CN106349732A - 一种木塑复合材料抗菌剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木塑复合材料抗菌剂及其制备方法，其中，所述的抗菌剂是由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉50～60份、植物提取物20～30份、壳聚糖15～20份、三氯生6～8份、电气石粉30～40份、硼酸锌3～5份、聚六亚甲基胍2～6份、纳米二氧化钛1～3份。本发明通过不同抗菌功能的活性抗菌单体复合，不但充分利用了无机抗菌单体的抗菌杀菌功能，而且还利用了高分子抗菌单体的抗菌杀菌功能，实现了长时高效的多重杀菌功能。

Description

一种木塑复合材料抗菌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种木塑复合材料抗菌剂及其制备方法，属于抗菌材料技术领域。

背景技术

木塑复合材料(Wood-Plastic Composites，WPC)是以热塑性塑料作为基体，以经过预处理的植物粉末或木纤维作为填料或增强体，按一定比例与添加所需的各种助剂进行混合，经过挤出、层压、模压或者注塑的方式制备成的一种复合材料。其具有较好的弹性模量、抗压、抗弯曲、耐用等性能，同时还具有原料资源化、成本经济化、产品可塑化、使用环保化和回收再生化等特点。因此，木塑复合材料在许多领域都有着广泛的应用。

随着木塑复合材料的应用与发展，人们发现：木塑复合材料容易被霉腐和腐朽真菌侵害，甚至降解，减轻质量，大大影响其使用性能和使用寿命。为克服此不足，本领域技术人员通过在木塑复合材料中添加适量的抗菌剂，使得木塑复合材料具有一定防腐抗菌作用，可以大大提高木塑复合材料的使用性能和延长使用寿命，从而促进木塑复合材料的应用与发展。例如，中国专利公告号为CN101787167B公开了名为“一种高性能抗菌木塑复合材料及其制备方法”的专利，其将含有季铵盐活性抗菌单体和恶唑烷酮类抗菌单体的无水乙醇溶液喷洒在植物纤维粉表面，经搅拌、干燥、氮化及Co60辐射进行表面接枝改性植物纤维粉来提高木塑复合材料的抗菌性。虽然其能获得一定的抗菌性能，但是杀菌效果并不十分理想。因此，继续探索与研究木塑复合材料的抗菌性能是必要的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种能有效地提高抗菌效果的木塑复合材料抗菌剂及其制备方法。

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉50～60份、植物提取物20～30份、壳聚糖15～20份、三氯生6～8份、电气石粉30～40份、硼酸锌3～5份、聚六亚甲基胍2～6份、纳米二氧化钛1～3份。

进一步，

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉55份、植物提取物25份、壳聚糖18份、三氯生7份、电气石粉35份、硼酸锌4份、聚六亚甲基胍4份、纳米二氧化钛2份。

进一步，

所述的木塑复合材料抗菌剂是按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为1～2％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌10～20min，备用；

3)在50～60℃的乙醇中加入三氯生，并置于800～900r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌20～30min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、1～3份的十二烷基苯磺酸钠和2～4份的硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min；

5)将步骤4)得到的混合物置于80～90℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

进一步，

所述的光催化陶瓷粉是由10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉组成，并按照以下步骤制备得到：

A、BiNbO₄陶瓷粉的制备

1)将纯度为99.9％以上的Bi₂O₃和Nb₂O₅粉末按BiNbO₄的配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在750～800℃大气气氛中预烧2h；

2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合6～8h，烘干后添加0.3～0.5％的La₂O₃、0.1～0.3％的V₂O₅和0.4～0.6％的CuO混合均匀；

3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型，其中聚乙烯醇溶液的质量浓度为5％；

4)先在550～600℃大气气氛中，排胶1～2h，再升温至800～850℃大气气氛中烧结2h，最后自然冷却至室温，粉碎成60～120目；

B、KNbO₃陶瓷粉的制备

KNbO₃陶瓷粉的制备是采用BiNbO₄陶瓷粉的制备方法制备，不同的是KNbO₃陶瓷粉的制备中预烧温度500～550℃、排胶温度500～550℃、烧结温度600～650℃；

C、BiNbO₄陶瓷粉与KNbO₃陶瓷粉的复合

将10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉混合均匀后，添加用量占粉末总质量的3％银粉，再压制成型，并置于550～650℃大气气氛中烧结0.5～1h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到光催化陶瓷粉。

进一步，

所述的植物提取物是由以下重量份配比的各组分制成：菊花10～15份、茶叶15～20份、党参1～3份、竹叶15～20份、山楂6～8份、甘草10～20份。

进一步，

所述的植物提取物是由以下重量份配比的各组分制成：菊花12份、茶叶18份、党参2份、竹叶18份、山楂7份、甘草15份。

进一步，

所述的植物提取物是按照以下步骤制备得到：

1)将按重量份准确称好的植物提取物组成成分粉碎成粗粉，过60～100目筛，加80～100份水，之后升温至90～100℃进行热水浸提2～3次，且每次提取40～60min，过滤，合并滤液；

2)调节pH值至5.0～6.0，加入1～3％纤维素和2～4％果胶酶酶解，酶解温度为40～50℃，酶解时间为1～2h；

3)将酶解液进行超声提取，超声温度为30～40℃、超声频率为30～40kHz、超声提取时间为0.5～1h；

4)加乙醇调节醇浓度到60～70％，静置，待沉淀完全后，倾出上清液，过滤，浓缩，干燥，过200～300目筛后得到植物提取物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明具有更优异的抗菌效果：通过不同抗菌功能的活性抗菌单体复合，不但充分利用了无机抗菌单体的抗菌杀菌功能，而且还利用了高分子抗菌单体的抗菌杀菌功能，实现了长时高效的多重杀菌功能。

2、本发明不仅通过BiNbO₄陶瓷粉和KNbO₃陶瓷粉两种光催化陶瓷复合，而且在制备过程中还添加La₂O₃、V₂O₅、CuO助剂和与银共烧步骤，同时还结合纳米二氧化钛，大大地提高了在有光源状态下抗菌能力，有效地将细菌等杀死或抑制，延长木塑复合材料的寿命。植物提取物、壳聚糖、三氯生、硼酸锌和聚六亚甲基胍能在无光源状态下继续发挥强的抗菌能力，提高抗菌剂的抗菌性能。此外，植物提取物是采用多种抗菌成分组成的植物提取物，实现了多重杀菌功能，使抗菌性更持久。

3、电石气粉既能作为抗菌单体的载体，均匀地分布在木塑复合材料中，同时还保持高效的吸附性能，提高木塑复合材料的抗菌性能，又能与光催化陶瓷粉作为木塑复合材料的填充剂，提高木塑复合材料的力学性能，使其应用领域更广泛。

具体实施方式

本发明提供一种木塑复合材料抗菌剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉50～60份、植物提取物20～30份、壳聚糖15～20份、三氯生6～8份、电气石粉30～40份、硼酸锌3～5份、聚六亚甲基胍2～6份、纳米二氧化钛1～3份。

进一步，

所述的木塑复合材料抗菌剂是按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为1～2％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌10～20min，备用；

3)在50～60℃的乙醇中加入三氯生，并置于800～900r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌20～30min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、1～3份的十二烷基苯磺酸钠和2～4份的硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min；

5)将步骤4)得到的混合物置于80～90℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

进一步，

所述的光催化陶瓷粉是由10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉组成，并按照以下步骤制备得到：

A、BiNbO₄陶瓷粉的制备

1)将纯度为99.9％以上的Bi₂O₃和Nb₂O₅粉末按BiNbO₄的配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在750～800℃大气气氛中预烧2h；

2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合6～8h，烘干后添加0.3～0.5％的La₂O₃、0.1～0.3％的V₂O₅和0.4～0.6％的CuO混合均匀；

3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型，其中聚乙烯醇溶液的质量浓度为5％；

4)先在550～600℃大气气氛中，排胶1～2h，再升温至800～850℃大气气氛中烧结2h，最后自然冷却至室温，粉碎成60～120目；

B、KNbO₃陶瓷粉的制备

KNbO₃陶瓷粉的制备是采用BiNbO₄陶瓷粉的制备方法制备，不同的是KNbO₃陶瓷粉的制备中预烧温度500～550℃、排胶温度500～550℃、烧结温度600～650℃；

C、BiNbO₄陶瓷粉与KNbO₃陶瓷粉的复合

将10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉混合均匀后，添加用量占粉末总质量的3％银粉，再压制成型，并置于550～650℃大气气氛中烧结0.5～1h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到光催化陶瓷粉。

进一步，

所述的植物提取物是由以下重量份配比的各组分制成：菊花10～15份、茶叶15～20份、党参1～3份、竹叶15～20份、山楂6～8份、甘草10～20份。

进一步，

所述的植物提取物是由以下重量份配比的各组分制成：菊花12份、茶叶18份、党参2份、竹叶18份、山楂7份、甘草15份。

进一步，

所述的植物提取物是按照以下步骤制备得到：

1)将按重量份准确称好的植物提取物组成成分粉碎成粗粉，过60～100目筛，加80～100份水，之后升温至90～100℃进行热水浸提2～3次，且每次提取40～60min，过滤，合并滤液；

2)调节pH值至5.0～6.0，加入1～3％纤维素和2～4％果胶酶酶解，酶解温度为40～50℃，酶解时间为1～2h；

3)将酶解液进行超声提取，超声温度为30～40℃、超声频率为30～40kHz、超声提取时间为0.5～1h；

4)加乙醇调节醇浓度到60～70％，静置，待沉淀完全后，倾出上清液，过滤，浓缩，干燥，过200～300目筛后得到植物提取物。

实施例1

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉55份、植物提取物25份、壳聚糖18份、三氯生7份、电气石粉35份、硼酸锌4份、聚六亚甲基胍4份、纳米二氧化钛2份；

所述的木塑复合材料抗菌剂是按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在550r/min磁力搅拌器上搅拌35min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为2％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在550r/min磁力搅拌器上搅拌15min，备用；

3)在55℃的乙醇中加入三氯生，并置于850r/min磁力搅拌器上搅拌35min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌25min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、2份的十二烷基苯磺酸钠和3份的硅烷偶联剂，并置于频率为35KHz超声机上超声25min；

5)将步骤4)得到的混合物置于85℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

实施例2

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉50份、植物提取物20份、壳聚糖15份、三氯生6份、电气石粉30份、硼酸锌3份、聚六亚甲基胍2份、纳米二氧化钛1份；

所述的木塑复合材料抗菌剂是按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在500r/min磁力搅拌器上搅拌30min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为1％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在500r/min磁力搅拌器上搅拌10min，备用；

3)在50℃的乙醇中加入三氯生，并置于800r/min磁力搅拌器上搅拌30min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌20min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、1份的十二烷基苯磺酸钠和2份的硅烷偶联剂，并置于频率为30KHz超声机上超声20min；

5)将步骤4)得到的混合物置于80℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

实施例3

一种木塑复合材料抗菌剂，由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉60份、植物提取物30份、壳聚糖20份、三氯生8份、电气石粉40份、硼酸锌5份、聚六亚甲基胍6份、纳米二氧化钛3份；

所述的木塑复合材料抗菌剂是按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在600r/min磁力搅拌器上搅拌40min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为2％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在600r/min磁力搅拌器上搅拌20min，备用；

3)在60℃的乙醇中加入三氯生，并置于900r/min磁力搅拌器上搅拌40min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌30min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、3份的十二烷基苯磺酸钠和4份的硅烷偶联剂，并置于频率为40KHz超声机上超声30min；

5)将步骤4)得到的混合物置于90℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

在背景技术(CN101787167B中实施例1且植物纤维粉没有经过表面处理)配方的基础上，将添加上述实施例1-3制得的木塑复合材料抗菌剂与未添加抗菌剂(空白组)制备得到的木塑复合材料采用现有技术进行力学性能测试，测试结果如下表1所示：

表1木塑复合材料力学性能测试结果

同时，还对上述实施例1-3制得的木塑复合材料抗菌剂采用现有技术进行抗菌性能测试，测试结果如下表2所示：

表2木塑复合材料抗菌剂抗菌性能测试结果

当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种木塑复合材料抗菌剂，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉50～60份、植物提取物20～30份、壳聚糖15～20份、三氯生6～8份、电气石粉30～40份、硼酸锌3～5份、聚六亚甲基胍2～6份、纳米二氧化钛1～3份。

2.根据权利要求1所述的木塑复合材料抗菌剂，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：光催化陶瓷粉55份、植物提取物25份、壳聚糖18份、三氯生7份、电气石粉35份、硼酸锌4份、聚六亚甲基胍4份、纳米二氧化钛2份。

3.根据权利要求1所述的木塑复合材料抗菌剂的制备方法，其特征在于：按照以下步骤制备得到：

1)将光催化陶瓷粉和植物提取物在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，备用；

2)将壳聚糖溶于质量分数为1～2％的硼酸溶液中后，加入聚六亚甲基胍，并在500～600r/min磁力搅拌器上搅拌10～20min，备用；

3)在50～60℃的乙醇中加入三氯生，并置于800～900r/min磁力搅拌器上搅拌30～40min，使其完全溶解，冷却后加入电气石粉继续在搅拌机中搅拌20～30min，备用；

4)将步骤1)、2)、3)得到的混合物混合后，依次加入硼酸锌、纳米二氧化钛、1～3份的十二烷基苯磺酸钠和2～4份的硅烷偶联剂，并置于频率为30～40KHz超声机上超声20～30min；

5)将步骤4)得到的混合物置于80～90℃烘干，粉碎，即可得到木塑复合材料抗菌剂。

4.根据权利要求1所述的木塑复合材料抗菌剂，其特征在于：所述的光催化陶瓷粉是由10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉组成，并按照以下步骤制备得到：

A、BiNbO₄陶瓷粉的制备

1)将纯度为99.9％以上的Bi₂O₃和Nb₂O₅粉末按BiNbO₄的配料，加入无水乙醇，湿式球磨混合6～8h，烘干后在750～800℃大气气氛中预烧2h；

2)在步骤1)制得的粉末中，加入无水乙醇，再湿式球磨混合6～8h，烘干后添加0.3～0.5％的La₂O₃、0.1～0.3％的V₂O₅和0.4～0.6％的CuO混合均匀；

3)在步骤2)制得的粉末中，添加用量占粉末总质量的3％聚乙烯醇溶液，并造粒后，再压制成型，其中聚乙烯醇溶液的质量浓度为5％；

4)先在550～600℃大气气氛中，排胶1～2h，再升温至800～850℃大气气氛中烧结2h，最后自然冷却至室温，粉碎成60～120目；

B、KNbO₃陶瓷粉的制备

KNbO₃陶瓷粉的制备是采用BiNbO₄陶瓷粉的制备方法制备，不同的是KNbO₃陶瓷粉的制备中预烧温度500～550℃、排胶温度500～550℃、烧结温度600～650℃；

C、BiNbO₄陶瓷粉与KNbO₃陶瓷粉的复合

将10～15份BiNbO₄陶瓷粉和5～9份KNbO₃陶瓷粉混合均匀后，添加用量占粉末总质量的3％银粉，再压制成型，并置于550～650℃大气气氛中烧结0.5～1h，最后自然冷却至室温，粉碎成200～300目，即可得到光催化陶瓷粉。

5.根据权利要求1所述的木塑复合材料抗菌剂，其特征在于：所述的植物提取物是由以下重量份配比的各组分制成：菊花10～15份、茶叶15～20份、党参1～3份、竹叶15～20份、山楂6～8份、甘草10～20份。

6.根据权利要求5所述的木塑复合材料抗菌剂，其特征在于：所述的植物提取物是按照以下步骤制备得到：

1)将按重量份准确称好的植物提取物组成成分粉碎成粗粉，过60～100目筛，加80～100份水，之后升温至90～100℃进行热水浸提2～3次，且每次提取40～60min，过滤，合并滤液；

2)调节pH值至5.0～6.0，加入1～3％纤维素和2～4％果胶酶酶解，酶解温度为40～50℃，酶解时间为1～2h；

3)将酶解液进行超声提取，超声温度为30～40℃、超声频率为30～40kHz、超声提取时间为0.5～1h；

4)加乙醇调节醇浓度到60～70％，静置，待沉淀完全后，倾出上清液，过滤，浓缩，干燥，过200～300目筛后得到植物提取物。