CN106700302A - 一种抗菌电热塑性弹性体合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，其制备方法，包括如下特征：将所述的热塑性弹性体、苯乙烯共聚物、相容剂、抗菌剂、加工润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、填料加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。本发明所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料独创性利用苯乙烯弹性体和苯乙烯共聚物进行直接共混，得到低介电常数、低介电损耗、高耐候、防霉抗菌、机械性能优良、绿色环保的材料，克服目前天线行业常见材料介电性能、耐候性、力学性能、环保要求等无法同时兼顾的缺陷，并将本发明产品原创性地应用在通讯天线行业和建材、园林设备等行业。

Description

一种抗菌电热塑性弹性体合金材料
技术领域
本发明属于材料领域，尤其是涉及一种抗菌电热塑性弹性体合金材料。
背景技术
通信系统是利用天线中的振子等辐射部件将电磁波信号发射出去来传递信息日常中接触到的无线电通信、广播/电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文、WIFI等工程系统都属于通信系统。在整个通信系统中天线发挥着核心作用，在天线安装及使用过程中，为了保护辐射部件不被外界破坏或干扰，通常还在辐射部件的外面设置了保护壳体，利用该壳体将辐射部件包围起来以起到保护作用。为了发挥天线的最大功效，要求天线外壳对电磁波的传递影响尽可能小，因此对外壳的材料选择需要考虑材料的电气性能指标值，例如，介电常数、正切角损耗值等，外壳材料相对介电常数越大，则电磁波在空气与天线外壳分界面上的反射就越大，这将降低电磁波传输效率；损耗角正切tgδ越大，电磁波在穿透天线外壳过程中转化为热量而损耗的能量就越多。此外，由于有些天线的使用环境处于户外，因此对外壳材料的老化性能提出了较高的要求。
目前通信天线外壳材料主要分为热固性材料和热塑性材料，热固性材料主要使用不饱和聚脂树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂等与玻璃纤维复合而成，热固性材料机械强度较高，耐候性能较好，尺寸稳定性较好等优点；但是热固性材料一般密度较高，外壳整体重量较重(密度1.7-2.0g/cm3)，介电常数较高(4.0-5.5)，无法回收循环利用，此外热固性类外壳成型复杂，综合成本较高而且成型过程污染较大，对人体健康影响较大等缺陷。用量最大也最常用的天线外壳热塑性材料主要是聚氯乙烯(PVC)类，PVC材料是目前使用最为广泛的塑料材料之一，它具有价格便宜、软硬可调、阻燃性能好、耐化学腐蚀好、电气性能优异等优点，应用在天线外壳上重量相对较轻(密度1.4-1.65g/cm3)，耐候性较好，综合成本较低等优点。虽然PVC材料具有诸多优点，但是也存在耐热较差(热变形温度60℃左右)，介电常数相对较高(3-4.8)，强度相对较低，本色含有卤素等缺陷。此外，天线外壳材料常用的热塑性材料还包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，丙烯酸酯类橡胶体与丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物(ASA)，抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)，高聚物聚丙烯(PP)等材料，ABS、PS材料介电常数为2.8-3.0，价格便宜，由于本身分子结构中含有不饱和双键，因此不适宜应用在户外。ASA耐候性优异，是户外应用的首选材料，不过ASA介电常数在2.8-3.3之间，而且成本较高，这就限制了其大规模使用。PP材料介电常数为2.2左右，密度低、成本低廉，不过强度较低、老化性较差，也限制了其使用。
目前，通信天线外壳的材料往低介电常数、高耐候、低重量、绿色环保、可回收等方向发展，目前现有的热固性或热塑性材料或多或少都存在一定的缺陷。随着通信行业的快速发展，无论是国家层面或普通消费者对信号的传播速度和质量要求越来越高，因此，开发透波性能好、高耐候的绿色环保的天线外壳材料具有重要的经济价值和社会意义，此外，由于天线外壳长期暴露于户外，容易受环境影响产生霉菌，霉菌的腐蚀会影响外壳的使用寿命，因此具有防霉抗菌效果功能也是天线外壳材料的发展重要方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，具有低介电常数、高耐候、绿色环保兼具防霉抗菌效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
进一步，所述的热塑性弹性体为由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物；优选地，所述的链烯基芳香族单体单元为苯乙烯、α-甲基苯乙烯或对-甲基苯乙烯中的一种；更优选的，所述的链烯基芳香族单体为苯乙烯；所述的共轭二烯单体单元为丁二烯或异戊二烯。
进一步，所述的链烯基芳香族单体单元的重量占所述的嵌段共聚物总重量的5-70wt％；优选的，所述的链烯基芳香族单体单元的重量占所述的嵌段共聚物总重量的18-50wt％。
进一步，所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在85％以上；优选的，所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在93％以上；更优选的，所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在96％以上。
进一步，所述的苯乙烯共聚物为苯乙烯单体合成得到的通用类聚苯乙烯，所述的通用类聚苯乙烯在200℃/5kg条件下，熔融流动系数为2-20g/10min；优选的，所述的通用类聚苯乙烯在200℃/5kg条件下，熔融流动系数为2-8g/10min。
进一步，所述相容剂为由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物、包含用马来酸酐对由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物进行接枝了的嵌段共聚物或由马来酸酐单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物中的至少一种。
进一步，所述的抗菌剂为无机银离子抗菌剂。
进一步，所述的加工润滑剂为硬脂酸类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、酯类润滑剂、石蜡类润滑剂或酰胺类润滑剂中的一种或多种混合物；所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂与硫醚类辅助抗氧剂复配或复合的抗氧剂中的至少一种；所述的光稳定剂是受阻苯甲酸酯类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂中的一种或多种混合物；所述的填料是硫酸钡、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、高岭土中一种或多种的混合物。
所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：将所述的热塑性弹性体、苯乙烯共聚物、相容剂、抗菌剂、加工润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、填料加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
进一步，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为10-40:1；优选的，双螺杆挤出机的螺杆长径比为20-35:1；所述的双螺杆挤出机的各段螺杆温度为180℃-220℃，螺杆转速为300-500rpm，喂料转速为30-500rpm。
基于目前通信行业天线外壳材料常用的热固性材料存在的介电常数较高、密度大、不环保等缺陷和PVC材料耐温性差、介电损耗大、含卤等问题而其他热塑性材料性能无法同时兼顾各方面性能等情况，而原创性地提出了一种具有低介电常数、高耐候、绿色环保兼具防霉抗菌效果功能的热塑性弹性体合金材料以及制备方法。该热塑性弹性体合金制备方法工艺流程简单，制造成本低，且制备得到的合金材料具有较高的户外长期老化性能、较低的介电常数等优点，非常适用于通信天线行业；由于该产品可满足各种成型工艺亦可于应用于户外建材、园林设备等领域。
相对于现有技术，本发明所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料具有以下优势：
(1)本发明所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料独创性利用苯乙烯弹性体和苯乙烯共聚物进行直接共混，得到低介电常数、低介电损耗、高耐候、防霉抗菌、机械性能优良、绿色环保的材料，克服目前天线行业常见材料介电性能、耐候性、力学性能、环保要求等无法同时兼顾的缺陷，并将本发明产品原创性地应用在通讯天线行业和建材、园林设备等行业。
(2)本发明所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料过选用合适的加工设备和工艺，克服了传统苯乙烯类弹性体复杂繁琐(需要预塑化)的加工工艺的缺点，本发明制备方法工艺简单，易于操作和控制，非常适于工业化生产，产品综合成本低，应用领域广泛。
(3)本发明所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料通过调节热塑性弹性体和苯乙烯共聚物的混合比例，可以灵活实现材料不同性能(力学性能、硬度)的调整，可满足不同的加工方式(挤出成型、注塑成型、吹塑成型)需求。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
对于实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)采用台橡的SEBS 6150，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEPS)选用科腾的G1750，通用级聚苯乙烯(GPPS)选自锦湖的GP 125E，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)选用陶氏的1300，丙烯酸酯类橡胶体与丙烯腈、苯乙烯的接枝共聚物(ASA)选用苯领的778T，聚丙烯(PP)选用中沙石化的PP EP548RQ，抗菌剂：选自日本石冢硝子公司的IONPURE IPS3，相容剂、润滑剂、主抗氧剂(THANOX 1010)，辅助抗氧剂为(THANOX 168)，光稳定剂A(受阻胺类光稳定剂)，光稳定剂B(二苯甲酮类光稳定剂)均选用的是市售的通用种类。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
实施例2
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
实施例3
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
实施例4
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
实施例5
一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
对比例1
一种合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的合金材料。
对比例2
一种合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的合金材料。
对比例3
一种合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的合金材料。
对比例4
一种合金材料，该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
该合金材料的制备方法，包括如下特征：按重量份数配比称取各组分后，加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的合金材料。
实施1-5所得到具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料和对比例1-4的具体配方如下表1所示(按重量份数)：
表1实施例应用和对比例配方
将上述实施例1-5及对比例1-4制得的样品在鼓风烘箱中于80℃干燥4小时后，用塑料注射成型机注塑成标准样条，注塑温度为200-220℃；将注塑好的样条在50％的相对湿度、23℃放置至少24小时后进行性能测试。进行测试，其中样条测试方法按如下方法进行：
拉伸性能：按ISO 527方法，拉伸速度50毫米/分钟；
弯曲性能：按ISO 178方法，试验速度2毫米/分钟；
缺口冲击强度：按ISO 180方法，4毫米厚的试样，悬臂梁缺口冲击；
耐候性按ISO 4892.2标准进行，老化1800小时后，记录材料的色差变化值(ΔE)和性能(缺口冲击强度)保持率；
介质损耗角正切tanδ及介电常数(ε)：按照GB/T 5594.4-1985，测试频率1GHz(室温)；
抑菌率实验采用大肠杆菌与金黄色葡萄球菌为测试对象，培养时间24小时。
各样品性能测试结果数据如下表2所示：
表2各样品性能测试结果
由表2可见：本发明制备的低介电常数、高耐候性热塑性弹性体合金材料与采用公开技术的对照例相比，不仅具有较低的介电常数和介电损耗，同时保持了优异的耐候性能、力学性能和优异的抗菌防霉功能，可以广泛应用于通信行业、户外建材和园林设备领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：该合金材料由包括如下重量份的原料制成：
2.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的热塑性弹性体为由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物；优选地，所述的链烯基芳香族单体单元为苯乙烯、α-甲基苯乙烯或对-甲基苯乙烯中的一种；更优选的，所述的链烯基芳香族单体为苯乙烯；所述的共轭二烯单体单元为丁二烯或异戊二烯。
3.根据权利要求2所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的链烯基芳香族单体单元的重量占所述的嵌段共聚物总重量的5-70wt％；优选的，所述的链烯基芳香族单体单元的重量占所述的嵌段共聚物总重量的18-50wt％。
4.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在85％以上；优选的，所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在93％以上；更优选的，所述的热塑性弹性体中的不饱和双键的氢化率在96％以上。
5.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的苯乙烯共聚物为苯乙烯单体合成得到的通用类聚苯乙烯，所述的通用类聚苯乙烯在200℃/5kg条件下，熔融流动系数为2-20g/10min；优选的，所述的通用类聚苯乙烯在200℃/5kg条件下，熔融流动系数为2-8g/10min。
6.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述相容剂为由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物、包含用马来酸酐对由共轭二烯单体单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物进行接枝了的嵌段共聚物或由马来酸酐单元和链烯基芳香族单体单元为主体的嵌段共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的抗菌剂为无机银离子抗菌剂。
8.根据权利要求1所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料，其特征在于：所述的加工润滑剂为硬脂酸类润滑剂、聚乙烯类润滑剂、酯类润滑剂、石蜡类润滑剂或酰胺类润滑剂中的一种或多种混合物；所述的抗氧剂是受阻酚类抗氧剂与硫醚类辅助抗氧剂复配或复合的抗氧剂中的至少一种；所述的光稳定剂是受阻苯甲酸酯类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂中的一种或多种混合物；所述的填料是硫酸钡、滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、高岭土中一种或多种的混合物。
9.权利要求1-8中任一项所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下特征：将所述的热塑性弹性体、苯乙烯共聚物、相容剂、抗菌剂、加工润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、填料加入高混机预混10min，经双螺杆挤出机塑化、挤出切粒，得到所述的具有优异耐候性、低介电常数的抗菌电热塑性弹性体合金材料。
10.根据权利要求9所述的抗菌电热塑性弹性体合金材料的制备方法，其特征在于：所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为10-40:1；优选的，双螺杆挤出机的螺杆长径比为20-35:1；所述的双螺杆挤出机的各段螺杆温度为180℃-220℃，螺杆转速为300-500rpm，喂料转速为30-500rpm。
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