CN102241858B - 一种阻燃抗菌聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种阻燃抗菌聚丙烯材料及其制备方法。该阻燃抗菌聚丙烯材料由下述材料组成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、白油、氢氧化镁、三聚氰胺、酚醛、抗菌剂、润滑剂以及抗氧剂。本发明可以使塑料可以达到阻燃、抗菌的效果。

Description

一种阻燃抗菌聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种阻燃抗菌聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯具有生产成本低，综合力学性能好，无毒、质轻、耐腐蚀、易于加工和回收等特点，因此得到了广泛的应用，但其属于易燃材料，因此赋予其阻燃性能就十分重要和必要。目前，大多数以卤系阻燃为主，含卤阻燃在阻燃过程中产生的烟雾大而且有毒，随着人们环保意识的增强，所以无卤阻燃成为聚丙烯发展的一个趋势。

线性低密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.918～0.935g/cm³。它与低密度聚乙烯相比，具有较高的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等。

蒙脱土是蒙皂石粘土(包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土)经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，是最有商业用途的无机高分子类增稠剂。蒙脱土具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加(通常采用螺杆共混)。另外，季磷盐具有抗菌基团。

三聚氰胺是一种用途广泛的基本有机化工中间产品，最主要的用途是作为生产三聚氰胺甲醛树脂(MF)的原料。三聚氰胺还可以作阻燃剂、减水剂、甲醛清洁剂等。

日常生活中，人们不可避免地会接触到细菌，随着人们健康意识的增强，抗菌塑料也将会得到越来越多的应用。抗菌塑料中起抗菌作用的抗菌剂，主要可分为有机抗菌剂和无机抗菌剂，目前常用的无机抗菌剂存在价格高，易变色等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻燃抗菌聚丙烯材料，使塑料可以达到阻燃、抗菌的效果。

本发明的另一目的是提供一种阻燃抗菌聚丙烯材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种阻燃抗菌聚丙烯材料，由下述材料组成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、白油、氢氧化镁、三聚氰胺、酚醛、抗菌剂、润滑剂、以及抗氧剂。

可选地，所述阻燃抗菌聚丙烯材料按重量百分比由下述材料制成：

聚丙烯              37.7-50.8％；

线性低密度聚乙烯    4.0-10.0％；

白油                0.1％；

氢氧化镁            35.0-50.0％；

三聚氰胺            1.0-2.0％；

酚醛                1.0-2.0％；

抗菌剂              1.5-3.0％；

润滑剂              0.4-0.8％；

抗氧剂              0.2-0.4％。

可选地，所述聚丙烯为熔体流动速率大于15g/10min的均聚聚丙烯。

可选地，所述线性低密度聚乙烯的熔体流动速率大于18g/10min。

可选地，所述抗菌剂为季磷盐改性蒙脱土。

可选地，所述润滑剂为N，N-乙撑双硬脂酰胺(EBS)。

可选地，所述抗氧剂由四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、以及亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯按重量比1∶(1-3)复配得到。

一种阻燃抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)根据以下重量百分比称取各组分：

聚丙烯              37.7-50.8％；

线性低密度聚乙烯    4.0-10.0％；

白油                0.1％；

氢氧化镁            35.0-50.0％；

三聚氰胺            1.0-2.0％；

酚醛                1.0-2.0％；

抗菌剂              1.5-3.0％；

润滑剂              0.4-0.8％；

抗氧剂              0.2-0.4％；

(2)将称取的所有原料混合均匀；

(3)将混合原料加入双螺杆机，经熔融挤出，造粒。

优选地，所述制备方法步骤(3)中的熔融阶段的工艺条件为工艺条件为：

在双螺杆机控温段中，一区温度为200-210℃，二区温度为230-250℃，三区温度为230-250℃，四区温度为220-240℃，双螺杆机的机头温度230-250℃，停留时间3-4min，压力为12-18MPa。

由上可见，与现有技术相比，应用本发明的技术方案，有如下有益效果：

本发明的阻燃抗菌聚丙烯材料，由下述材料组成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、白油、氢氧化镁、三聚氰胺、酚醛、抗菌剂、润滑剂、以及抗氧剂。材料中的聚丙烯、以及线性低密度聚乙烯的熔体流动速率流动性好，能与其他材料更好地融合，避免了原料分散不均；聚丙烯为均聚聚丙烯，耐热性能好；

以氢氧化镁作为阻燃填充剂，与聚丙烯二者占阻燃抗菌聚丙烯材料的大部分比例，且结合可用作阻燃剂的三聚氰胺制备，使材料的整体阻燃性好；

以N，N-乙撑双硬脂酰胺(EBS)作为阻燃剂，能显著改善各组分的分散性，显著提高材料的耐热性能；

另外，抗菌剂采用季磷盐改性蒙脱土，季磷盐具有抗菌基团，因此，采用阻燃剂和抗菌剂复配使用的方法，得到了同时具有阻燃和抗菌作用的聚丙烯材料，这种材料可以使生产成本降低，产品性能优异，可广泛应用于家电产品。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

均聚是指由一种有机单体进行的聚合反应。均聚物是指由一种单体聚合而成的聚合物，典型的均聚物有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。聚丙烯均聚物由单一丙烯单体聚合而成，结晶度较高、力学强度和耐热性能良好。聚丙烯均聚物是在聚合时掺入少量乙烯单体共聚而成，有较高的抗冲击强度，无规共聚丙烯有较高的抗冲击强度和透明度，嵌段共聚丙烯有较高的抗冲击强度。

氢氧化镁广泛用于PE、PP、PVC、ABS、PS、HIPS、PA、PBT、不饱和聚酯、环氧树脂、橡胶、油漆的阻燃填充剂、以及化工、环保等工业领域；用于塑料、橡胶等高分子材料的优良阻燃剂和填充剂，在环保方面作为烟气脱硫剂，可替代烧碱和石灰作为含酸废水的中和剂；用作油品添加剂，起到防腐和脱硫作用；用于电子行业、医药、砂糖的精制；用于保温材料以及制造其他镁盐产品。

普通氢氧化镁应用于橡胶、塑料、油漆、涂料、化工等行业；活性氢氧化镁广泛应用于橡胶、化工、建材、塑料(聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶)及电子、不饱和聚酯和油漆、涂料等高分子材料中，特别是对矿用导风筒涂覆布、PVC整芯运输带、阻燃胶板、蓬布、PVC电线电缆料、矿用电缆护套、电缆附件的阻燃、消烟抗静电，可代替氢氧化铝，具有优良的阻燃效果。

季磷盐改性蒙脱土采用自制的方式，制备过程是：将蒙脱土配成5％的悬浊液，按1∶5的配比再加入一定量的含量为50％的十四烷基三丁基季磷盐，在65℃下恒温搅拌反应6小时，拿出过滤，反复洗涤，然后在80℃下干燥24小时后备用。

熔体流动速率按照ASTM D-1238标准测试。

制备聚丙烯材料时，按重量比称取各原料，把称取的原料加入低速混合器中，充分混合3～5min，然后将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒。

双螺杆机一般分为以下几个部分：喂料系统、减速箱、主电机、螺杆、机筒、加热系统、抽真空系统、冷却系统、联锁控制系统、以及电器控制系统。其中，在加热系统的控温段中，又分为进料区、一区、二区、三区、四区等区段。

实施例1：

按重量配比进行混合，聚丙烯50.8％；线性低密度聚乙烯10.0％；白油0.1％；氢氧化镁35.0％；三聚氰胺1.0％；酚醛1.0％；抗菌剂1.5％；润滑剂0.4％；抗氧剂0.2％。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：在双螺杆机控温段中，一区温度为210℃；二区温度为230℃；三区温度为240℃；四区温度为220℃；双螺杆机的机头温度为240℃；停留时间3～4min。压力为15MPa。

实施例2：

按重量配比进行混合，聚丙烯46.3％；线性低密度聚乙烯8.0％；白油0.1％；氢氧化镁40.0％；三聚氰胺1.4％；酚醛1.4％；抗菌剂2.0％；润滑剂0.5％；抗氧剂0.3％。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：在双螺杆机控温段中，一区温度为210℃；二区温度为240℃；三区温度为240℃；四区温度为230℃；双螺杆机的机头温度为240℃；停留时间3～4min。压力为15MPa。

实施例3：

按重量配比进行混合，聚丙烯41.9％；线性低密度聚乙烯6.0％；白油0.1％；氢氧化镁45.0％；三聚氰胺1.8％；酚醛1.8％；抗菌剂2.5％；润滑剂0.6％；抗氧剂0.3％。。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：在双螺杆机控温段中，一区温度为200℃；二区温度为250℃；三区温度为250℃；四区温度为220℃；双螺杆机的机头温度为230℃；停留时间3～4min。压力为15MPa。

实施例4：

按重量配比进行混合，聚丙烯37.7％；线性低密度聚乙烯4.0％；白油0.1％；氢氧化镁50.0％；三聚氰胺2.0％；酚醛2.0％；抗菌剂3.0％；润滑剂0.8％；抗氧剂0.4％。将混合好的物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混，挤出造粒成复合材料。其中，螺杆各加温区温度设置分别为：在双螺杆机控温段中，一区温度为200℃；二区温度为230℃；三区温度为240℃；四区温度为240℃；双螺杆机的机头温度为250℃；停留时间3～4min。压力为15MPa。

性能测试：

拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；

悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm；

抗菌性能检测参照中华人民共和国轻工行业标准QB/T2591-2003用贴膜法，考察样品24h的抑菌率，菌落总数的测定参照GB/T4789.2-2003计数。将已注塑好的抗菌样板制成50mm×50mm。抗菌率的计算式如下：

R(％)＝(B-C)/B×100

式中：R-抗菌率，％；

B-空白对照样品平均回收菌数，cfu/片；

C-抗菌塑料样品平均回收菌数，cfu/片。

其他测试：熔融指数按照ASTM D1238测试。

实施例1-4配方及材料性能见表1：

表1实施例1-4配方及材料性能

由表1可以看出，线性低密度聚乙烯、氢氧化镁，抗菌剂的含量在本发明范围内变化时，得到的阻燃抗菌聚丙烯材料的阻燃性能和拉伸性能有明显变化。现有技术中以氢氧化镁填充的阻燃聚丙烯填充量高达60％，从而影响了拉伸和冲击性能，而抗菌聚丙烯常采用无机银抗菌剂，造价高且易变色，而本发明中的聚丙烯氢氧化镁填充量相对比较低，不易变色，同时具有阻燃和抗菌复合性能，性价比高。综合成本和性能考虑，当聚丙烯含量为41.9％，线性低密度聚乙烯6.0％，白油0.1％，氢氧化镁45.0％，三聚氰胺1.8％，酚醛1.8％，抗菌剂2.5％，润滑剂0.6％和抗氧剂0.3％时，制得的阻燃抗菌聚丙烯材料阻燃和抗菌性能都比较好，且拉伸和冲击性能适中。

本发明通过选择合适的树脂原材料以及各种助剂的添加配比，得到了具有阻燃和抗菌复合性能的聚丙烯材料，可广泛应用于家电行业。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：由下述材料组成：聚丙烯、线性低密度聚乙烯、白油、氢氧化镁、三聚氰胺、酚醛、抗菌剂、润滑剂、以及抗氧剂，其中各组分的重量百分比为：

2.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：所述聚丙烯为熔体流动速率大于15g/10min的均聚聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：所述线性低密度聚乙烯的熔体流动速率大于18g/10min。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：所述抗菌剂为季磷盐改性蒙脱土。

5.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：所述润滑剂为N，N-乙撑双硬脂酰胺(EBS)。

6.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌聚丙烯材料，其特征是：所述抗氧剂由四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、以及亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，按重量比1∶(1-3)复配得到。

7.一种阻燃抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)根据以下重量百分比称取各组分：

(2)将称取的所有原料混合均匀；

(3)将混合原料加入双螺杆机，经熔融挤出，造粒；

在双螺杆机控温段中，一区温度为200-210℃，二区温度为230-250℃，三区温度为230-250℃，四区温度为220-240℃，双螺杆机的机头温度230-250℃，停留时间3-4min，压力为12-18MPa。