，该抗菌哑铃材料包括用于制备哑铃本体的芯材以及用于制备包覆在哑铃本体表面的膜层的膜材；
[0097]
芯材按重量份计包括以下组分：
[0098][0099]
其中，树脂为环氧树脂e20和聚碳酸酯的混合物，环氧树脂和聚碳酸酯的质量比为7∶3。
[0100]
膜材按重量份计包括以下组分：
[0101][0102]
其中，缓释抗菌粒子的制备方法与实施例1相同。该抗菌哑铃的制备方法与实施例1相同。
[0103]
实施例3
[0104]
一种抗菌哑铃材料及抗菌哑铃，该抗菌哑铃材料包括用于制备哑铃本体的芯材以及用于制备包覆在哑铃本体表面的膜层的膜材；
[0105]
芯材按重量份计包括以下组分：
[0106][0107][0108]
其中，树脂为环氧树脂e20和聚碳酸酯的混合物，环氧树脂和聚碳酸酯的质量比为7∶3。
[0109]
膜材按重量份计包括以下组分：
[0110][0111]
其中，缓释抗菌粒子的制备方法与实施例1相同。该抗菌哑铃的制备方法与实施例1相同。
[0112]
对比例1
[0113]
本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本例中：膜材中不包括缓释抗菌粒子。
[0114]
对比例2
[0115]
本对比例与实施例1基本相同，以下仅列出不同之处。
[0116]
本例中，膜材按重量份计包括以下组分：
[0117][0118]
其中，纳米银溶液为购买自上海沪正纳米科技有限公司的产品，牌号为：ags-wmb1000a。
[0119]
本例中，该抗菌哑铃的制备方法为：
[0120]
s1、制备哑铃本体，与实施例1相同；
[0121]
s2、包覆膜层：
[0122]
s2-1、将聚氨酯、聚四氟乙烯、n，n-二甲基甲酰胺、聚乙烯蜡、二环己基甲烷二异氰酸酯加入反应器中，于110℃、600r/min下搅拌反应3h；
[0123]
s2-2、将再加入纳米银溶液和交联剂，于70℃、1500r/min下搅拌1h，得到膜材；
[0124]
s2-3、将步骤s2-1制备的哑铃本体加热至65℃，然后将步骤s2-2制得的膜材均匀涂覆在步骤1)制备的哑铃本体表面，于40℃下干燥12-48h，形成膜层，制得抗菌哑铃。
[0125]
以下进行相关性能测试
[0126]
1、抗菌性能测试
[0127]
按照实施例1-3以及对比例1-2制备膜材，将膜材均匀涂覆在基板上，于涂覆厚度为6mm，于40℃下干燥24h，形成膜层，取下膜层制备成块状试样，按照《gb_t31402-2015塑料塑料表面抗菌性能试验方法》对试样表层进行抗菌性能测试。选择金黄色葡萄球菌atcc6538p作为测试菌株，接种浓度为：8
×
104cfu/ml，测试结果如下表1所示。
[0128]
表1
[0129][0130]
从表1的结果可以看出，本发明的实施例1-3的膜层具有长效抗菌性能，对比例1中由于未添加抗菌剂，基本无抗菌性能；对比例2中是直接添加纳米银溶液，在初期(1-15d)具有较好的抗菌性能，但抗菌性能性能随时间推移呈显著下降的趋势，主要是由于银离子释放消耗较快，导致长时间使用后基本散失抗菌效果。
[0131]
表面银离子含量检测：在上述抗菌性能测试实验的同时，采用icp(电感耦合等离子体)检测试样表面的银离子含量，测量结果如下。
[0132]
表2
[0133][0134]
从表2的结果可以看出，实施例1-3的膜层中银离子能缓慢持续释放，主要归功于本发明中通过缓释抗菌粒子负载银离子的方案；对比例2中，在初期银离子释放量较大，甚至高于实施例1-3，但随时间推移，银离子量出现显著下降，主要由于其无法实现银离子的缓释控制，导致银离子过度释放，未能充分、长时间发挥其抗菌效果，该结果与表1的结果相符。
[0135]
2、取实施例1制备成的膜层试样，测试不同环境下，试样表面的银离子含量随时间的变化。取3块膜层试样：试样1、试样2、试样3，均置于密闭容器中，保持容器内相同的温度、湿度；每隔一段时间，采用icp检测试样表面的银离子含量，其中，在每次检测银离子含量前30min，在试样2表面喷洒去离子水，在试样3表面喷洒等体积的含1％(质量分数)氯化钠的淡盐水，试样1作为对照；一定时间内的测量结果如下表3所示：
[0136]
表3
[0137][0138][0139]
从表3的结果可以看出，水分含量增加时，银离子的释放量会显著提高，这主要归因于水分能够使二氧化硅粒子中被封闭剂封闭的微孔打开，加速银离子释放到膜层表面；进一步的，当水中含有盐分时，能更进一步提升银离子的释放量，这主要归因于含有盐分的水能更加促进二氧化硅粒子中被封闭剂封闭的微孔打开，从而使得银离子释放速率增大。
[0140]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。