CN106750995A - 一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，涉及塑料材料加工技术领域。本发明抗菌聚丙烯复合材料由以下原料制成：聚丙烯、改性纳米二氧化硅分散液、硅酮、山梨醇、助剂。本发明原料廉价易得，制备的抗菌聚丙烯复合材料具有优良的抗菌性能，通过纳米效应减少有机污染物对聚丙烯表面的粘附作用，本发明抗菌聚丙烯复合材料具有良好的耐污抗污性能。

Description

一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料材料加工技术领域，具体涉及一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)作为一种通用型热塑性塑料，具有密度小、耐热性好、易加工成型、热变形温度高、价廉等特点，使其应用范围非常广泛。特别是近年来随着塑料改性技术的提高与发展，聚丙烯已被广泛用于食品包装、纺织、生物医药、医疗设备等领域，这些领域必须避免细菌或真菌的感染和疾病的传播。所以，聚丙烯材料的表面抗菌改性具有实际的价值和意义。
现有技术中，聚丙烯材料表面抗菌改性的方法有表面接枝和共混两大类。表面接枝改性是通过在聚丙烯材料表面用化学接枝法、表面光接枝法或辐射接枝法把具有抗菌功能的基团或聚合物链段接枝到材料表面。这种方法虽然抗菌改性效果及长效性较好，但工序复杂、成本较高，容易在制品的表面残留化学药品，而且往往容易在表面留存或者粘附细菌或者油污材料，而且难以洗涤。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，解决了现有技术中聚丙烯材料表面容易粘附细菌或者油污的技术问题。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种抗菌聚丙烯复合材料，所述抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯65～85份、改性纳米二氧化硅分散液10～15份、硅酮5～10份、山梨醇2～3份、助剂0.7～1.1份。
优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种，且其熔融指数均为0.5～50g/min。
优选的，所述助剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、润滑剂EBS、耐候剂3808PP5中的至少一种。
一种抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在80～150r/min的转速下搅拌2～4min，随后加入助剂，继续搅拌2～4min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
优选的，步骤S4所述混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中。
优选的，步骤S4所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～200r/min，螺杆长径比为35～45：1，挤出机温度为195～215℃。
优选的，步骤S4所述双螺杆挤出机设有一个抽真空口。
优选的，所述双螺杆挤出机内的真空度为0.08以上。
优选的，所述改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：3～1：6的比例混合，超声分散5～10min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的1～3％称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散5～10min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
优选的，所述纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：5的比例混合。
本发明提供一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明通过添加表面改性纳米二氧化硅，保证了聚丙烯复合材料表面聚集大量的改性纳米二氧化硅，使得聚丙烯复合材料由原本的亲油性变为亲水性，通过纳米效应减少有机污染物对聚丙烯复合材料表面的粘附作用，进而使得聚丙烯复合材料不粘附油污，容易洗涤；
本发明通过添加硅酮在聚丙烯体系中增强其表面迁移效应，使得体系中的山梨醇能持续不断的往聚丙烯复合材料表面迁移析出，保持聚丙烯复合材料表面持续长久的防腐抗菌作用，迁移析出到聚丙烯复合材料表面的山梨醇和表面的改性纳米二氧化硅形成吸附作用，使析出的山梨醇能持续的保存在聚丙烯复合材料表面不易被清洗掉，使得产品耐溶剂洗涤，使得聚丙烯复合材料能够持久抗污抗菌；
本发明通过加入助剂，即抗菌剂和耐候剂，进而增强聚丙烯复合材料对细菌的抑制作用，配合硅酮的加入有利于抗菌剂的不断析出到产品表面，产品表面的改性纳米二氧化硅又有着较好的保存抗菌剂的作用；产品环保耐用；
本发明通过添加山梨醇和硅酮，使得山梨醇可以不断通过硅酮的析出作用达到长期的对聚丙烯表面的防腐作用，防止细菌和其他有机物的腐蚀，降低产品表面污染；
本发明的材料对比普通改性聚丙烯材料，如表1所示。
表1不同聚丙烯复合材料表面光泽度性能指标
本发明抗菌聚丙烯复合材料在长期暴露在空气中后，表面光泽降低幅度低于对比例，显示除了明显的耐污抗污作能用，而且本发明原材料易得，易于实现工业化生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：共聚聚丙烯70份、改性纳米二氧化硅分散液15份、硅酮10份、山梨醇3份、助剂1份；其中共聚聚丙烯是由熔融指数为15～30g/min的共聚聚丙烯55份和熔融指数为30～50g/min的共聚聚丙烯15份混合而成，助剂由0.25份抗氧剂168、0.2份抗氧剂1010、0.3份润滑剂EBS和0.25份耐候剂3808PP5混合而成；
其中改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：5的比例混合，超声分散10min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的2％称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散10min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
本实施例抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照本实施例原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在110r/min的转速下搅拌3min，随后加入助剂，继续搅拌3min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
其中步骤S4混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，螺杆长径比为45：1，挤出机温度为215℃；采用只一个抽真空口的双螺杆挤出机，真空度达到0.1。
实施例2：
本实施例抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：共聚聚丙烯85份、改性纳米二氧化硅分散液11份、硅酮5份、山梨醇2份、助剂0.75份；
其中共聚聚丙烯是由熔融指数为15～30g/min的共聚聚丙烯65份和熔融指数为30～50g/min的共聚聚丙烯20份混合而成，助剂由0.25份抗氧剂168、0.2份抗氧剂1010和0.3份润滑剂EBS混合而成；
其中改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：5的比例混合，超声分散5min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的2％称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散5min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
本实施例抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照本实施例原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在100r/min的转速下搅拌3min，随后加入助剂，继续搅拌3min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
其中步骤S4混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，螺杆长径比为45：1，挤出机温度为215℃；采用只一个抽真空口的双螺杆挤出机，真空度达到0.1。
实施例3：
本实施例抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：均聚聚丙烯65份、改性纳米二氧化硅分散液10份、硅酮5份、山梨醇2份、助剂0.7份；其中助剂由0.35份抗氧剂168和0.35份润滑剂EBS混合而成；
其中改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：3的比例混合，超声分散5min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的1％称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散5min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
本实施例抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照本实施例原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在80r/min的转速下搅拌2min，随后加入助剂，继续搅拌2min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
其中步骤S4混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中，双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，螺杆长径比为35：1，挤出机温度为195℃；采用只一个抽真空口的双螺杆挤出机，真空度达到0.08。
实施例4：
本实施例抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：均聚聚丙烯80份、改性纳米二氧化硅分散液15份、硅酮10份、山梨醇3份、助剂1.1份；助剂由0.25份抗氧剂168、0.3份抗氧剂1010、0.3份润滑剂EBS和0.25份耐候剂3808PP5混合而成；
其中改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：6的比例混合，超声分散10min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的3％称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散10min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
本实施例抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照本实施例原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在150r/min的转速下搅拌4min，随后加入助剂，继续搅拌4min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
其中步骤S4混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中，双螺杆挤出机的螺杆转速为200r/min，螺杆长径比为40：1，挤出机温度为205℃；采用只一个抽真空口的双螺杆挤出机，真空度达到0.12。
对比例：
本对比例聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：共聚聚丙烯100份、助剂0.7份；其中共聚聚丙烯是由熔融指数为15～30g/min的共聚聚丙烯65份和熔融指数为30～50g/min的共聚聚丙烯35份混合而成，助剂由0.3份抗氧剂168、0.2份抗氧剂1010和0.2份耐候剂3808PP5混合而成；
本对比例聚丙烯复合材料按照常规方法制备而成。
根据相关检测标准，对实施例1～4制得的抗菌聚丙烯复合材料及对比例制得的聚丙烯复合材料进行表面光泽度测试，结果如表2。
表2不同聚丙烯复合材料表面光泽度性能指标
从表2可看出实施例1～4制得的抗菌聚丙烯复合材料样板的表面光泽降低幅度低于对比例，同时随着纳米分散液/山梨醇含量提高，表面耐污效果更为显著。
综上所述，本发明通过添加表面改性纳米二氧化硅，保证了聚丙烯复合材料表面聚集大量的改性纳米二氧化硅，使得聚丙烯复合材料由原本的亲油性变为亲水性，通过纳米效应减少有机污染物对聚丙烯复合材料表面的粘附作用，进而使得聚丙烯复合材料不粘附油污，容易洗涤；
本发明通过添加硅酮在聚丙烯体系中增强其表面迁移效应，使得体系中的山梨醇能持续不断的往聚丙烯复合材料表面迁移析出，保持聚丙烯复合材料表面持续长久的防腐抗菌作用，迁移析出到聚丙烯复合材料表面的山梨醇和表面的改性纳米二氧化硅形成吸附作用，使析出的山梨醇能持续的保存在聚丙烯复合材料表面不易被清洗掉，使得产品耐溶剂洗涤，使得聚丙烯复合材料能够持久抗污抗菌；
本发明通过加入助剂，即抗菌剂和耐候剂，进而增强聚丙烯复合材料对细菌的抑制作用，配合硅酮的加入有利于抗菌剂的不断析出到产品表面，产品表面的改性纳米二氧化硅又有着较好的保存抗菌剂的作用；产品环保耐用；
本发明通过添加山梨醇和硅酮，使得山梨醇可以不断通过硅酮的析出作用达到长期的对聚丙烯表面的防腐作用，防止细菌和其他有机物的腐蚀，降低产品表面污染；
本发明的材料对比普通改性聚丙烯材料，材料在长期泡水过程中显示除了明显的耐污抗污作用，本发明原材料易得，易于实现工业化生产。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗菌聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯65～85份、改性纳米二氧化硅分散液10～15份、硅酮5～10份、山梨醇2～3份、助剂0.7～1.1份。
2.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一种，且其熔融指数均为0.5～50g/min。
3.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述助剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、润滑剂EBS、耐候剂3808PP5中的至少一种。
4.一种如权利要求1～3任一所述的抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照原料重量份称取各个原料；
S2、将山梨醇加入改性纳米二氧化硅分散液中，搅拌均匀，得到混合液备用；
S3、将聚丙烯和硅酮加入到混料机中，在80～150r/min的转速下搅拌2～4min，随后加入助剂，继续搅拌2～4min，得到混合物料；
S4、将混合物料加入双螺杆挤出机中，再通过双螺杆挤出机的喷淋装置将混合液加入到混合物料中，经熔融、挤出切粒即可。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤S4所述混合液通过所述喷淋装置，利用加压喷淋方式从所述喷淋装置的侧位螺杆加入到混合物料中。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤S4所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～200r/min，螺杆长径比为35～45：1，挤出机温度为195～215℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤S4所述双螺杆挤出机设有一个抽真空口。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机内的真空度为0.08以上。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述改性纳米二氧化硅分散液的制备方法为：
S1、将纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：3～1：6的比例混合，超声分散5～10min，得到分散液待用；
S2、按照纳米二氧化硅质量的1～3%称取硅烷偶联剂加入到步骤S1制得的分散液中，超声分散5～10min，即制得改性纳米二氧化硅分散液。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅和乙醇按照质量比1：5的比例混合。
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