CN108685316A - 一种含有石墨烯的抗菌刷毛 - Google Patents
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Abstract
一种含有石墨烯的抗菌刷毛，是由刷毛丝主体和鳞片组成的一体结构刷毛，刷毛丝主体是由圆柱状；鳞片以环形矩阵分布于所述刷毛丝主体外侧；鳞片与刷毛丝主体之间存在有缝隙。该抗菌刷毛主要成分是PBT和石墨烯，还包含有氧化石墨烯或氧化石墨烯、纳米金属粒子。本发明提供的抗菌刷毛由于具有石墨烯成分，直接接触人体皮肤或口腔安全无害；由于石墨烯的疏水性能，使得含有石墨烯的抗菌刷毛更适合用于牙刷，以保证牙刷刷毛的干燥。添加有氧化石墨烯和石墨烯的抗菌刷毛，具有一定的亲水性能，适用于化妆水、化妆精华液等液体的化妆刷制备；添加有氧化石墨烯和纳米金属粒子的抗菌刷毛，可通过氧化石墨烯/银络合物的缓释作用来延长抗菌的效果。
Description
技术领域
本发明涉及日常生活用品领域，更具体地说，特别涉及一种含有石墨烯的抗菌刷毛。
背景技术
化妆刷作为化妆的主要用具，使用者特别关心的是化妆刷的清洁性和抗菌性。对于经常化妆的人，尤其是皮肤敏感或者皮肤状态较差的人来说，化妆刷的清洁性和抗菌性显得更加重要。而在使用过程中，化妆刷在某个步骤使用后可能做不到随时清洗和吹干刷毛等操作，即便是化妆刷能及时进行清洗、吹干等操作，那也势必会影响化妆刷尤其是影响刷毛的使用寿命。牙刷基本上一直处于潮湿环境，极易滋生细菌。每次刷牙后必须用清水洗干净牙刷、甩干，并将刷头朝上置于通风干燥处。但是牙刷通常放置于洗漱间，由于洗漱间通风效果不理想，牙刷使用时间长会积存越来越多的细菌，十分不利于口腔的健康。
因此，不论是化妆刷还是牙刷，均亟需本身具备抗菌性能的刷毛。目前常用的刷毛添加的抗菌材料有无机抗菌材料和有机抗菌材料，无机抗菌材料常用的是以银离子等为活性组分的金属离子型和以二氧化钛为代表的光催化型抗菌剂，但是银离子的抗菌效果受光和热影响较大，二氧化钛则是必须在近紫外光照射下才能够发挥其抗菌功效，难沉降、回收困难，其应用受到限制。有机抗菌材料常用的有季铵盐类、卤胺类、壳聚糖类抗菌剂，但季铵盐类抗菌剂为低分子抗菌剂耐热性差、毒性较大；卤胺类抗菌剂为高分子抗菌剂，相容性较差，应用范围受限；壳聚糖类抗菌剂为天然抗菌剂，水溶性较差，难以用做添加剂使用。鉴于常用的抗菌材料均存在这样那样的不足，因此亟需一种添加新型抗菌材料的抗菌刷毛。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯以其优异的光学、电学、力学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯能够导致细胞膜的完全破坏以达到杀菌作用，也能够通过阻遏细菌生长达到抑菌作用。由于石墨烯是碳元素组成，不具有毒性，且能够达到长效抑菌和抗菌作用，并且对作用条件无挑剔无限制，将其应用于抗菌刷毛的研究具有很大的前景。
发明内容
(1)技术问题
因此，如何提供一种含有石墨烯的抗菌刷毛，成了本领域技术人员亟待解决的问题。
(2)技术方案
针对上述问题，本发明的内容是提供一种含有石墨烯的抗菌刷毛。
一种含有石墨烯的抗菌刷毛，是由刷毛丝主体和鳞片组成的一体结构刷毛。
所述刷毛丝主体是由圆柱状。
所述鳞片以环形矩阵分布于所述刷毛丝主体外侧，在圆周方向上鳞片分布有3～4片。所述鳞片形态与天然动物毛上存在的自然鳞片类似，所述鳞片与所述刷毛丝主体之间存在有缝隙。
一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其主要成分是PBT和石墨烯，其中PBT的重量百分比为92～98％，PBT采用PBT颗粒。所述石墨烯为粉末状，石墨烯为单层石墨烯结构，其厚度为0.35～10nm。
优选的，一种含有石墨烯的抗菌刷毛，还包含有氧化石墨烯。所述氧化石墨烯是石墨烯经强酸氧化制得，也呈粉末状。氧化石墨烯与石墨烯结构基本相同，仅在单层碳原子上含有大量的-OH和-C-O-C-含氧官能团，氧化石墨烯片层边缘含有-C＝O和-COOH官能团。由于氧化石墨烯含有亲水的-OH和-COOH官能团，因此含有氧化石墨烯的抗菌刷毛具有一定的亲水性能。
优选的，一种含有石墨烯的抗菌刷毛，还包含有氧化石墨烯和纳米金属粒子，纳米金属离子采用银离子。银离子与氧化石墨烯发生络合反应形成氧化石墨烯/银络合物，氧化石墨烯/银络合物降低了银系抗菌材料的成本，提高了稳定性，并且该络合物通过对银粒子的缓释作用来延长抗菌性能。
本发明的原理是，石墨烯可破坏细菌的细胞膜，导致细胞内的物质外流从而达到杀死细菌的目的；石墨烯对人体细胞基本没有细胞毒性，直接接触人体皮肤或口腔安全无害。由于石墨烯的疏水性能，使得含有石墨烯的抗菌刷毛更适合用于牙刷，以保证牙刷刷毛的干燥。添加有氧化石墨烯和石墨烯的抗菌刷毛，具有一定的亲水性能，适用于化妆水、化妆精华液等液体的化妆刷制备。添加有氧化石墨烯和纳米金属粒子的抗菌刷毛，可通过氧化石墨烯/银络合物的缓释作用来延长抗菌的效果。同时由于该鳞片的仿生结构设计使得将该抗菌刷毛具有与天然动物毛的鳞片相类似的功能，利用鳞片与刷毛丝主体之间的缝隙，可使得抗菌刷毛的吸附性增强，同时与细菌接触面积大，抗菌和抑菌效果更佳。将该抗菌刷毛应用于化妆刷，对化妆粉、化妆水的吸附能力增强，使得上妆效果更加服帖；将该抗菌刷毛应用于牙刷，同样也对牙膏的吸附能力增强，使刷毛与牙齿的接触面积增大，提高牙齿的清洁效果。
本发明提供的一种含有石墨烯的抗菌刷毛，是采用以下步骤进行制备的：
步骤S1，首先将特定重量百分比的PBT颗粒和石墨烯粉末放置于搅拌机中混匀搅拌，搅拌过程采用程序升温加温，由室温以4～6℃/min升温至250～270℃，同时采用搅拌棒以90～100转/min的速率进行搅拌。然后进行40～80min烘干，通过抽丝设备进行高温熔融拉丝，设置抽丝设备参数，可设定拉丝直径。经过步骤S1得到初级刷毛丝。
在搅拌过程中还可再加入氧化石墨烯粉末或氧化石墨烯粉末、纳米银溶液，搅拌30～45min。
步骤S2，将步骤S1得到的初级刷毛丝在旋转前进过程中经刀具切削出鳞片。初级刷毛丝前进的速率和旋转速率均可设定。该步骤中采用的刀具为平口刀片。因此经步骤S2切削出鳞片，实现仿生设计，达到仿生效果。
(3)有益效果
①本发明提供的抗菌刷毛由于具有石墨烯成分，直接接触人体皮肤或口腔安全无害；由于石墨烯的疏水性能，使得含有石墨烯的抗菌刷毛更适合用于牙刷，以保证牙刷刷毛的干燥。
②添加有氧化石墨烯和石墨烯的抗菌刷毛，具有一定的亲水性能，适用于化妆水、化妆精华液等液体的化妆刷制备；添加有氧化石墨烯和纳米金属粒子的抗菌刷毛，可通过氧化石墨烯/银络合物的缓释作用来延长抗菌的效果。
③本发明提供的抗菌刷毛，其鳞片的仿生结构设计使得将该抗菌刷毛具有与天然动物毛的鳞片相类似的功能，利用鳞片与刷毛丝主体之间的缝隙，可使得抗菌刷毛的吸附性增强，同时与细菌接触面积大，抗菌和抑菌效果更佳。将该抗菌刷毛应用于化妆刷，对化妆粉、化妆水的吸附能力增强，使得上妆效果更加服帖；将该抗菌刷毛应用于牙刷，同样也对牙膏的吸附能力增强，使刷毛与牙齿的接触面积增大，提高牙齿的清洁效果。
附图说明
图1为本发明提供的含有石墨烯的抗菌刷毛的整体结构示意图(刷毛竖直状态)，图2为本发明提供的含有石墨烯的抗菌刷毛的整体结构示意图(刷毛弯折状态)。
图中：1是刷毛丝主体，2是鳞片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种含有石墨烯的抗菌刷毛，是由刷毛丝主体1和鳞片2组成的一体结构刷毛。所述刷毛丝主体1是由圆柱状。所述鳞片2以环形矩阵分布于所述刷毛丝主体1外侧，在圆周方向上鳞片2分布有3～4片。所述鳞片2形态与天然动物毛上存在的自然鳞片类似，所述鳞片2与所述刷毛丝主体1之间存在有缝隙。如图1所示，当抗菌刷毛呈放置状态时，刷毛竖直，所述鳞片2紧贴于刷毛丝主体1外侧；使用抗菌刷毛时，如图2所示，刷毛呈弯折状态，此时所述鳞片2与刷毛丝主体1之间的缝隙露出，便于蘸取化妆粉或牙膏等物。
一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其主要成分是PBT和石墨烯，其中PBT的重量百分比为92～98％，PBT采用PBT颗粒。所述石墨烯为粉末状，石墨烯为单层石墨烯结构，其厚度为0.35～10nm。
优选的，一种含有石墨烯的抗菌刷毛，还包含有氧化石墨烯。所述氧化石墨烯是石墨烯经强酸氧化制得，也呈粉末状。氧化石墨烯与石墨烯结构基本相同，仅在单层碳原子上含有大量的-OH和-C-O-C-含氧官能团，氧化石墨烯片层边缘含有-C＝O和-COOH官能团。由于氧化石墨烯含有亲水的-OH和-COOH官能团，因此含有氧化石墨烯的抗菌刷毛具有一定的亲水性能。
优选的，一种含有石墨烯的抗菌刷毛，还包含有氧化石墨烯和纳米金属粒子，纳米金属离子采用银离子。银离子与氧化石墨烯在高温熔融状态发生络合反应形成氧化石墨烯/银络合物，氧化石墨烯/银络合物降低了银系抗菌材料的成本，提高了稳定性，并且该络合物通过对银粒子的缓释作用来延长抗菌性能。
实施例1：采用如下方法制备含有石墨烯的抗菌刷毛，得抗菌刷毛A。
步骤S1，首先将重量百分比为96％的PBT颗粒和4％的石墨烯粉末放置于搅拌机中混匀搅拌，搅拌45min。然后进行80min烘干，通过抽丝设备进行高温熔融拉丝，设置抽丝设备参数，可设定拉丝直径。其中，搅拌过程采用程序升温加温，由室温以4℃/min升温至250℃，同时采用搅拌棒以90转/min的速率进行搅拌。经过步骤S1得到初级刷毛丝。
步骤S2，将步骤S1得到的初级刷毛丝在旋转前进过程中经刀具切削出鳞片。初级刷毛丝前进的速率设定为20cm/S和旋转的速率为30°/S。
实施例2：采用如下方法制备含有石墨烯的抗菌刷毛，得抗菌刷毛B。
步骤S1，首先将重量百分比为96％的PBT颗粒和2％的石墨烯粉末放置于搅拌机中混匀搅拌，搅拌40min，搅拌过程中再加入2％的氧化石墨烯粉末。然后进行80min烘干，通过抽丝设备进行高温熔融拉丝，设置抽丝设备参数，可设定拉丝直径。其中，搅拌过程采用程序升温加温，由室温以5℃/min升温至260℃，同时采用搅拌棒以95转/min的速率进行搅拌。经过步骤S1得到初级刷毛丝。
步骤S2，将步骤S1得到的初级刷毛丝在旋转前进过程中经刀具切削出鳞片。初级刷毛丝前进的速率设定为25cm/S和旋转的速率为25°/S。
实施例3：采用如下方法制备含有石墨烯的抗菌刷毛，得抗菌刷毛C。
步骤S1，首先将重量百分比为96％的PBT颗粒和2％的石墨烯粉末放置于搅拌机中混匀搅拌，搅拌35min，搅拌过程中再加入1％氧化石墨烯粉末、1％纳米银溶液。然后进行80min烘干，通过抽丝设备进行高温熔融拉丝，设置抽丝设备参数，可设定拉丝直径。其中，搅拌过程采用程序升温加温，由室温以6℃/min升温至270℃，同时采用搅拌棒以100转/min的速率进行搅拌。经过步骤S1得到初级刷毛丝。
步骤S2，将步骤S1得到的初级刷毛丝在旋转前进过程中经刀具切削出鳞片。初级刷毛丝前进的速率设定为20cm/S和旋转的速率为20°/S。
经上述三种实施例制得的抗菌刷毛A、抗菌刷毛B、抗菌刷毛C分别涂上数量相当的金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌和大肠杆菌，作用24h后，经在显微镜下观测，发现抗菌刷毛A对金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌和大肠杆菌的抑菌率大于99％，抗菌刷毛B对金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌和大肠杆菌的抑菌率大于99％，抗菌刷毛C对金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌和大肠杆菌也大于99％，且在后续72h内细菌不再滋生。
将上述三种实施例制得的抗菌刷毛A、抗菌刷毛B、抗菌刷毛C均制成化妆刷和牙刷样品，即得化妆刷A、化妆刷B、化妆刷C和牙刷A、牙刷B、牙刷C。
经对比三款化妆刷，发现上妆效果是从优至良排列为：化妆刷B≈化妆刷C＞化妆刷A；以敏感面部皮肤使用者每天化妆试用2个月后，发现其面部肤质改善情况从优至良排列为：化妆刷A≈化妆刷B≈化妆刷C；以面部有痘的使用者每天化妆试用2个月后，其面部的痘有变小、甚至消退的现象。
经对比三款牙刷，发现对牙齿的清洁效果从优至良排列为：牙刷A＞牙刷B≈牙刷C；对于有轻度牙龈炎的使用者每天坚持早晚刷牙试用2个月后，对其牙龈炎有缓解的现象。
由以上可得结论，采用石墨烯制得的刷毛抗菌效果佳，对金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果。氧化石墨烯具有亲水性能，含有氧化石墨烯的抗菌刷毛适合制备化妆刷，尤其适合制备蘸取化妆精华液或化妆水的化妆刷。含有氧化石墨烯、纳米银成分的抗菌刷毛，其抗菌效果佳且抑菌效果持久。
同时由于鳞片的仿生结构设计使得将该抗菌刷毛应用于化妆刷，对化妆粉、化妆水的吸附能力增强，使得上妆效果更加服帖；将该抗菌刷毛应用于牙刷，同样也对牙膏的吸附能力增强，使刷毛与牙齿的接触面积增大，提高牙齿的清洁效果。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的产品。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种含有石墨烯的抗菌刷毛，是由刷毛丝主体和鳞片组成的一体结构刷毛，其特征在于：所述刷毛丝主体是由圆柱状；所述鳞片以环形矩阵分布于所述刷毛丝主体外侧，在圆周方向上鳞片分布有3～4片；所述鳞片形态与天然动物毛上存在的自然鳞片类似，所述鳞片与所述刷毛丝主体之间存在有缝隙。
2.一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其特征在于：其主要成分是PBT和石墨烯，其中PBT的重量百分比为92～98％，PBT采用PBT颗粒；所述石墨烯为粉末状，石墨烯为单层石墨烯结构，其厚度为0.35～10nm。
3.根据权利要求2所述的一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其特征在于：还包含有氧化石墨烯，呈粉末状。
4.根据权利要求2所述的一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其特征在于：还包含有氧化石墨烯和纳米金属粒子，纳米金属离子采用银离子。
5.根据权利要求1或2所述的一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其特征在于：是经过以下步骤制成的：
步骤S1，首先将特定重量百分比的PBT颗粒和石墨烯粉末放置于搅拌机中混匀搅拌，搅拌过程采用程序升温加温，由室温以4～6℃/min升温至250～270℃，同时采用搅拌棒以90～100转/min的速率进行搅拌；然后进行40～80min烘干，通过抽丝设备进行高温熔融拉丝，设置抽丝设备参数，可设定拉丝直径；经过步骤S1得到初级刷毛丝；
在搅拌过程中还可再加入氧化石墨烯粉末或氧化石墨烯粉末、纳米银溶液，搅拌30～45min；
步骤S2，将步骤S1得到的初级刷毛丝在旋转前进过程中经刀具切削出鳞片；初级刷毛丝前进的速率和旋转速率均可设定。
6.根据权利要求5所述的一种含有石墨烯的抗菌刷毛，其特征在于：步骤S2中采用的刀具为平口刀片。
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