CN106479074A - 一种抗菌高性能ps复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌高性能ps复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗菌高性能PS复合材料及其制备方法，由以下重量份的组份制成：PS为60份‑80份；改性云母粉为20份‑40份；抗菌剂为8份‑12份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.1份‑0.3份。丙烯酸的反应活性很高，其一端是强酸性的羧基，可与云母粉表面发生化学键合，生成丙烯酸盐结合在云母粉表面；另一端带有双键，可与不饱和单体或聚合物发生共聚或接枝反应。因此，可利用它的“桥梁”作用将云母粉和聚乙烯蜡连接起来，使聚乙烯蜡牢固地包覆在云母粉表面，形成云母粉为核，聚乙烯蜡为核的核壳型填料。

Description

一种抗菌高性能PS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，特别是指一种抗菌高性能PS复合材料及其制备方法。
背景技术
PS是一种重要的通用塑料，应用十分广泛，对其填充改性具有重要意义。云母粉作为最常见的PS改性填料之一，具有价格低廉，来源广泛，无毒无味，白度高，硬度低，化学纯度高，热稳定性好，吸油率低等优点而走俏于多种行业。
云母粉在基体中的分散及其与基体形成的界面是否良好直接影响着复合材料的综合力学性能。尽管云母粉在填充改性PS时显示出一定的优越性和应用前景，但由于云母粉表面亲水疏油，表面能较高，易团聚，与PS基体的相容性差，故直接填充往往起不到理想的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗菌高性能PS复合材料及其制备方法，以解决云母粉与PS基体相容性差的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗菌高性能PS复合材料，由以下重量份的组份制成：
所述改性云母粉的制备方法，包括以下步骤：
1)称取云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰及丙烯酸；
2)将所述云母粉加入到所述丙酮中，并在搅拌下加入所述过氧化二苯甲酰和所述丙烯酸，在60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A；
3)将所述A及聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，即得到改性云母粉。
所述云母粉、所述丙酮、所述过氧化二苯甲酰及所述丙烯酸的质量比为60-80：240-360：1-3：4-8。
所述云母粉为金云母粉，粒径为5μm-10μm。
所述A和所述聚乙烯蜡的质量比为40-60：6-12。
所述挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
所述抗菌剂为无机银系抗菌剂HN-300。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一项所述的抗菌高性能PS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取60份-80份的PS、20份-40份的改性云母粉、8份-12份的抗菌剂、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
优选地，所述步骤2)具体为：将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160～180℃，二区温度200～240℃，三区温度200～240℃，四区温度200～240℃，五区温度200～240℃，六区温度200～240℃，机头温度200～240℃；螺杆转速180～260r/min。
本发明的有益效果是：
丙烯酸AA的反应活性很高，其一端是强酸性的羧基，可与云母粉表面发生化学键合，生成丙烯酸盐结合在云母粉表面；另一端带有双键，可与不饱和单体或聚合物发生共聚或接枝反应。因此，可利用它的“桥梁”作用将云母粉和聚乙烯蜡连接起来，使聚乙烯蜡牢固地包覆在云母粉表面，形成云母粉为核，聚乙烯蜡为核的核壳型填料。
由于聚乙烯蜡与PS的相容性很好，所以很好地解决了云母粉与PS的相容性问题，这种核壳型填料能让云母更均匀地分散在PS基体中。众所周知，云母粉可以在PS结晶过程中充当成核剂，有利于PS异相成核，提高材料的力学性能。在相同条件下，PS/核壳型云母材料体系比PP/未改性云母复合体系具有更多的异相成核点，材料的力学性能也会更胜一筹。
无机银系抗菌剂HN-300的加入改善了PS复合材料的抗菌性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种抗菌高性能PS复合材料，由以下重量份的组份制成，
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。
优选地，步骤1)中的云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为(60-80)：(240-360)：(1-3)：(4-8)，BPO的作用是引发剂。
更优选地，步骤1)中的云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。
优选地，步骤3)的A和聚乙烯蜡的质量比为(40-60)：(6-12)。
优选地，步骤3)的挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
所述抗菌剂为无机银系抗菌剂HN-300。
所述抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称Irganox168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称Irganox1010)和1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(简称Irganox1330)中的一种或几种的混合。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一种抗菌高性能PS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取60份-80份的PS、20份-40份的改性云母粉、8份-12份的抗菌剂、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
优选地，所述步骤2)具体为：将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160～180℃，二区温度200～240℃，三区温度200～240℃，四区温度200～240℃，五区温度200～240℃，六区温度200～240℃，机头温度200～240℃；螺杆转速180～260r/min。
本发明的各实施例中所用的原料如下：
PP(型号RX5200)，韩国SK；PS(型号SKH-127)，韩国SK；HN-300，中科院泰兴材料厂；AA,武汉点达化工；聚乙烯蜡，青岛凯杰森化工；云母粉，河北灵寿星光；BPO,泰州海翔化工；丙酮，郑州弘信化工；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工；硬脂酸钾，郑州邦诺化工；抗氧剂(型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，瑞士汽巴精化。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
首先制备改性云母粉
制备例1
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)；云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为60：240：1：4，BPO的作用是引发剂。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。A和聚乙烯蜡的质量比为40：6。
挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
制备例2
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)；云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为80：360：3：8，BPO的作用是引发剂。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。A和聚乙烯蜡的质量比为60：12。
挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
制备例3
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)；云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为60：360：3：8，BPO的作用是引发剂。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。A和聚乙烯蜡的质量比为40：12。
挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
制备例4
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)；云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为80：240：1：4，BPO的作用是引发剂。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。A和聚乙烯蜡的质量比为40：12。
挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
制备例5
所述改性云母粉，其制备方法如下：
1)称取一定量的云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰(BPO)、丙烯酸(AA)；云母粉为金云母，粒径为5μm-10μm。云母粉、丙酮、BPO、AA的质量比为70：320：2：5，BPO的作用是引发剂。
2)将云母粉加入到装有丙酮的三口烧瓶中，快速搅拌下加入AA和BPO，60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A。
3)将A、聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，既得产物改性云母粉。A和聚乙烯蜡的质量比为50：8。
挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
实施例1
1)称取60份PS、20份改性云母粉、8份HN-300、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸钙混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度160℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃；螺杆转速180r/min。
实施例2
1)称取80份PS、40份改性云母粉、12份HN-300、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钙、0.2份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P2。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180℃，二区温度240℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度240℃，六区温度240℃，机头温度240℃；螺杆转速260r/min。
实施例3
1)称取70份PS、30份改性云母粉、10份HN-300、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P3。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度170℃，二区温度220℃，三区温度220℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，机头温度220℃；螺杆转速220r/min。
实施例4
1)称取75份PS、40份改性云母粉、11份HN-300、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P4。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度225℃；螺杆转速240r/min。
实施例5
1)称取65份PS、33份改性云母粉、9份HN-300、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料P5。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度180℃，二区温度235℃，三区温度235℃，四区温度235℃，五区温度235℃，六区温度235℃，机头温度235℃；螺杆转速250r/min。
对比例1
1)称取65份PS、30份云母粉、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸钾、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料D1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度170℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度230℃；螺杆转速250r/min。
性能测试：
将上述实施例1-5及对比例1制备的PS复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
表1各实施例及对比例产品性能测试
通过上表对比可看出，本发明制得的PS复合材料较对比例中的PS相比，不但物理性能得到了提升，而且抗菌性能也得到了很大程度上改善。这大大扩展了PS复合材料的应用领域，具有非常重要的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，由以下重量份的组份制成：
所述改性云母粉的制备方法，包括以下步骤：
1)称取云母粉、丙酮、过氧化二苯甲酰及丙烯酸；
2)将所述云母粉加入到所述丙酮中，并在搅拌下加入所述过氧化二苯甲酰和所述丙烯酸，在60-80℃反应2-4h，将反应所得产物过滤，置于80-100℃烘箱中干燥6-8h，既得丙烯酸表面修饰后的云母粉A；
3)将所述A及聚乙烯蜡按照一定的质量比加入至挤出机中挤出造粒，即得到改性云母粉。
2.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述云母粉、所述丙酮、所述过氧化二苯甲酰及所述丙烯酸的质量比为60-80：240-360：1-3：4-8。
3.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述云母粉为金云母粉，粒径为5μm-10μm。
4.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述A和所述聚乙烯蜡的质量比为40-60：6-12。
5.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～230℃，三区温度180～230℃，四区温度180～230℃，五区温度180～230℃，六区温度180～230℃，机头温度180～230℃；螺杆转速180～260r/min。
6.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述抗菌剂为无机银系抗菌剂HN-300。
7.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
8.根据权利要求1所述的抗菌高性能PS复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
9.上述权利要求1至8中任一项所述的抗菌高性能PS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取60份-80份的PS、20份-40份的改性云母粉、8份-12份的抗菌剂、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PS复合材料。
10.根据权利要求9所述的抗菌高性能PS复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：将步骤1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PS复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160～180℃，二区温度200～240℃，三区温度200～240℃，四区温度200～240℃，五区温度200～240℃，六区温度200～240℃，机头温度200～240℃；螺杆转速180～260r/min。
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