CN103965544A - 高强抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

高强抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量份的组份制成：聚丙烯100份，玻璃纤维5～25份，硫酸钙晶须5～30份，纳米二氧化钛1～5份，硅烷偶联剂0.2～1.5份，抗氧剂0.3～1.5份，润滑剂0.2～1.5份。本发明利用简单的制备工艺，获得的聚丙烯复合材料具有优良力学性能和抗菌性能。

Description

高强抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种无毒高分子材料，由于其密度小，绝缘性好，价格便宜和良好的加工性能，被广泛的用于家用电器，包装材料，卫生洁具，玩具和健身器材等领域，随着生活水平的提高，人们对健康卫生的要求越来越高。而聚丙烯制件在日常使用过程中，尤其是在适宜的温度和条件下，制件表面容易滋生大量对人体健康有害的细菌微生物。由于聚丙烯本身不具备抗菌的性能，因此针对上述问题，人们通常在聚丙烯中添加一定量的抗菌剂，在保证聚丙烯材料原有的机械性能前提下，加强聚丙烯的抗菌性能。
纳米二氧化钛作为一种新型的抗菌材料，对人体安全无毒，对皮肤无刺激性，热稳定性好，价格便宜等优点。此外，二氧化钛抗菌作用的发挥是通过光催化作用进行，因此不会像其他抗菌剂那样随着抗菌剂的使用消耗而降低抗菌效果，因此可以将纳米二氧化钛加入到聚丙烯复合材料中，赋予材料抗菌性能。
研究表明，在聚丙烯中添加一定量表面处理过的无机晶须可以有效地改善聚丙烯的相关性能。其中，硫酸钙晶须是一种典型的具有尺寸微细，耐高温，抗化学腐蚀，强度高，等优良性能的无机晶须，可将聚丙烯与硫酸钙晶须复合，提高聚丙烯物理性能和耐热性。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种具有高强抗菌性能的聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明提供的聚丙烯复合材料具有良好的力学性能，耐热性能和抗菌性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚丙烯复合材料，该复合材料是由包含以下重量份的组份制成：
聚丙烯 100份，
玻璃纤维 5～25份，
硫酸钙晶须 5～30份，
纳米二氧化钛 1～5份，
硅烷偶联剂 0.2～1.5份，
抗氧剂 0.3～1.5份，
润滑剂 0.2～1.5份。
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，等规度为70%～95%，分子量为15万～30万。
所述的硫酸钙晶须长径比为30～200，密度为2.96g/cm3。
所述的纳米二氧化钛粒子粒径为15～50nm。
所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为9～14μm。
所述的抗氧剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、二苯胺、3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚、对苯二胺或二氢喹啉中的一种或一种以上。
所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、或硬脂酸镁等中的一种或一种以上。
所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)的一种或一种以上。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包含以下步骤：
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.2～1.5份偶联剂与0.2～1.5份润滑剂混合均匀，将1～5份纳米二氧化钛置于高速混合机中搅拌，喷雾状喷入上述步骤（1）中偶联剂和润滑剂的混合物，喷完后继续搅拌5～15min备用；
（3）按照配比将100份聚丙烯，5～30份硫酸钙晶须，0.3～1.5份抗氧剂和上述偶联改性后的纳米二氧化钛在高速混合机中混合均匀；
（4）将5～25份玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；
（5）将步骤（3）所得混合料加入双螺杆挤出机中与玻璃纤维挤出混炼；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到高强抗菌型聚丙烯复合材料。
所述的步骤（5）中，双螺杆挤出机的挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为250～450r/min。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将硫酸钙晶须和玻璃纤维作为增强材料，小尺寸的硫酸钙晶须可以填充由于玻璃纤维填充不紧密而产生的空洞，进一步提高复合材料的力学性能；
（2）在体系中添加硫酸钙晶须可以有效地改善材料制品的表面光洁度，尺寸稳定性能，可进一步拓宽材料的应用范围；
（3）本发明将纳米二氧化钛进行偶联处理，可以改善二氧化钛在聚丙烯基体中的分散，很好的保持二氧化钛的光催化活性，使材料具有高抗菌效果；
（4）本发明利用简单的制备工艺，获得具有优良力学性能，一定抗菌性能的聚丙烯复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。其中，硫酸钙晶须长径比为30～200，密度为2.96g/cm3。
实施例1
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.2份KH-550与0.2份硬脂酸混合均匀；将1份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为70%，分子量为15万～30万的聚丙烯，5份长径比30的硫酸钙晶须，0.3份2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，在混合机中混合均匀；
（4）将5份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为50r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例2
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.3份KH-570与0.3份硬脂酸钙混合均匀；将2份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为75%，分子量为15万～30万的聚丙烯，8份长径比60的硫酸钙晶须，0.5份二苯胺，在混合机中混合均匀；
（4）将8份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为275r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例3
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.5份KH-550与0.5份硬脂酸锌混合均匀；将2.5份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为80%，分子量为15万～30万的聚丙烯，10份长径比90的硫酸钙晶须，0.7份3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚，在混合机中混合均匀；
（4）将10份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为315r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例4
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.7份KH-570与0.7份聚乙烯蜡混合均匀；将3份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为85%，分子量为15万～30万的聚丙烯，15份长径比120的硫酸钙晶须，0.9份对苯二胺，在混合机中混合均匀；
（4）将12份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为350r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例5
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.9份KH-570与0.9份硬脂酸镁混合均匀；将3.5份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为90%，分子量为15万～30万的聚丙烯，18份长径比140的硫酸钙晶须，1份二氢喹啉，在混合机中混合均匀；
（4）将15份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为375r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例6
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将1.1份KH-550与1.1份硬脂酸混合均匀；将4份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为80%，分子量为15万～30万的聚丙烯，20份长径比160的硫酸钙晶须，1.2份3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚，在混合机中混合均匀；
（4）将18份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为400r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例7
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将1.3份KH-570与1.3份硬脂酸钙混合均匀；将4.5份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为95%，分子量为15万～30万的聚丙烯，25份长径比180的硫酸钙晶须，1.3份二苯胺，在混合机中混合均匀；
（4）将20份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为415r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
实施例8
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将1.5份KH-550与1.5份硬脂酸混合均匀；将5份粒径为15～50nm的纳米二氧化钛置于二维混合机中搅拌，喷雾状喷入稀释后的KH-550，喷完后继续搅5～15min备用；
（3）将100份等规度为95%，分子量为15万～30万的聚丙烯，30份长径比200的硫酸钙晶须，1.5份2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，在混合机中混合均匀；
（4）将25份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加；
（5）然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机螺杆转速为450r/min，冷却切粒后得到玻纤增强的抗菌聚丙烯复合材料，其性能见表1。
表1
从表1种可以看出，纳米二氧化钛粒子的加入使得聚丙烯复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率大大提高，同时能保持优异的力学性能；当纳米二氧化钛含量为3份时，复合材料的抑菌率达到90%以上；当纳米二氧化钛的添加量达到4～5份时，聚丙烯复合材料的抑菌率可达97%以上，具有良好的抑菌性能，可满足材料抗菌要求，拓展了聚丙烯材料的应用领域。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组份制成：
聚丙烯 100份，
玻璃纤维 5～25份，
硫酸钙晶须 5～30份，
纳米二氧化钛 1～5份，
硅烷偶联剂 0.2～1.5份，
抗氧剂 0.3～1.5份，
润滑剂 0.2～1.5份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，等规度为70%～95%，分子量为15万～30万。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硫酸钙晶须长径比为30～200，密度为2.96g/cm3。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的纳米二氧化钛粒子粒径为15～50nm。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为9～14μm。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、二苯胺、3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚、对苯二胺或二氢喹啉中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、或硬脂酸镁等中的一种或一种以上。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的一种或一种以上。
9.一种上述权利要求1-8中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）将聚丙烯纯料粒子在90℃下烘干2～3h，硫酸钙晶须在110～130℃下烘干2～3h；
（2）纳米二氧化钛表面处理：
将0.2～1.5份偶联剂与0.2～1.5份润滑剂混合均匀，将1～5份纳米二氧化钛置于高速混合机中搅拌，喷雾状喷入上述步骤（1）中偶联剂和润滑剂的混合物，喷完后继续搅拌5～15min备用；
（3）按照配比将100份聚丙烯，5～30份硫酸钙晶须，0.3～1.5份抗氧剂和上述偶联改性后的纳米二氧化钛在高速混合机中混合均匀；
（4）将5～25份玻璃纤维从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；
（5）将步骤（3）所得混合料加入双螺杆挤出机中与玻璃纤维挤出混炼；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到高强抗菌型聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，双螺杆挤出机的挤出温度为190～260℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为250～450r/min。
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