CN105524444A - 一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，包括下述重量份组成的各原料组分：聚碳酸酯100~200份、抗菌碳酸钙填料20~30份、偶联剂5~10份、相容剂10~15份、玻璃纤维20~30份，所述的抗菌碳酸钙填料包含纳米银0.1~0.5份、纳米氧化锌1~3份、石灰乳20~30份。本发明制备的聚碳酸酯具有硬度高、抗菌性能佳、抗菌时效长、抗菌性能受外界影响小的特点。

Description

一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料。

背景技术

[0002] 聚碳酸酯是一种分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，是一种强韧的热塑性 树脂，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。聚碳酸酯具有 高冲击强度、使用温度范围广、耐疲劳性佳、无味无臭等优点，广泛地应用在玻璃装配业、汽 车工业和电子电器工业上。但是，脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，通常 需要对聚碳酸酯制品进行特殊的处理，这限制了其在工程塑料方面的应用，提高聚碳酸酯 的硬度，使其有更广泛的应用显得尤为重要。

[0003] 作为一种增长速度最快的通用工程塑料，其应用的行业越来越多，特别是应用在 一些包装、医疗保健、办公设备领域，这些制品都与人们密切接触，其制品抗菌防污就显得 尤为重要，随着人们生活水平的提高，人们对塑料制品环保健康方面也越来越重视。

[0004] 中国专利公开号CN103059541A，公开日2013年4月24日，发明的名称为抗菌聚碳 酸酯塑料，该申请案公开了一种有效的抑制细菌生长的聚碳酸酯塑料，其在聚碳酸酯塑料 中添加了复合抗菌剂以达到抗菌的效果，该复合抗菌剂由柏木油、壳聚糖、纳米二氧化钛、 纳米氧化银、聚六亚甲基胍磷酸盐和N-(三氯甲硫基）邻苯二甲酰亚胺组成，其不足之处在 于，其抗菌剂用量过于复杂，成本过高，长期使用过程中，抗菌性能可能受紫外线的照射、使 用环境的变化等影响，存在不稳定因素，而且，该方案制备出来的聚碳酸酯塑料依然存在机 械性能不高的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材 料，降低成本的同时能提高聚碳酸酯的机械性能，有效的抵抗外界恶劣环境，保证其长效的 抗菌性能。

[0006] 本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现： 一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，包括下述重量份组成的各原料组分：聚碳酸酯 ΚΚΓ200份，抗菌碳酸钙填料20~30份，偶联剂5~10份，相容剂10-15份，玻璃纤维20~30 份，所述的抗菌碳酸钙填料包含纳米银0. 5~1份、纳米氧化锌1~3份、石灰乳20~30份。

[0007] 纳米银的杀菌能力很强，极少量的纳米银就可以产生强大的杀菌作用，能在数分 钟内杀死大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物，而且不会产生耐药性，而纳 米氧化锌同样具有杀菌的性能，在本配比下相混合，能提高杀菌性能的情况下能有效的降 低成本。

[0008] 所述纳米银和纳米氧化锌直径为25飞Onm。在这个粒径范围的纳米银和纳米氧化 锌与碳酸钙较好的配合，生成碳酸钙时，纳米银粒子间不会因为过分聚集而导致研磨后破 坏掉碳酸钙覆盖层。

[0009] 所述的聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。芳香族聚碳酸酯较脂肪族聚碳酸酯机械强度 高，其应用面更广。

[0010] 所述的抗菌碳酸钙填料粒径5~12 μ m。所述的碳酸钙为轻质碳酸钙，除了能降低塑 料的成本外，更有利于与塑料融合在一起，提高塑料制品的硬度和刚度，增强力学性能，并 且能使制品的弹性模量显著提高，提高尺寸稳定性。

[0011] 所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂。在塑料混配中，偶联剂可降低合成树脂熔体的粘 度，改善聚碳酸酯与无机填充剂和增强填料之间的界面性能以提高加工性能，进而使制品 获得良好的表面质量。

[0012] 所述的相容剂为马来酸酐接枝Ρ0Ε。马来酸酐接枝Ρ0Ε通过引入强极性反应性基 团，使材料具有高的极性和反应性，改善了无机填料与有机树脂相容性，提高产品的拉伸、 冲击强度，实现高填充，减少树脂用量，改善加工流变性，提高表面光洁度。

[0013] 所述的玻璃纤维直径1~30μπι，长度玻璃纤维能够提高聚碳酸酯的力学 性能和刚性，线膨胀系数大大减小，提高尺寸稳定性，并且能取代部分碳酸钙，避免添加过 量的碳酸钙导致塑料韧性降低和缺口冲击强度降低的问题，与碳酸钙一起起到充当骨架的 作用。

[0014] 所述配方中还包含其他助剂1~2份，所述的其它助剂为抗氧化剂、增韧剂、稳定 剂、分散剂中的一种或多种。可以适应性地添加以提高制品的性能。

[0015] 所述的抗菌碳酸钙填料的制备方法如下： 51 :按配比将纳米银和纳米氧化锌相互混合缓慢加入到处于搅拌状态的石灰乳中，同 时将C0 2通入到石灰乳中得到碳酸钙沉淀； 52 :将S1中制备的碳酸钙沉淀经过脱水、干燥、粉碎和过筛得到抗菌碳酸钙，干燥温度 为 10(T500°C。

[0016] 载银的无机抗菌剂不够稳定，在紫外线照射下或加热至一定温度后银较易转化为 氧化银而使其制品着色、变灰或变黑，从而影响使用效果，S1步骤中制备的碳酸钙，能以纳 米银和纳米氧化锌为核心，逐渐在其表面形成一个碳酸钙覆盖层，保护层表面有微小的孔 道，在保证塑料强度的同时，也能起到抗菌除菌的作用，由于碳酸钙包裹纳米银，纳米银稳 定性得到较大的提高，使其在塑料中能长效的抗菌。

[0017] 所述的高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料制备方法如下： 511 :按所述配比将偶联剂与抗菌碳酸钙填料混合均匀，超声2(T30min ; 512 :按所述配比将玻璃纤维与相容剂混合均匀； 513 :将S12和S13所制备的与聚碳酸酯相互混合在20(T400°C熔融混炼，后冷却挤出。

[0018] 首先将偶联剂和抗菌碳酸钙填料相混匀，再添加到聚碳酸酯中混炼，偶联剂对填 料表面进行改性处理，降低粒子间的亲和力，使填料更好的在聚碳酸酯中分散，降低了粒子 间的团聚程度，填料的均匀分散有利于机械性能和抗菌性能的提高。相容剂处理过的玻璃 纤维，其与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了纤维与树脂之间 粘合的强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其他介质向界面渗透，改善了界面状 态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：制造简便，提供一种高硬度的聚碳酸酯的 同时能有效提高聚碳酸酯制品抗菌性能，有效的防止抗菌剂在长期使用后存在性能不稳定 的状况，具有强效的长效抗菌功能。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做 任何形式的限定。

[0021] 实施例1 一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，包括下述重量份组成的各原料组分：聚碳酸酯 100份、抗菌碳酸钙填料20份、偶联剂5份、相容剂10份、玻璃纤维20份，所述的抗菌碳酸 钙填料包含纳米银〇. 1份、纳米氧化锌1份、石灰乳20份。

[0022] 所述的抗菌碳酸钙填料的制备方法如下： 51 :按配比将纳米银和纳米氧化锌相互混合缓慢加入到处于搅拌状态的石灰乳中，同 时将C0 2通入到石灰乳中得到碳酸钙沉淀； 52 :将S1中制备的碳酸钙沉淀经过脱水、干燥、粉碎和过筛得到抗菌碳酸钙，干燥温度 为 10(T500°C。

[0023] 所述的高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料的制备方法如下： 511 :按所述配比将偶联剂与抗菌碳酸钙填料混合均匀，超声2(T30min ; 512 :按所述配比将玻璃纤维与相容剂混合均匀； 513 :将S12和S13所制备的与聚碳酸酯相互混合在20(T400°C熔融混炼，后冷却挤出。

[0024] 注塑制成标准样条，注塑温度200°C，放置24h后，按照国家标准GB/T1040-1992、 GB/T9341-200和QB/T2591-2003A分别对塑料进行拉伸强度、弯曲强度和抗菌性能的测试， 按照美国标准ASTM D3363-2005进行硬度的测试。

[0025] 实施例2 除了组分配方各原料重量份不同之外，其他条件同实施例1。

[0026] -种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，包括下述重量份组成的各原料组分：聚碳酸 酯200份，抗菌碳酸钙填料30份，偶联剂10份，相容剂15份，玻璃纤维30份，所述的抗菌 碳酸钙填料由纳米银〇. 5份、纳米氧化锌3份和石灰乳30份组成。

[0027] 对比例1 除了组分配方中抗菌碳酸钙填料为15份，玻璃纤维15份，其他条件同实施例1。

[0028] 对比例2 除了组分配方中抗菌碳酸钙填料为35份，玻璃纤维35份，其他条件同实施例1。

[0029] 对比例3 除了纳米银〇. 05份、纳米氧化锌0. 5份外，其他条件同实施例1。

[0030] 对比例4 除了纳米银1份、纳米氧化锌8份外，其他条件同实施例1。

[0031] 对比例5 除了配方中省去纳米氧化锌，其他条件同实施例1。

[0032] 对比例6 除了配方中省去纳米银和纳米氧化锌，添加纳米二氧化钛8份外，其他条件同实施例 1〇

[0033] 对比例7 除了配方中省去抗菌碳酸钙填料，添加普通碳酸钙18份，纳米银2份外，其他条件同实 施例1。

[0034] 对比例8 除了配方中省去抗菌碳酸钙填料，添加普通碳酸钙18份，纳米银0. 1份，纳米氧化锌1 份外，其他条件通实施例1 性能测试结果如下表：

对比各实施例和对比例的实验结果，当抗菌碳酸钙填料为30份、玻璃纤维30份，聚碳 酸酯的硬度可以达到6H，而当抗菌碳酸钙填料添加量提升为35份，玻璃纤维35份时，虽然 拉伸强度和弯曲强度依然保持着较高的水平，但是硬度下降到3H，硬度的变化较大，可能是 由于碳酸钙的添加量过大，玻璃纤维不足以弥补过量碳酸钙带来的强度下降的副作用而导 致的；按本配方配比添加纳米银和纳米氧化锌制备抗菌聚碳酸酯能以低成本就达到高效的 抗菌性能，抗菌率达到99%，单纯的添加纳米银抗菌效果有所下降，而将纳米银和纳米氧化 锌改为纳米二氧化钛后，虽然也能达到本配方中达到的抗菌效果，但是是在提高纳米二氧 化钛用量的情况下才能达到的，成本过高；首先制备抗菌碳酸钙再跟塑料混炼，在紫外线照 射后，抗菌性能几乎没变化，但是单独添加抗菌剂所制备的聚碳酸酯，在紫外线照射后，抗 菌性能有较大的下降。

Claims (10)

1. 一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，包括下述重量份组成的各原料组 分：聚碳酸酯ΚΚΓ200份、抗菌碳酸钙填料20~30份、偶联剂5~10份、相容剂10-15份、玻璃 纤维20~30份，所述的抗菌碳酸钙填料包含纳米银0. 1~0. 5份、纳米氧化锌1~3份、石灰乳 20-30 份。

2. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述纳米 银和纳米氧化锌直径为25~50nm。

3. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的聚 碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。

4. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的抗 菌碳酸钙填料粒径为5~12 μ m。

5. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的偶 联剂为钛酸酯偶联剂。

6. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的相 容剂为马来酸酐接枝POE。

7. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的玻 璃纤维直径1~30 μ m，长度

8. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述配方 中还包含其它助剂1~2份，所述的其它助剂为抗氧化剂、增韧剂、稳定剂、分散剂中的一种 或多种。

9. 根据权利要求1所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料，其特征在于，所述的抗 菌碳酸钙填料的制备方法如下： 51 :按配比将纳米银和纳米氧化锌相互混合缓慢加入到处于搅拌状态的石灰乳中，同 时将C0 2通入到石灰乳中得到碳酸钙沉淀； 52 :将S1中制备的碳酸钙沉淀经过脱水、干燥、粉碎和过筛得到抗菌碳酸钙，干燥温度 为 10(T500°C。

10. 根据权利要求Γ9任一项权利要求所述的一种高硬度聚碳酸酯抗菌复合材料的制 备方法，其特征在于，包括如下步骤： 511 :按所述配比将偶联剂与抗菌碳酸钙填料混合均匀，超声2(T30min ; 512 :按所述配比将玻璃纤维与相容剂混合均匀； 513 :将S12和S13所制备的与聚碳酸酯相互混合在20(T400°C熔融混炼，后冷却挤出。