TW202146201A - 銅抗菌塑膠母粒製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種含新型配方的銅抗菌塑膠母粒及其加工製造之方法，該配方主要包含氧化亞銅和氧化鋅之抗菌混合粉體，將該抗菌混合粉體以水混合後，再研磨成混合漿液，該混合漿液經130℃~150℃噴霧乾燥後形成細化粉末，此細化粉末為具有抗菌作用之添加物，將此抗菌細化粉末以12wt.%~15wt.%之添加比例加入塑膠母粒之原料中，再與其一同經過預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。
Description
本發明係有關一種新型銅抗菌塑膠母粒的製造方法，其主要係以特定比例之氧化亞銅(Cu2O)與氧化鋅(ZnO)混合而成，藉以運用於纖維紡織品及非織物(如：不織布)等加工品如：口罩、衣物、寢具等，使得產品具有抗菌功用。
先前的抗菌塑膠母粒的製造方法在加工製程上其抽絲、紡絲、紡紗、織造而成的纖維紡織品及非織物，如不織布等加工品，由於母粒配方形成的材料性質使然，在後續的纖維加工過程中，加工良率不佳，纖維容易出現斷裂、粗糙、粗細不均、產生黑點、黑斑，影響後續加工成品性質，增加製造成本等困難。
綜上所述，在現今衛生抗菌相關產業，對於開發一能應用在纖維紡織品及非織物的材料及其製程實為一亟待解決和研發的重要課題。
本發明為一種含新穎配方的銅抗菌塑膠母粒及其加工製造之方法，所提供之抗菌添加物及其比例，能提高母粒在抽絲、紡紗、織造等過程的加工良率，運用於紡織纖維的產品如口罩、衣物、寢具等可降低
生產加工成本，提高產品性能。
具體地，本發明提供之配方主要包含氧化亞銅(Cu2O)和氧化鋅(ZnO)之抗菌混合粉體。該抗菌混合粉體以水及分散劑、抗氧化劑混合，該分散劑包含：羧酸共聚物、烷基聚醚、酸性聚醚、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、酸性聚酯聚醯胺、聚氨酯、磷酸酯；該抗氧化劑包含：苯酚化合物、己二胺化合物、醇酯類化合物、烷基羧酸醇酯類化合物、丙酸酯類化合物、磷酸酯類化合物、亞磷酸酯類化合物、硫代羧酸酯類化合物。混合後再研磨成細化漿液，持續研磨至此漿液經DLS(動態光散射法)測量後，漿液中顆粒平均粒徑達到介於50~1000nm，以大幅增加漿液中顆粒之表面積，減少添加用量，較細的顆粒有助於與後續的塑膠原料混合、熔融均勻，有利於平均分布於產品的表面、增加抗菌粉體利用效率，提升產品有效抗菌作用，避免抗菌效果不均，降低塑膠產品的粗糙質感。
上述之漿液經130℃~150℃噴霧乾燥後形成抗菌細化粉末，此抗菌細化粉末係為一具有抗菌作用之添加物。該抗菌細化粉末以12wt%~15wt%之添加比例加入塑膠母粒之原料中，其中氧化亞銅(Cu2O)添加比例為1.5~4wt%；氧化鋅(ZnO)添加比例為8~11wt%，過多的添加比例會影響後續產品的加工性質，例如布料纖維容易斷裂不易加工，報廢品增加、塑膠產品機械性能減弱、布料成品觸感不佳等等。添加後再與塑膠母粒原料一同經過預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。
上述之抗菌塑膠母粒原料可經如：吹塑、鑄塑、熱壓、射出等等各種成型工藝方式加工成具有抗菌效果的塑膠製品；也可藉由如：
熔噴、抽絲、紡絲、紡紗等工藝以單一種銅抗菌纖維以及包含兩種以上不同纖維經混紡織造而成的紡織加工品，以及非織物(如：不織布)等加工成品，如各式口罩、衣物、寢具等。
經本發明之抗菌原料添加物所加工製成的塑膠母粒運用在末端加工製品為紡織品及非織物，如不織布，等纖維型式產品及布料型式產品，考量纖維加工工藝因素，則塑膠母粒材質適用於如：PP聚丙烯、PA聚醯胺、PE聚乙烯、PET聚對苯二甲酸乙二酯、Nylon尼龍、嫘縈等材料。
具體地，所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法步驟與添加物比例如下述：(a)將氧化亞銅(Cu2O)與氧化鋅(ZnO)混合，形成抗菌混合粉體；(b)將此抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑一起加入水中均勻混合，形成一混合漿液；(c)將此漿液細化研磨至所含抗菌混合粉體平均粒徑為50~1000nm；(d)將此細化後之漿液以130℃~150℃噴霧乾燥形成細化粉末；(e)將此抗菌細化粉末以12%~15%之比例添加入塑膠母粒之原料中；和(f)經由包含：預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻和切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。
〔圖1〕係本發明之銅抗菌塑膠母粒製造方法的流程圖。
〔圖2〕係本發明混合漿液中的顆粒研磨細化的DLS粒徑分布圖。
〔圖3〕係本發明的銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布(Cu-PP)的抗菌效果照片圖。
〔圖4〕係布料產品的抗菌效果的量化長條圖，其中a表示空白對照組；
b則是使用本發明所製成的銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布。
通常根據本發明的製造銅抗菌塑膠母粒的方法，其步驟包含如下：(a)將氧化亞銅(Cu2O)、氧化鋅(ZnO)混合，形成之抗菌混合粉體作為塑膠母粒的抗菌添加劑。(b)將此抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑一起加入水中均勻混合，形成一混合漿液；(c)研磨細化此漿液；(d)將此細化後之漿液以130℃~150℃噴霧乾燥形成抗菌細化粉末；(e)將此乾燥抗菌細化粉末以12%~15%之比例添加入塑膠母粒之原料中；和(f)再依序經包含預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得本發明所述之銅抗菌塑膠母粒。
於一實施例，該分散劑包含羧酸共聚物、烷基聚醚、酸性聚醚、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、酸性聚酯聚醯胺、聚氨酯、磷酸酯或其任一組合。
於一實施例，該抗氧化劑包含苯酚化合物、己二胺、醇酯類化合物、烷基羧酸醇酯類化合物、丙酸酯類化合物、磷酸酯類化合物、亞磷酸酯類化合物、硫代羧酸酯類化合物或其任一組合。
於一實施例，步驟(b)係將重量比為15~20wt%之抗菌混合粉體與5~10wt%之分散劑以及0.1~0.5wt%抗氧化劑，一起加70~75wt%之水中混合均勻而成之漿液。較佳地，該抗氧化劑添加量為步驟(e)中所加入塑膠母粒之原料的0.3%wt~0.5%wt。
於一實施例，步驟(c)係將步驟(b)之混合漿液中的顆粒研
磨細化至平均粒徑為50~1000nm。較佳地，該顆粒研磨粒徑為100~500nm，其動態光散射(DLS)粒徑分析圖如圖2所示。
於一實施例，步驟(e)係將步驟(d)噴霧乾燥後形成之抗菌細化粉末以12wt%~15wt%之比例添加入塑膠母粒之原料。
於一實施例，其中步驟(d)之抗菌細化粉末的組成包含：1.5~4wt%氧化亞銅(Cu2O)和8~11wt%氧化鋅(ZnO)。
於一實施例，其中塑膠母粒之原料包括：PE聚乙烯、PP聚丙烯、PA聚醯胺、PET聚對苯二甲酸乙二酯或銅銨纖維經混煉、壓出、切粒而加工程塑膠母粒。
較佳地，一種銅抗菌塑膠母粒的製造方法，其包含上述段落[0011]至[0018]所述之內容。
於一具體範例，本發明的製造銅抗菌塑膠母粒的方法，如圖一所示，以下述步驟實施之：(a)將氧化亞銅(Cu2O)與氧化鋅(ZnO)混合，形成抗菌混合粉體；(b)將重量比為20wt%之抗菌混合粉體與5wt%分散劑(分散劑可以為：羧酸共聚物、烷基聚醚、酸性聚醚、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、酸性聚酯聚醯胺、聚氨酯、磷酸酯)，其中之分散劑選用為聚丙二醇；以及75wt%水，(抗氧化劑可以為：苯酚化合物、己二胺化合物、醇酯類化合物、烷基羧酸醇酯類化合物、丙酸酯類化合物、磷酸酯類化合物、亞磷酸酯類化合物、硫代羧酸酯類化合物)，其中之抗氧化劑選用為：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、與三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯以1：1比例混合而成之複合型抗氧化劑，混合後之抗氧化劑添加量為步驟(e)中所加入塑膠母粒之原料的0.3%wt~0.5%wt；然後將以上
抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑一起加入水中均勻混合，形成一混合漿液；(c)將此漿液細化研磨至水中抗菌混合粉體平均粒徑為50~1000nm；(d)將此研磨細化後之漿液以130℃~150℃噴霧乾燥形成抗菌細化粉末；(e)將此乾燥抗菌細化粉末以12wt%~15wt%之比例添加入塑膠母粒之原料中。最後經由預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。所述之銅抗菌塑膠母粒材質包括：PP聚丙烯纖維、PE聚乙烯纖維、PET聚對苯二甲酸乙二酯纖維、PA聚醯胺纖維及銅銨纖維經混煉、壓出、切粒而加工程塑膠母粒。
以下以實驗例作為本發明的實證說明
實驗例一
秤量40g之氧化亞銅(Cu2O)、80g之氧化鋅(ZnO)形成抗菌混合粉體。(b)以重量比為20wt%之抗菌混合粉體與5wt%之聚丙二醇作為分散劑；另外取用：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、與三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯以1：1比例混合而成抗氧化劑，混合後之抗氧化劑添加量為步驟(e)中，為所加入塑膠母粒之原料的0.3%wt~0.5%wt；然後再將上述備好的抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑加入75wt%水中均勻混合，形成一混合漿液。並以600~1500rpm之轉速攪拌之。(c)以球磨機研磨此漿液，並以DLS(動態光散色法)測量漿液中細化顆粒尺寸，持續研磨至平均粒徑達到介於50~1000nm。(d)以130~150℃將此漿液作噴霧乾燥形成抗菌細化粉末。(e)添加此抗菌細化粉末12wt%至PP聚丙烯塑膠原料中(亦可加入PE聚乙烯、PET聚對苯二甲酸乙二酯、PA聚醯胺等塑膠原料中)，再經預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母
粒。
實驗例二
秤量40g之氧化亞銅(Cu2O)、110g之氧化鋅(ZnO)形成抗菌混合粉體。(b)以重量比為20wt%之抗菌混合粉體與5wt%之聚丙二醇作為分散劑；另外取用：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、與三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯以1：1比例混合而成抗氧化劑，混合後之抗氧化劑添加量為步驟(e)中，為所加入塑膠母粒之原料的0.3%wt~0.5%wt；然後再將上述備好的抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑加入75wt%水中均勻混合，形成一混合漿液。並以600~1500rpm之轉速攪拌之。(c)以球磨機研磨此漿液，並以DLS(動態光散色法)測量漿液中細化顆粒尺寸，持續研磨至平均粒徑達到介於50~1000nm。(d)以130~150℃將此漿液作噴霧乾燥形成抗菌細化粉末。(e)添加此抗菌細化粉末15wt%至PET聚對苯二甲酸乙二酯塑膠原料中(亦可加入PE聚乙烯、PP聚丙烯、PA聚醯胺等塑膠原料中)，再經預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。
抗菌測試和效果
本抗菌測試係根據日本標準方法JIS L 1902：2015進行。測試的菌種包含P.aeruginosa,E.coli,methicillin-resistant Staphylococcus aureus(MRSA),S.aureus,K.pneumoniae和C.albicans。其中銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布(Cu-PP)所使用的塑膠母粒是聚丙烯，以銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布(Cu-PP)進行抗菌實驗。其實驗結果照片圖如圖3所示，其中左列的照片為測試開始0小時所培養出
的菌落數，約為3x104CFU/ml；右列照片為經過本發明銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布(Cu-PP)接觸18-24小時之後所培養出的菌落數低於20CFU/ml。照片中的洋菜膠(果凍)左右列分別為細菌溶液與本發明銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布在接觸18-24小時之初與之後分別取樣。其中(a)和(g)是P.aeruginosa.(b)和(h)是E.coli.(c)和(i)是methicillin-resistant Staphylococcus aureus(MRSA).(d)和(j)是S.aureus.(e)和(k)是K.pneumoniae.(f)和(l)是C.albicans.明顯地，本發明所提供的銅抗菌塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布(Cu-PP)對於上述菌種具有優異的抗菌效果。
不同布料產品的抗菌效果的量化長條圖如圖4所示，其中a表示空白對照組，是沒有使用本發明的銅抗菌塑膠母粒所織成的布料，經過18~24小時之後，菌數持續繁殖增加；b則是使用本發明所製成的銅抗菌PP塑膠母粒所織成的PP熔噴不織布進行抗菌測試。明顯地，本發明的銅抗菌塑膠母粒所織成的布料產品(PP熔噴不織布)在經過18~24小時有效降低至少95%以上的菌落數(CFU/ml)，也就是說本發明的銅抗菌塑膠母粒具有優異且無法預期的抗菌效果。
表1為銅抗菌PP塑膠母粒所製成的抗菌PP布料(熔噴不織布/Cu-PP)的抗菌指數，該抗菌PP布料為拋棄式口罩之用途，未做水洗50次處理，直接以Cu-PP熔噴不織布進行測試，依據是Japan Textile Evaluation Technology Council(JTETC)日本纖維評價技術協會標準所定義布料的抗菌指數。表2為銅抗菌PET塑膠母粒所製成的抗菌PET布料(Cu-PET)的抗菌效果，依據是American Association of Textile Chemists and
Colorists(AATCC)美國紡織化學協會之水洗測試標準：AATCC 135-2018法，經過50次水洗後，依據Japan Textile Evaluation Technology Council(JTETC)日本纖維評價技術協會標準定義布料的抗菌指數，當該抗菌指數大於3以上時，其所代表的抗菌效果為非常有效。該由本發明銅抗菌PET塑膠母粒所製成的抗菌PET布料之抗菌能力指數在水洗50次後僅下降約3-6%。
明顯地，本發明的銅抗菌塑膠母粒所織成的布料產品的抗菌效果不會因為清洗而降低，此表示本發明的銅抗菌塑膠母粒的抗菌活性具有良好的操作耐受性和安定性，可以重複使用達到經濟效益。
表1
表2
總結，本發明為一種含新型配方的銅抗菌塑膠母粒及其加工製造之方法，主要包含氧化亞銅(Cu2O)和氧化鋅(ZnO)之抗菌混合粉體。將此混合粉體以水及分散劑、抗氧化劑混合，混合後再研磨成細化漿液，持續研磨至此漿液經DLS(動態光散射法)測量後，該漿液中顆粒之平均粒徑達到介於50~1000nm，此漿液經130℃~150℃噴霧乾燥後形成細化粉末，該細化粉末為具有抗菌作用之添加物。將此抗菌細化粉末以12wt%~15wt%之添加比例加入塑膠母粒之原料中。添加後再與塑膠母粒原料一同經過預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻、切粒等製造程序而獲得銅抗菌塑膠母粒。
以上雖以特定實驗例說明本發明，但並不因此限定本發明之範圍，只要不脫離本發明之要旨，熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。此外，摘要部分和標題僅
是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
Claims (9)
- 一種製造銅抗菌塑膠母粒的方法，其步驟包含：(a)使氧化亞銅(Cu2O)和氧化鋅(ZnO)混合形成一抗菌混合粉體。(b)使該抗菌混合粉體與分散劑、抗氧化劑一起加入水中均勻混合，形成一混合漿液；(c)研磨細化該混合漿液；(d)使該研磨細化後之混合漿液以130℃~150℃噴霧乾燥形成一抗菌細化粉末；(e)該抗菌細化粉末添加入塑膠母粒之原料中；和(f)經包含：預混、加熱混攪、熔融混煉、壓出、冷卻和切粒的製造程序而獲得所述之銅抗菌塑膠母粒。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，該分散劑包含羧酸共聚物、烷基聚醚、酸性聚醚、聚丙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、酸性聚酯聚醯胺、聚氨酯、磷酸酯或其任一組合。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，該抗氧化劑包含苯酚化合物、己二胺化合物、醇酯類化合物、烷基羧酸醇酯類化合物、丙酸酯類化合物、磷酸酯類化合物、亞磷酸酯類化合物、硫代羧酸酯類化合物或其任一組合。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，其中步 驟(b)係將重量比為15~20wt.%之該抗菌混合粉體與5~10wt.%之該分散劑、以及0.1~0.5wt.%之該抗氧化劑，一起加入70~75wt%水中混合均勻而成之漿液。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，其中步驟(c)係將步驟(b)之混合漿液中的顆粒研磨細化至平均粒徑為50~1000nm。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，其中步驟(e)係將步驟(d)噴霧乾燥後形成之抗菌細化粉末以12wt.%~15wt.%之比例添加入該塑膠母粒之原料中。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，其中步驟(d)之抗菌細化粉末的組成包含：1.5~4wt.%氧化亞銅(Cu2O)和8~11wt.%氧化鋅(ZnO)。
- 如請求項1所述之銅抗菌塑膠母粒製造方法，其中該塑膠母粒之原料包括：PE聚乙烯、PP聚丙烯、PA聚醯胺、PET聚對苯二甲酸乙二酯或銅銨纖維經混煉、壓出、切粒而加工程塑膠母粒。
- 一種製造銅抗菌塑膠母粒，如專利申請範圍第1~8項所述。
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