CN106674798A - 一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法 - Google Patents

一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法，属于抗菌塑料制备技术领域。本发明先对碳纤维结构改性后负载纳米银，并对负载纳米银的碳纤维进行改性，改性后添加在塑料原料中制备得到抗菌塑料，本发明先对碳纤维进行改性后与硝酸银溶液，在氮气气氛下经紫外光照射，制备得碳纤维负载纳米银，再将其与六偏磷酸钠与硬脂酸搅拌反应，对负载纳米银碳纤维进行改性，防止抗菌剂在高温下析出，最后将所得改性负载纳米银碳纤维与聚氯乙烯、脲醛树脂等物质混合后挤出造粒，即可得抗菌塑料，本发明制得的抗菌塑料具有广谱抗菌作用，对细菌的抑制作用好，在高温下抗菌粒子不易析出，利用碳纤维作为抗菌载体，具有广阔市场前景。

Description

一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法
技术领域
本发明公开了一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法，属于抗菌塑料制备技术领域。
背景技术
随着社会的发展和进步以及物质生活水平的日益提高，人们对生活、工作环境，尤其是卫生环境的要求越来越高。近几年来，抗菌塑料作为一种功能塑料已被越来越多的人们所接受已广泛应用于国民经济中的各个行业，市场前景广阔。
抗菌塑料是一类在使用环境中本身对沾污在塑料上的细菌、霉菌、醇母菌、藻类甚至病毒等起抑制或杀灭作用的塑料，通过抑制微生物的繁殖来保持自身清洁。目前，抗菌塑料主要通过在普通塑料中添加少量抗菌剂的方法获得。
目前所添加的抗菌剂一般以有机抗菌剂和无机抗菌剂为主。有机抗菌剂包括天然和合成两大系列，天然抗菌剂主要是从动植物中提炼精制而成的，例如山嵛、孟宗竹、薄荷、柠檬叶等的提取物，蟹和虾中提炼的聚六亚甲基胍等，有机抗菌剂灭菌速度快，能有效杀抑霉菌，但其除使用的安全性较差外，还存在分解温度低，耐热性差，加工过程中分解、析出的可能性较大，使用寿命短的问题；无机抗菌剂是通过无机抗菌剂中重金属离子易与蛋白质结合，当生长在塑料表面的微生物接触到塑料中的抗菌成分时，金属离子将强烈吸附细菌，由于金属离子与细菌细胞中酶的结合，破坏了酶的空间结构和活性，使微生物的新陈代谢不可能进行，从而起到杀菌和抑菌的作用，因此无机抑菌剂具有长效、不产生耐药性等优点，但是现有无机抗菌剂粒径较大，会使制品表面光洁度及机械性能有所下降，同时大多数无机抗菌剂为重金属离子，对人体毒性较大，还会对环境造成污染。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对现有的抗菌塑料主要通过添加抗菌剂获得，而现有抗菌剂存在耐温性差易析出，抗菌剂粒径较大，会使制品表面光洁度及机械性能变差，且会对人体健康和环境造成危害的缺陷，提供一种对碳纤维结构改性后负载纳米银，并对负载纳米银的碳纤维进行改性，改性后添加在塑料原料中制备得到抗菌塑料，本发明先对碳纤维进行改性后与硝酸银溶液，在氮气气氛下经紫外光照射，制备得碳纤维负载纳米银，再将其与六偏磷酸钠与硬脂酸搅拌反应，对负载纳米银碳纤维进一步进行改性，防止抗菌剂在高温下析出，最后将所得改性负载纳米银碳纤维与聚氯乙烯、脲醛树脂、氧化锌等物质混合后挤出造粒，即可得抗菌塑料，本发明制得的抗菌塑料具有广谱抗菌作用，对细菌的抑制作用好，同时耐温性好，在高温下抗菌粒子不易析出，且利用碳纤维作为抗菌载体，不会对人体健康造成危害，具有广阔市场前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取60～80g碳纤维加入到300～400mL乙酸乙酯中，超声处理20～30min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25～30KHz超声频率下超声分散5～10min，分散后静置浸泡1～2h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用70～80℃热水洗涤3～5次后放入烘箱中，在100～120℃温度下干燥5～7h，干燥后研磨，过300～320目筛，得改性碳纤维粉末；
（2）将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为3～5L/min，通入15～25min后密封，在紫外光下光照10～15min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在60～80℃温度下干燥6～8h，即可得到负载纳米银碳纤维；
（3）称取5～10g上述负载纳米银碳纤维加入到100～120g去离子水中，再加入1～3g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散10～15min，分散后加入5～10g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至80～85℃，保温搅拌反应3～5h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣3～5次后放入烘箱中，在90～100℃温度下干燥8～10h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；
（4）按重量份数计，选取40～50份聚氯乙烯、20～25份低密度聚乙烯、3～5份钛酸酯、5～10份上述改性负载纳米银碳纤维、8～10份脲醛树脂、3～5份氧化锌、4～6份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为100～120r/min，第一段挤出温度为150～180℃，第二段为190～210℃，第三段为220～240℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
本发明的应用方法是：按质量比1：20～1：50，将本发明制得的抗菌塑料与给水管材所用的聚氯乙烯载体树脂搅拌混合3～5min，随后将所得混合料倒入单螺杆挤出机料斗中进行干燥预热1～2h，待单螺杆挤出机和双层共挤复合模具温度达160～220℃时，启动挤出机将抗菌塑料挤出定型，制成抗菌塑料管坯，最后将管坯真空定径、牵引、切割工艺即可得抗菌塑料管材。经检测，本发明制得的抗菌塑料具有优异的耐高温性能，耐高温度达200～250℃，同时用本发明抗菌塑料制备的产品强度较高，缺口冲击强度达8.5～9.5KJ/m2，拉伸强度达180～185MPa，弯曲强度达190～210 MPa，断裂伸长率为80～120%，且本发明塑料具有较强的抗菌作用，尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有超强抑制作用，抑制率在99.5%以上，同时对普通细菌的抑制率均在95.0～98.0%，使用2～4年后，产品的抗菌性能未出现明显下降，具有长效、稳定的抗菌性能。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的抗菌塑料绿色环保，利用纳米粉体作为抗菌载体，不会对人体健康和环境造成危害，且塑料耐高温性能好，强度较高；
（2）本发明制得的抗菌塑料具有长久的抗菌、灭菌作用，各种成分颗粒粒径小，在抗菌塑料中分散均匀，有效增强了塑料抗菌性能，可广泛应用于制备各种抗菌塑料器具中。
具体实施方式
首先称取60～80g碳纤维加入到300～400mL乙酸乙酯中，超声处理20～30min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25～30KHz超声频率下超声分散5～10min，分散后静置浸泡1～2h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用70～80℃热水洗涤3～5次后放入烘箱中，在100～120℃温度下干燥5～7h，干燥后研磨，过300～320目筛，得改性碳纤维粉末；随后将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为3～5L/min，通入15～25min后密封，在紫外光下光照10～15min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在60～80℃温度下干燥6～8h，即可得到负载纳米银碳纤维；再称取5～10g上述负载纳米银碳纤维加入到100～120g去离子水中，再加入1～3g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散10～15min，分散后加入5～10g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至80～85℃，保温搅拌反应3～5h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣3～5次后放入烘箱中，在90～100℃温度下干燥8～10h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；最后按重量份数计，选取40～50份聚氯乙烯、20～25份低密度聚乙烯、3～5份钛酸酯、5～10份上述改性负载纳米银碳纤维、8～10份脲醛树脂、3～5份氧化锌、4～6份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为100～120r/min，第一段挤出温度为150～180℃，第二段为190～210℃，第三段为220～240℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
实例1
首先称取60g碳纤维加入到300mL乙酸乙酯中，超声处理20min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25KHz超声频率下超声分散5min，分散后静置浸泡1h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用70℃热水洗涤3次后放入烘箱中，在100℃温度下干燥5h，干燥后研磨，过300目筛，得改性碳纤维粉末；随后将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为3L/min，通入15min后密封，在紫外光下光照10min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在60℃温度下干燥6h，即可得到负载纳米银碳纤维；再称取5g上述负载纳米银碳纤维加入到100g去离子水中，再加入1g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散10min，分散后加入5g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至80℃，保温搅拌反应3h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣3次后放入烘箱中，在90℃温度下干燥8h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；最后按重量份数计，选取40份聚氯乙烯、20份低密度聚乙烯、3份钛酸酯、5份上述改性负载纳米银碳纤维、8份脲醛树脂、3份氧化锌、4份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为100r/min，第一段挤出温度为150℃，第二段为190℃，第三段为220℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
本实例操作简便，使用时，按质量比1：20，将本发明制得的抗菌塑料与给水管材所用的聚氯乙烯载体树脂搅拌混合3min，随后将所得混合料倒入单螺杆挤出机料斗中进行干燥预热1h，待单螺杆挤出机和双层共挤复合模具温度达160℃时，启动挤出机将抗菌塑料挤出定型，制成抗菌塑料管坯，最后将管坯真空定径、牵引、切割工艺即可得抗菌塑料管材。经检测，本发明制得的抗菌塑料具有优异的耐高温性能，耐高温度达200℃，同时用本发明抗菌塑料制备的产品强度较高，缺口冲击强度达8.5KJ/m2，拉伸强度达180MPa，弯曲强度达190 MPa，断裂伸长率为80%，且本发明塑料具有较强的抗菌作用，尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有超强抑制作用，抑制率在99.6%，同时对普通细菌的抑制率均在95.0%间，使用2年后，产品的抗菌性能未出现明显下降，具有长效、稳定的抗菌性能。
实例2
首先称取70g碳纤维加入到350mL乙酸乙酯中，超声处理25min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在28KHz超声频率下超声分散8min，分散后静置浸泡1h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用75℃热水洗涤4次后放入烘箱中，在110℃温度下干燥6h，干燥后研磨，过310目筛，得改性碳纤维粉末；随后将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为4L/min，通入20min后密封，在紫外光下光照13min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在70℃温度下干燥7h，即可得到负载纳米银碳纤维；再称取8g上述负载纳米银碳纤维加入到110g去离子水中，再加入2g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散13min，分散后加入8g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至83℃，保温搅拌反应4h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣4次后放入烘箱中，在95℃温度下干燥9h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；最后按重量份数计，选取45份聚氯乙烯、23份低密度聚乙烯、4份钛酸酯、8份上述改性负载纳米银碳纤维、9份脲醛树脂、4份氧化锌、5份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为110r/min，第一段挤出温度为165℃，第二段为200℃，第三段为230℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
本实例操作简便，使用时，按质量比1：35，将本发明制得的抗菌塑料与给水管材所用的聚氯乙烯载体树脂搅拌混合4min，随后将所得混合料倒入单螺杆挤出机料斗中进行干燥预热1h，待单螺杆挤出机和双层共挤复合模具温度达190℃时，启动挤出机将抗菌塑料挤出定型，制成抗菌塑料管坯，最后将管坯真空定径、牵引、切割工艺即可得抗菌塑料管材。经检测，本发明制得的抗菌塑料具有优异的耐高温性能，耐高温度达225℃，同时用本发明抗菌塑料制备的产品强度较高，缺口冲击强度达9.0KJ/m2，拉伸强度达183MPa，弯曲强度达200 MPa，断裂伸长率为90%，且本发明塑料具有较强的抗菌作用，尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有超强抑制作用，抑制率在99.7%，同时对普通细菌的抑制率均在96.5%间，使用3年后，产品的抗菌性能未出现明显下降，具有长效、稳定的抗菌性能。
实例3
首先称取80g碳纤维加入到400mL乙酸乙酯中，超声处理30min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在30KHz超声频率下超声分散10min，分散后静置浸泡2h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用80℃热水洗涤5次后放入烘箱中，在120℃温度下干燥7h，干燥后研磨，过320目筛，得改性碳纤维粉末；随后将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为5L/min，通入25min后密封，在紫外光下光照15min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在80℃温度下干燥8h，即可得到负载纳米银碳纤维；再称取10g上述负载纳米银碳纤维加入到120g去离子水中，再加入3g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散15min，分散后加入10g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至85℃，保温搅拌反应5h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣5次后放入烘箱中，在100℃温度下干燥10h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；最后按重量份数计，选取50份聚氯乙烯、25份低密度聚乙烯、5份钛酸酯、10份上述改性负载纳米银碳纤维、10份脲醛树脂、5份氧化锌、6份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为120r/min，第一段挤出温度为180℃，第二段为210℃，第三段为240℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
本实例操作简便，使用时，按质量比1：50，将本发明制得的抗菌塑料与给水管材所用的聚氯乙烯载体树脂搅拌混合5min，随后将所得混合料倒入单螺杆挤出机料斗中进行干燥预热2h，待单螺杆挤出机和双层共挤复合模具温度达220℃时，启动挤出机将抗菌塑料挤出定型，制成抗菌塑料管坯，最后将管坯真空定径、牵引、切割工艺即可得抗菌塑料管材。经检测，本发明制得的抗菌塑料具有优异的耐高温性能，耐高温度达250℃，同时用本发明抗菌塑料制备的产品强度较高，缺口冲击强度达9.5KJ/m2，拉伸强度达185MPa，弯曲强度达210 MPa，断裂伸长率为120%，且本发明塑料具有较强的抗菌作用，尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有超强抑制作用，抑制率在99.8%，同时对普通细菌的抑制率均在98.0%间，使用4年后，产品的抗菌性能未出现明显下降，具有长效、稳定的抗菌性能。

Claims (1)

1.一种负载纳米银碳纤维制备抗菌塑料的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取60～80g碳纤维加入到300～400mL乙酸乙酯中，超声处理20～30min后抽滤得滤渣，将滤渣按质量比1:10加入到质量分数8%对氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25～30KHz超声频率下超声分散5～10min，分散后静置浸泡1～2h，浸泡后离心分离得沉淀物，并用70～80℃热水洗涤3～5次后放入烘箱中，在100～120℃温度下干燥5～7h，干燥后研磨，过300～320目筛，得改性碳纤维粉末；
（2）将上述改性碳纤维粉末按质量比1:20加入到质量分数10%硝酸银溶液中，搅拌均匀后通入氮气，通入量为3～5L/min，通入15～25min后密封，在紫外光下光照10～15min，照射后离心分离得沉淀物，放入烘箱中，在60～80℃温度下干燥6～8h，即可得到负载纳米银碳纤维；
（3）称取5～10g上述负载纳米银碳纤维加入到100～120g去离子水中，再加入1～3g六偏磷酸钠，加入后用超声分散仪超声分散10～15min，分散后加入5～10g硬脂酸，用质量分数5%氢氧化钠溶液调节pH值为10.0后放入水浴锅中，升温至80～85℃，保温搅拌反应3～5h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤渣，用质量分数80%乙醇溶液洗涤滤渣3～5次后放入烘箱中，在90～100℃温度下干燥8～10h，干燥后即可得到改性负载纳米银碳纤维；
（4）按重量份数计，选取40～50份聚氯乙烯、20～25份低密度聚乙烯、3～5份钛酸酯、5～10份上述改性负载纳米银碳纤维、8～10份脲醛树脂、3～5份氧化锌、4～6份羟丙基甲基纤维素，依次加入双螺杆挤出机中，设置双螺杆转速为100～120r/min，第一段挤出温度为150～180℃，第二段为190～210℃，第三段为220～240℃，在此温度下挤出造粒，即可得抗菌塑料。
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