CN103242602A

CN103242602A - 一种新型抗菌木塑复合材料及制备方法

Info

Publication number: CN103242602A
Application number: CN2013101623109A
Authority: CN
Inventors: 徐开蒙; 张力; 李凯夫; 谢成屏
Original assignee: 徐开蒙
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种新型抗菌木塑复合材料及制备方法，新型抗菌木塑复合材料按质量份数，由如下组分组成：聚氯乙烯树脂 100份，木质纤维 40～150份，壳聚糖1～100份，其他加工助剂1～50份，无机填料1～50份。该新型抗菌木塑复合材料包含具有抗菌功效的纯天然生物高聚物壳聚糖，通过熔融共混、挤出成型、冷却定型的加工方法制备而成同时也具有木质感强、强重比高、力学性能优异的优点，可广泛应用地包装材料、医院设施，公共卫生器具，室内家具及装饰，儿童家具，卫浴家具、公共场所设施等。

Description

一种新型抗菌木塑复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有抗细菌的功能，并且不用添加任何偶联剂，力学性能佳，木质感强的新型抗菌木塑复合材料及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料一直以来由于木质纤维与树脂间相容性差，在一定程度上制约了其进一步的发展和应用领域的拓广。为了改善界面相容性，人们大多数将研究集中在如何通过化学改性或采用添加人工合成的有机化合物偶联剂进行界面改性，在一定程度上对木塑复合材料的环保性能有所影响。在制造工艺技术不断优化，性能不断升级及产业化规模进一步扩大的今天，木塑复合材料的应用范围已经由原来主要的建筑施工模板，托盘，包装箱，管材、户外景观、铺板、栏杆等，逐步扩展到室内家具、装饰、门窗、地板、汽车内饰、电器外壳、运动器材、包装等众多领域。同时木塑复合材料在全世界以惊人速度的发展，木塑制品对更多材料的替代和越来越广泛的使用，必将成为今后人们的日常生活中必不可少的一部分。

[0003]然而，与人体接触紧密的物件比较容易滋生细菌,且不易清理, 据统计，全世界每年死亡人数中大约有1700万人是因细菌传染而引起的。木塑开发初期，生物质材料的比例较低(50％以下)，木塑的连续相是塑料高分子基料，可对生物质材料进行有效包埋，提升了木塑耐霉腐真菌侵染的能力，因此曾一度认为木塑不会受到霉腐真菌的侵染。然而，由于技术的改进，生物质材料比例的增加(70％ )，生物质材料反而变成了木塑的连续相，再加上生物质材料中又含有单糖、半纤维素、纤维素，甚至还含有淀粉和蛋白等营养物质，使得木塑比塑料更易受霉腐真菌的侵害。一些与食品联系紧密的木塑复合材料制品，更易含有供细菌生存的营养源,进一步增加了细菌侵入人体的危险性。CN101787167 B公开了一种抗菌木塑复合材料的制备方法，其主要是通过高能辐射接枝上季铵盐，恶唑烷酮等人工合成化学抗菌剂进行抗腐朽菌功能的实现，同时其制备过程相对复杂，环境友好性也有待提高。US patent NO.7446138B2中曾提到在甲壳素和壳聚糖的混合物中，直接添加化学合成偶联剂作为新型偶联剂，制备木塑复合材料，虽其弯曲强度和模量得以一定程度的提升，但其提升效率相对较低，分散效果也需进一步加强。随着生活品质和提升，人们目光会更加聚焦于“生态，环保，卫生，健康”等能促进人体身心健康、改善生活和工作环境的新型环保功能性材料。在保持木塑复合材料原有优点的前提下，通过天然环保的方式不断改进木塑复合材料的界面结合能力，并赋予木塑复合材料抗细菌功能，则无疑可为木塑复合材料的使用范围进一步拓展奠定基础。

发明内容

为克服现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种新型抗菌木塑复合材料，在不加常规化学改性偶联剂的前提下，通过纯天然壳聚糖的天然偶联功效，更好地提升木塑复合材料的界面结合，并最大化地提升木塑复合材料的木质感，弯曲和拉伸强度，同时赋予木塑复合材料较好抗细菌的功能；本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种新型抗菌木塑复合材料，按质量份数，由如下组分组成：

聚氯乙烯树脂 100份

木质纤维 40～150份

壳聚糖 1～100份

其他加工助剂 1～50份

无机填料 1～50份

聚氯乙烯为废旧回收的聚氯乙烯，或是全新的通过本体法、乳液法和悬浮法生产的聚氯乙烯的一组或两种以上的混合物。

木质纤维为木粉、竹粉、玉米秸秆粉、小麦秸秆粉、高粱秸秆粉、水稻秸秆粉、藤麻秆粉、甘蔗渣等一种或两种以上的混合物，且粒径在40目～140目范围内，含水率小于5%。

壳聚糖的分子量10万～100万，脱乙酰度50～99%，粒径50～110微米。壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌、和病毒的生长繁殖。目前认为其可能的机制有三：一是由于壳聚糖的多聚阳离子，易于真菌细胞表面带负电荷的基团作用，从而改变病原菌细胞膜的流动性和通透性；二是干扰DNA的复制与转录；三是阻断病原菌代谢。近年来，有许多研究者提出壳聚糖通过诱导病程相关蛋白，积累次生代谢产物和信号传导等方式来达到抗菌的目的的观点。壳聚糖与磷酸钙的复合物可作为骨的替代物,用于骨的修补及牙的填料，因此使木塑复合材料具有很强的木质感；同时壳聚糖可与木质纤维均匀混合，且能粘附于木质纤维表面，可增强抗张强度、弯曲强度、耐水性、耐破度，加工时不易破碎。

其他加工助剂为公知的润滑剂、热稳定剂和特殊功能改性剂。

所述润滑剂为硬脂酸金属盐、硬脂酸、聚酯蜡、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡的一种或两种以上的混合物。

所述热稳定剂为稀土热稳定剂、铅盐热稳定剂、金属皂类热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

所述无机填料为碳酸钙类或硅酸盐类；

一种新型抗菌木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：

（1）将壳聚糖溶于质量分数为2%～10%的醋酸中，并搅拌均匀，冷却待用；

（2）将聚氯乙烯树脂、木质纤维加入转速为500～1500r/min高速混合机中在80～100℃下热混5～10min，将步骤（1）中制备的溶液均匀的喷洒在所述热混料中，在100～120℃下混合5～10min，然后加入其他加工助剂和无机填料继续混合5～10min，最后将所得混合料转移至冷混机中冷却至35～50℃冷混10～15min，得到预混料；

（3）通过双螺杆挤出机造粒、二次成型、冷却定型、牵引、切割即得成品。

作为一种优选方案，步骤（2）中的挤出机温度为120～180℃。

作为一种优选方案，步骤（1）中的转速优选为800～1200转。

有益效果：按上述方法制备的新型抗菌木塑复合材料，在不加常规化学改性偶联剂的前提下，通过绿色环境友好的纯天然壳聚糖溶于较低浓度下的醋酸溶液中，并均匀喷洒在木粉和聚氯乙烯树脂上，通过壳聚糖对木质纤维和聚氯乙烯树脂之间的天然偶联功效，更好地提升木塑复合材料界面结合，并最大化地提升木塑复合材料的木质感，弯曲和拉伸强度，同时赋予复合材料较好抗细菌的功能，与现有的木塑复合材料相比，具有木质感强、弯曲强度和拉伸强度高，抗细菌功能佳等优点，可将木塑复合材料领域进一步拓展到医院设施，公共卫生器具，室内家具及装饰，儿童家具，卫浴家具、公共场所设施及日常包装材料等。

具体实施方式

本发明的实施方式不局限于以下所列举的实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。所用原料——聚氯乙烯，包括废旧回收的聚氯乙烯和全新的通过本体法，乳液法和悬浮法生产的聚氯乙烯的一组或几种的不同组合。木质纤维为木粉，竹粉，玉米秸秆粉，小麦秸秆粉，高粱秸秆粉，水稻秸秆粉，藤麻秆粉，甘蔗渣等一种或多种的组合，且粒径在40目140目范围内，含水率小于5%。壳聚糖为分子量10万～100万，脱乙酰度为50%～99%，粒径50～110微米。其他加工助剂包括润滑剂、热稳定剂和特殊功能改性剂。[0022]润滑剂为硬脂酸金属盐、硬脂酸、聚酯蜡、石蜡，PE蜡，氧化PE蜡的一种或几种的组合。热稳定剂为稀土热稳定剂、铅盐热稳定剂、金属皂类热稳定剂中的一种或几种的组合。无机填料为碳酸钙类或硅酸盐类；

实施例一

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖15份（分子量10～40万、脱乙酰度70%、粒径100目）；其他加工助剂40份；无机填料15份。

按照下列方法制备：首先将壳聚糖溶于质量分数为2%的醋酸中，并搅拌均匀，冷却待用；其次将聚氯乙烯树脂、木质纤维加入转速为1000r/min高速混合机中温度为80℃热混5～10min，其次将壳聚糖醋酸溶液均匀的喷洒在热混料中，在100℃下混合5min，然后加入其他加工助剂和无机填料再混合5min，最后将混合料转移至冷混机中冷却至35～50℃冷混10min，得到预混料；最后通过双螺杆挤出机造粒、二次成型、冷却定型、牵引、切割即得新型抗菌木塑复合材料。

新型抗菌木塑复合材料具有木质感强、弯曲和拉伸强度高，抗细菌性能优异的特点。

实施例二

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖30份（分子量10～40万，脱乙酰度70%、粒径70-90微米）；其他加工助剂40份；无机填料15份，首先将壳聚糖溶于质量分数为6%的醋酸中，并搅拌均匀，冷却待用；其次将聚氯乙烯树脂、木质纤维加入转速为1000r/min高速混合机中温度为90℃热混5～10min，然后按照实施例一的制备方法得到成品。

实施例三

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖45份（分子量10～40万、脱乙酰度70%、粒径70-90微米）；其他加工助剂40份；无机填料15份，首先将壳聚糖溶于质量分数为9.35%的醋酸中，并搅拌均匀，冷却待用；其次将聚氯乙烯树脂、木质纤维加入转速为1000r/min高速混合机中温度为85℃热混5～10min，其次将壳聚糖醋酸溶液均匀的喷洒在热混料中，在118℃下混合5min，然后加入其他加工助剂和无机填料再混合5min，最后将混合料转移至冷混机中冷却至40℃冷混10min，得到预混料；然后按照实施例一的制备方法得到成品。

实施例四

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（分子量10～40万、脱乙酰度70%、粒径70-90微米）；其他加工助剂40份；无机填料15份，首先将壳聚糖溶于质量分数为10%的醋酸中，并搅拌均匀，冷却待用；其次将聚氯乙烯树脂、木质纤维加入转速为1000r/min高速混合机中温度为100℃热混5～10min，其次将壳聚糖醋酸溶液均匀的喷洒在热混料中，在120℃下混合5min，然后加入其他加工助剂和无机填料再混合5min，最后将混合料转移至冷混机中冷却至50℃冷混10min，得到预混料；然后按照实施例一的制备方法得到成品。

实施例五

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（分子量50～70万、脱乙酰度70%、粒径70-90微米）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例一的制备方法得到成品。。

实施例六

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（分子量80～100万、脱乙酰度70%、粒径70-90微米）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例二的制备方法得到成品。

实施例七

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（脱乙酰度50～60% 、分子量50～70万）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例四的制备方法得到成品。

实施例八

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（脱乙酰度70～80%、分子量50～70万）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例一的制备方法得到成品。

实施例九

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（脱乙酰度90～99%、分子量50～70万）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例三的制备方法得到成品。

实施例十

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（粒径50～70微米分子量50～70万、脱乙酰度80%）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例三的制备方法得到成品。

实施例十一

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（粒径70～90微米分子量50～70万、脱乙酰度80%）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例二的制备方法得到成品。

实施例十二

本实施例所使用的原料组分以质量份数计算，由以下组分组成：聚氯乙烯树脂100份；木质纤维60份（目数为40～60目）；壳聚糖60份（粒径90～110分子量50～70万、脱乙酰度80%）；其他加工助剂40份；无机填料15份，然后按照实施例一的制备方法得到成品。

以上实施例所得产品性能指标对比如下表所示：

表1：各实施例产品性能指标

上表中，产品性能测试是采用琼脂板菌落计数方法测定抗菌木塑复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性，采用万能力学试验机参考GBT 1040.3～2006和GBT 9341～2000测定力学性能。

以上说明仅仅是结合优选技术方案对本发明的进一步详细的解释，但并不是对本发明的限制，对于本发明所属领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干的推演或替换部分配方中的内容，都应视为本发明范围内，受到专利法的保护。

Claims

1. 一种新型抗菌木塑复合材料，按质量份数，由如下组分组成：

聚氯乙烯树脂 100份

木质纤维 40～150份

壳聚糖 1～100份

其他加工助剂 1～50份

无机填料 1～50份。

2.如权利要求1所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述聚氯乙烯为废旧回收的聚氯乙烯和全新的通过本体法，乳液法和悬浮法生产的聚氯乙烯的一种或两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述木质纤维为木粉、竹粉、玉米秸秆粉、小麦秸秆粉、高粱秸秆粉、水稻秸秆粉、藤麻秆粉、甘蔗渣等一种或两种以上的混合物，粒径40目～140目，含水率小于5%。

4.如权利要求1所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述壳聚糖的分子量10～100万，脱乙酰度50～99%，粒径50～110微米。

5.如权利要求1所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述其他加工助剂包括润滑剂、热稳定剂、特殊功能改性剂。

6.如权利要求5所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸金属盐、硬脂酸、聚酯蜡、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡的一种或两种以上的混合物。

7.如权利要求5所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为稀土热稳定剂、铅盐热稳定剂、金属皂类热稳定剂中的一种或两种以上的混合物。

8.如权利要求5所述的新型抗菌木塑复合材料，其特征在于：所述无机填料为碳酸钙类和硅酸盐类。