CN103910996A - 一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料及其制备与应用 - Google Patents

一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料及其制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料及其制备与应用，涉及高分子材料技术领域。其特征在于纳米抗菌超韧塑料，主要由以下原料经共混挤出制得：树脂70-93份，抗菌母粒2-10份，增韧剂5-20份，抗氧剂0.1-1.0份,润滑剂0.2-1.0份。其制备方法是，先制备抗菌母粒，然后按比例称取原料，加入到高速混合机中，混合2-10min；然后将所得混合物通过双螺杆挤出机挤出造粒得到纳米抗菌超韧塑料。本发明纳米抗菌超韧塑料具有高效、持续、广谱、安全的抗菌效果，可将其应用于眼镜框的制作，能够满足眼镜框弹性大、韧性强，不易断裂的特性需求。

Description

一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料及其制备与应用
技术领域
本发明涉及一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料及其制备与应用，属于高分子材料技术领域。
背景技术
日常生活中，相当一部分有害细菌是在塑料制品的表面存在并繁殖，且通过接触导致各种疾病。随着人们对健康和环保意识的不断增强，对日常生活中接触频繁的塑料部件提出了“抗菌、杀菌”的需求。市场上眼镜框很多，主要在于改善材质，而对于抗菌功能的研究较少。由于整体置于空气中，其表面易沉积空气中的各种粉尘及飞沫中可能含有的对人体有害的细菌，但对其定期进行擦拭、定期消毒等不仅为工作、学习和生活带来不便，也无法达到彻底去污、杀菌的作用。目前抗菌塑料的制法主要是通过添加少量抗菌剂共混复合而成，这些抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂，因无机抗菌剂在塑料热成型过程中稳定，应用较普遍，但大多数无机抗菌剂为重金属离子，如纳米银，对人体毒性较大，且会造成环境污染。有机类抗菌剂主要品种有香醛、乙基香草醛类化合物、季胺盐类和双胍类等，有机类抗菌剂耐温性差，长期使用有溶出、析出现象。
 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗菌母粒、添加该抗菌母粒的纳米抗菌超韧塑料以及其制备方法，并将其应用于眼镜框的制作，所述抗菌超韧塑料具有高效、持续、广谱、安全的抗菌效果，从而能够满足眼镜框（架）弹性大、韧性强，不易断裂的特性需求。
本发明的一种抗菌母粒，主要由无机纳米抗菌剂和载体树脂经共混挤出制成，其中无机纳米抗菌剂占抗菌母粒的质量分数为1%-40%，载体树脂占抗菌母粒的质量分数为60%-99%；所述的无机纳米抗菌剂为接枝高分子抗菌剂的纳米粉体。
所述的接枝高分子抗菌剂的纳米粉体为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅、接枝高分子季铵盐的纳米二氧化钛和接枝高分子季铵盐的纳米氧化锌中的至少一种；所述的载体树脂为尼龙6（PA6）。
优选的，以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，所述无机纳米抗菌剂占25%，载体树脂占75%。
本发明的抗菌母粒的制备方法，先用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）处理无机纳米抗菌剂，KH550的添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%，然后与载体树脂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。
硅烷偶联剂KH550处理无机纳米抗菌剂的方法可参考“KH550改性纳米二氧化硅的研究[J]太原理工大学学报,2008,39(1):26.解小玲,等.”
所述方法中，高速混合时，添加乙撑双硬脂酰胺（EBS）作为分散剂。
本发明的一种纳米抗菌超韧塑料，其是由以下质量份的原料经共混挤出制得：树脂70-93份，抗菌母粒2-10份，增韧剂5-20份，抗氧剂0.1-1.0份, 润滑剂0.2-1.0份；所述的树脂为尼龙12（PA12）、PA6/PA12合金或者PA6/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）合金。
所述的增韧剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐或苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物。
所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺（抗氧剂1098）、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗氧剂168）的至少一种。
所述的润滑剂为硅酮粉。
本发明的纳米抗菌超韧塑料的制备方法，包括以下步骤： 
（1）抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理无机纳米抗菌剂，其添加量为抗菌剂质量的2%，然后与PA6载体树脂、EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒；
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的以下组分：
树脂         70-93份
抗菌母粒     2-10份
增韧剂       5-20份
抗氧剂       0.1-1.0份
润滑剂       0.2-1.0份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间2-10min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
    本发明所述的纳米抗菌超韧塑料可用于制作眼镜框。
本发明的有益效果：
   1、本发明采用高分子季铵盐接枝纳米氧化物作为抗菌剂，制得了高效、安全的抗菌母粒，解决了有机抗菌剂易溶出、易析出的问题，兼有无机抗菌的耐热性、广谱性、耐药性和有机抗菌剂的颜色稳定、杀菌快速特性。
2、本发明纳米抗菌超韧塑料具有超韧性，耐撞耐磨，摩擦系数低等特点，有高效、持续、广谱、安全的抗菌效果，将其应用于眼镜框的制作，制成的眼镜架弹性大、韧性强，不易断裂。该抗菌超韧塑料也可辐射到其他相关领域，有较好的应用前景。
 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化硅NSG-MQAS，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，将25%纳米SiO2、75% PA6载体树脂和0.5%  EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出各段温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA12                                      80份
抗菌母粒                                   5份
聚烯烃弹性体接枝马来酸酐（POE-g-MAH）    15份   
抗氧剂 1098                                0.2份
抗氧剂168                                  0.2份
硅酮粉                                      0.3份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间2min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
 
实施例2
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化硅NSG-MQAS， KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将25%纳米SiO2、75%  PA6载体树脂和0.5%  EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出各段温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA6                                   55份
PA12                                  30份
抗菌母粒                                5份
聚烯烃弹性体接枝马来酸酐POE-g-MAH    10份   
抗氧剂 1098                            0.2份
抗氧剂168                             0.2份
硅酮粉                                0.3份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间5min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
实施例3
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化硅NSG-MQAS，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将25%纳米SiO2、75%  PA6载体树脂和0.5%  EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出各段温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA6                           60份
ABS                          30份
抗菌母粒                      5份
苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物   5份   
抗氧剂 1098                   0.2份
抗氧剂168                     0.2份
硅酮粉                        0.3份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间10min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
 
实施例4
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米氧化锌，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将25% 纳米SiO2、75% PA6载体树脂和0.5%  EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA12                                 93份
抗菌母粒                               2份
聚烯烃弹性体接枝马来酸酐POE-g-MAH   5份   
抗氧剂 1010                            0.5份
抗氧剂168                              0.5份
硅酮粉                                 1.0份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间8min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
 
实施例5
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化钛，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将25% 纳米SiO2、75% PA6载体树脂和0.5% EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA6                          50份
ABS                          20份
抗菌母粒                      10份
苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物   20份   
抗氧剂 1098                   0.05份
抗氧剂168                     0.05份
硅酮粉                        0.2份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间6min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
实施例6
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化钛，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将1% 纳米二氧化钛、99%  PA6载体树脂和0.5% EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出各段温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA6                          50份
ABS                          20份
抗菌母粒                      10份
苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物   20份   
抗氧剂 1098                   0.05份
抗氧剂168                     0.05份
硅酮粉                        0.2份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间6min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
 
实施例7
（1）    抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂KH550处理高分子季铵盐接枝的纳米二氧化钛，KH550添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%。以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，然后将40%纳米二氧化钛、60%  PA6载体树脂和0.5% EBS分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。挤出各段温度为220℃-250℃。
（2）    纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的原料和加工助剂
PA6                          50份
ABS                          20份
抗菌母粒                      10份
苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物   20份   
抗氧剂 1098                   0.05份
抗氧剂168                     0.05份
硅酮粉                        0.2份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间6min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
表1实施例1-7所得纳米抗菌超韧塑料性能测试结果
本发明中，抗菌检测按照国标GB21551.2-2010测试，拉伸强度、断裂伸长率采用ASTM D638标准进行测试，弯曲强度采用ASTM D790，冲击强度采用ASTM D6110标准进行测试，热变形温度采用ASTM D648标准进行测试。从表1中可以看出，通过合理控制配方中各组分的比例和成分，加入一定量抗菌剂和增韧剂可以得到一种高抗菌性高韧性的功能塑料。
以上所述是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌母粒，主要由无机纳米抗菌剂和载体树脂经共混挤出制成，其中无机纳米抗菌剂占抗菌母粒的质量分数为1%-40%，载体树脂占抗菌母粒的质量分数为60%-99%；所述的无机纳米抗菌剂为接枝高分子抗菌剂的纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的抗菌母粒，其特征在于：所述的接枝高分子抗菌剂的纳米粉体为接枝高分子季铵盐的纳米二氧化硅、接枝高分子季铵盐的纳米二氧化钛和接枝高分子季铵盐的纳米氧化锌中的至少一种；所述的载体树脂为尼龙6。
3.根据权利要求1所述的抗菌母粒，其特征在于：以无机纳米抗菌剂与载体树脂的总质量为基准，所述无机纳米抗菌剂占25%，载体树脂占75%。
4.一种权利要求1或2所述的抗菌母粒的制备方法，其特征在于：先用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理无机纳米抗菌剂，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量为无机纳米抗菌剂质量的2%，与载体树脂一起高速混合均匀，在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒。
5.根据权利要求4所述抗菌母粒的制备方法，其特征在于：所述高速混合时，添加乙撑双硬脂酰胺作为分散剂。
6.一种纳米抗菌超韧塑料，其特征在于，该塑料由以下质量份的原料经共混挤出制得：树脂70-93份，权利要求1、2或3所述的抗菌母粒2-10份，增韧剂5-20份，抗氧剂0.1-1.0份, 润滑剂0.2-1.0份；所述的树脂为尼龙12、尼龙6/尼龙12合金或者尼龙6/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金。
7.根据权利要求6所述的纳米抗菌超韧塑料，其特征在于：所述的增韧剂为聚烯烃弹性体接枝马来酸酐或苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物。
8.根据权利要求6所述的纳米抗菌超韧塑料，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的至少一种；所述的润滑剂为硅酮粉。
9.根据权利要求6-8任一项所述的纳米抗菌超韧塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
抗菌母粒的制备：先用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理无机纳米抗菌剂，其添加量为抗菌剂质量的2%，然后与尼龙6载体树脂、乙撑双硬脂酰胺分散剂一起高速混合均匀，最后在双螺杆挤出机中挤出造粒得到抗菌母粒；
纳米抗菌超韧塑料的制备：按质量份称取干燥好的以下组分：
树脂         70-93份
抗菌母粒     2-10份
增韧剂       5-20份
抗氧剂       0.1-1.0份
润滑剂       0.2-1.0份
将称好的树脂、抗菌母粒、增韧剂、抗氧剂、润滑剂通过高速混合机混合均匀，搅拌转速为600r/min，混合时间2-10min；将混合好的原料加入到双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出各段温度为220℃-250℃。
10.权利要求6-8任一项所述的纳米抗菌超韧塑料用于制作眼镜框。
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