一种生物基抗菌硅胶材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及硅胶材料领域，尤其是涉及一种生物基抗菌硅胶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、硅胶材料是一种热固性的弹性体，不溶于水和几乎所有溶剂，具有吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、耐候性优异、电气绝缘性好、生理惰性佳、表面张力和表面能低，以及安全无毒无味等优点，已经被广泛应用于食品制品、医疗用品、电子电气、纺织以及其他工业制品上，硅胶按其加工材料形态可分固态硅胶和液态硅胶两大类，其中液态硅胶全名为注射成型液态硅橡胶，成型设备为注射成型机。注射成型机工艺流程非常简单，产品精确度高，产量高，省人，省电，省材料等多项优点(a、b胶混合，在一定温度下几秒钟成型)，能生产所有高温胶生产的产品，是今后硅橡胶材料发展的主流。液态硅胶透明度高，无异味，可制作食品级材料。

2、厨卫制品、医疗用品往往需要材料具备一定的抗菌能力，而硅胶材料本身不具备抗菌杀菌功能。如为了解决厨卫硅胶产品滋生霉菌问题，目前的主要解决方法一方面是定期清洗或更换硅胶产品，另一方面是在硅胶材料中添加一定比例的抗菌剂。硅胶材料抗菌剂的使用中，大部分是无机抗菌剂，如通过物理吸附离子交换等方法，将银、锌、铜等金属(或其离子)固定在沸石、高岭土等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到硅胶材料中即获得抗菌能力。但是这类抗菌硅胶材料长期暴露于热水时，金属阳离子容易电离导致表面抗菌剂浓度降低而失去抗菌效果，金属离子还可能会引起水体污染甚至人体健康安全的忧患。此外，一些抗菌剂还存在液态硅胶透明度低、容易变性、结合不牢固容易脱落进而导致抗菌防霉效果不持久等问题。

3、因此，亟需一种具有长效持久抗菌防霉能力，且抗菌剂的添加不影响硅胶材料透明度、手感、强度、硬度、耐黄变等性能的安全绿色硅胶材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种生物基抗菌硅胶材料，本发明的生物基抗菌硅胶材料具有长效持久的抗菌防霉能力，且具有较高透光率、较低的雾度和更好的耐黄变性能。

2、本发明还提出一种具有上述生物基抗菌硅胶材料的制备方法。

3、本发明还提出上述生物基抗菌硅胶材料和制备方法的应用。

4、本发明的第一方面，提供一种生物基抗菌硅胶材料，制备原料包括a组分和b组分，其中：

5、所述a组分按照质量份数计包括：30～80份聚硅氧烷、2～8份硅烷偶联剂、20～40份气相法白炭黑和0.1～1份铂金催化剂；

6、所述b组分按照质量份数计包括：30～80份聚硅氧烷、2～8份硅烷偶联剂、20～40份气相法白炭黑、2～15份低含氢聚硅氧烷、0.1～1份抑制剂和1～10份抗菌防霉剂分散体；

7、所述抗菌防霉剂分散体由寡聚羟基丁酸酯分散于聚硅氧烷的醇溶液中制得。

8、根据本发明测试例的测试结果，本发明提供的生物基抗菌硅胶材料具有更好的透光率和耐黄变等物理性能，并且在抗菌防霉的长效持久上具有明显优势，还具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。

9、很多抗菌剂在硅胶产品中应用时，由于在使用环境下容易变性、电离脱落造成抗菌剂浓度降低，因此难以取得持久抗菌防霉的技术效果，还可能因此导致对人体的危害，此外很多抗菌剂还存在难以在硅胶材料中分散均匀并牢固结合等问题，进一步降低了抗菌硅胶产品的使用效果。本发明抗菌硅胶材料的方案筛选了一种抗菌剂寡聚羟基丁酸酯(ophb)的使用，该抗菌剂具有和硅胶聚合物牢固结合的优势，并且具有更优的耐迁移和耐析出的技术效果。ophb和硅胶聚合物的协同作用使其能长效持久地发挥抗菌防霉作用。此外，为了使抗菌剂分散均匀，本发明抗菌硅胶材料的方案还进一步开发了一种针对该抗菌剂的预分散处理方法，通过特殊的预分散处理工艺将ophb制备成抗菌防霉分散体，使其在后续液态硅胶材料的制备中充分分散均匀，进而满足制得的抗菌硅胶产品在使用环境下的长效抗菌效果。此外，ophb在硅胶材料中的使用，几乎不影响制得的硅胶产品的手感、光泽、透明度等物理性能，具有很高的应用价值。

10、在本发明的一些实施方式中，所述聚硅氧烷的醇溶液的溶剂包括乙醇、甲醇或丙醇中的至少一种。

11、在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷的醇溶液的溶剂为质量分数≥90％乙醇。

12、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述聚硅氧烷的醇溶液的溶剂为无水乙醇。

13、在本发明的一些实施方式中，所述抗菌防霉剂分散体的制备方法包括以下步骤：

14、s1、在醇溶剂中加入3.6～6重量份的聚硅氧烷，搅拌混合；

15、s2、加入0.6～1.8重量份的寡聚羟基丁酸酯，在温度50～70℃下搅拌混合；

16、s3、在温度50～70℃下超声搅拌混合，即得抗菌防霉分散体。

17、在本发明的一些实施方式中，步骤s1中所述的搅拌具体为1000～3000rpm转速下搅拌1～2h。

18、在本发明的一些实施方式中，步骤s2所述的搅拌具体为2000～4000rpm转速下搅拌1～2h。

19、在本发明的一些实施方式中，步骤s3所述的超声搅拌具体为使用频率为20～40khz的超声搅拌0.5～2h。

20、在本发明的一些实施方式中，所述抗菌防霉剂分散体中所述寡聚羟基丁酸酯的质量分数为10％～30％。

21、在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗菌防霉剂分散体中所述寡聚羟基丁酸酯的质量分数为15％～25％。

22、在本发明的一些实施方式中，所述寡聚羟基丁酸酯为聚合度为2～20的寡聚羟基丁酸酯(ophb)或其衍生物。

23、ophb是一种环保、安全的生物基抗菌剂，其主要原料来源于非转基因玉米制备的生物基高分子材料phbv(聚3-羟基丁酸戊酸酯)，ophb是一种非离子型生物基环保有机抗菌剂，可以破坏细菌的生物膜和细胞壁，致使细菌胞内物质泄漏而杀灭细菌，ophb可以破坏病毒包裹rna的脂类蛋白质，使病毒灭亡；与此同时，该抗菌剂可以在堆肥条件下完全生物降解，对环境保护友好。因此，ophb抗菌剂具有环保，安全的特性。

24、所述ophb的分子结构式为：

25、在本发明的一些优选的实施方式中，所述寡聚羟基丁酸酯为聚合度为2～15的ophb或其衍生物。

26、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述寡聚羟基丁酸酯为聚合度为2～8的ophb或其衍生物。

27、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述寡聚羟基丁酸酯为聚合度为4的ophb。

28、在本发明的一些实施方式中，所述聚硅氧烷包括乙烯基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷、丙烯基聚硅氧烷中的至少一种。

29、在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷为乙烯基聚硅氧烷。

30、在本发明的一些实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷的乙烯基质量百分比为0.2～1.0％。

31、在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷的乙烯基质量百分比为0.4-0.8％。

32、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷的乙烯基质量百分比为0.6％。

33、在本发明的一些实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷在25℃下粘度为5000～12000mpa.s。

34、在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷在25℃下粘度为6000～10000mpa.s。

35、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述乙烯基聚硅氧烷在25℃下粘度为8000mpa.s。

36、在本发明的一些实施方式中，所述硅烷偶联剂为二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基环硅氧烷、六甲基二硅氮烷中的至少一种。

37、在本发明的一些优选的实施方式中，所述硅烷偶联剂为二甲基二乙氧基硅烷。

38、在本发明的一些实施方式中，所述气相法白炭黑经处理剂处理。

39、在本发明的一些优选的实施方式中，所述气相法白炭黑经处理剂处理，比表面积为120～300m2/g。

40、本发明方案中气相法白炭黑的加入，能保证硅胶材料具有合适的粘度，同时具有较好的拉伸强度、伸长率、抗撕强度，提高硅胶材料的性能和使用范围。

41、在本发明的一些实施方式中，所述铂金催化剂为氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物、铂-炔烃基络合物、氯铂酸的异丙醇溶液中的至少一种。

42、在本发明的一些优选的实施方式中，所述铂金催化剂为氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物、铂-炔烃基络合物、氯铂酸的异丙醇溶液中的至少一种，所述铂金催化剂中铂的质量含量为1000～2000ppm。

43、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述铂金催化剂为氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物。

44、在本发明的一些实施方式中，所述抑制剂为多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物、酰胺类化合物或氰基类化合物中的至少一种。

45、在本发明的一些优选的实施方式中，所述炔醇类化合物为2-丙炔-1-醇、甲基丁炔醇、乙炔环己醇、叔丁基环己醇、苯基丁炔醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇中的至少一种。

46、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述抑制剂为2-丙炔-1-醇。

47、在本发明的一些实施方式中，所述a组分和b组分的质量比为0.5～2：1。

48、在本发明的一些优选的实施方式中，所述a组分和b组分的质量比为1：1。

49、本发明的第二方面，提供一种本发明第一方面所述的生物基抗菌硅胶材料的制备方法，包括以下步骤：将所述a组分和所述b组分按照0.5～2：1的质量比混合，加工成型，即得。

50、在本发明的一些实施方式中，所述加工成型的成型工艺为：注射温度为100～170℃，注射时间为2～8min，射出压力为40～120kg/cm2。

51、在本发明的一些优选的实施方式中，所述加工成型的成型工艺为：注射温度为120-170℃，注射时间为4～6min，射出压力为60～100kg/cm2。

52、在本发明的一些更优选的实施方式中，所述加工成型的成型工艺为：注射温度为150℃，注射时间为5min，射出压力为80kg/cm2。

53、在本发明的一些实施方式中，所述a组分的制备方法包括以下步骤：按质量份数计将30～80份聚硅氧烷、2～8份硅烷偶联剂、20～40份气相法白炭黑和0.1～1份铂金催化剂混合，即得。

54、在本发明的一些实施方式中，所述a组分的制备方法包括以下步骤：按质量份数计将30～80份聚硅氧烷、2～8份硅烷偶联剂、20～40份气相法白炭黑、2～15份低含氢聚硅氧烷、0.1～1份抑制剂和1～12份抗菌防霉分散体混合，即得。

55、在本发明的一些实施方式中，所述混合的方法为搅拌和/或超声。

56、在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合的方法为1000～3000rpm的搅拌和/或20～40khz的超声。

57、本发明的第三方面，提供本发明第一方面所述的生物基抗菌硅胶材料和第二方面的制备方法在生产抗菌和/或防霉制品中的应用。

58、在本发明的一些实施方式中，所述抗菌和/或防霉制品为厨卫制品或医疗用品。

59、在本发明的一些优选的实施方式中，所述抗菌和/或防霉制品为厨卫制品。

60、本发明具有如下有益效果：

61、(1)本发明提供的生物基抗菌硅胶材料具有更好的透光率和耐黄变等物理性能，并且在抗菌防霉的长效持久上具有明显优势，还具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性。

62、(2)本发明通过将寡聚羟基丁酸酯作为抗菌剂与特殊的预分散处理工艺相结合，使寡聚羟基丁酸酯能在硅胶材料中充分分散均匀，结合其与硅胶聚合物牢固结合的特点，进一步发挥其耐迁移和耐析出的技术效果，从而可以长效持久地发挥抗菌防霉效果。此外，寡聚羟基丁酸酯的添加对硅胶产品的物理性能、染色性能无任何影响，故产品表面手感、光泽、透明度等各种性能与未施加寡聚羟基丁酸酯抗菌剂的对应材质的硅胶产品没有显著差别，进一步扩大了本发明抗菌硅胶材料的应用价值和应用场景。

63、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。