CN109280276A - 抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，包括以下组分：聚丙烯树脂55～65份、长玻璃纤维10～15份、有机包覆改性碳化硅粉20～30份、四针状纳米氧化锌晶须8～12份、衣康酸二甲酯2～4份、抗菌剂1.5～3.5份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂6～12份、热稳定剂0.5～1.2份、抗氧剂0.2～0.8份及润滑剂0.6～1.8份。制备方法：将聚丙烯树脂、占总质量30～40％的长玻璃纤维、钛酸酯偶联剂、增韧剂、热稳定剂、抗氧剂及润滑剂通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，余下组分从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。该复合材料不仅具有较好的低翘曲性与耐摩擦性能，还具有很好的抗菌性。

Description

抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料技术领域，具体涉及一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种通用塑料，进入了日常生活的各个角落，经过矿粉改性的聚丙烯材料凭借其良好的刚性，较低的收缩率和变形，在家用电器上得到了广泛的运用。当前使用多的方法是在聚丙烯基体中添加弹性体材料来提高冲击强度，通过引入10-40％滑石粉、云母粉、硅灰石、高岭土等填料来提高拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，通过引入耐划伤剂如硅酮母粒、含酰胺类树脂来提高耐划伤性能。
聚丙稀是五大通用塑料之一，具有优异的性能，已广泛应用于生活用品、汽车、家电等领域，经过玻璃纤维改性的聚丙烯材料凭借其良好的刚性，在部分应用上取代了工程塑料。但由于横纵向收缩率的差异，导致玻纤增强聚丙烯材料翘曲严重。有一些专利针对翘曲做一定的改善，但效果不佳，而且在热焊接密封性和耐压强度方面的效果也不如人意。为了提高聚丙烯的刚性、耐热性等，往往通过添加无机填料等来予以改善，玻璃纤维是一种针状填料，在拉伸冲击强度、挠曲模量、悬臂梁式冲击强度和耐热性方面对增强聚丙烯的性能有较大影响。但是通常随着聚丙烯树脂中填充的玻璃纤维量的增加，高取向度使得模塑制品在流动方向和垂直于流动方向的收缩速率之间产生很大区别，以致于引起最终制品的翘曲，使其在需要高尺寸稳定性的旋转件如风扇、内桶、波轮、皮带轮中难以得到使用，在大尺度制品中容易发生大的翘曲和形变，另外玻璃纤维容易暴露在制品表面，导致表面性能较差，外观较差，同时，当组合物中具有较高填料含量如超过35wt％时，加工变得困难，降低了生产效率和加工性能。
长玻纤增强聚丙烯(PP)指含有玻璃纤维长度在10到25mm的改性聚丙烯复合材料,是倍受人们关注的新品种之一。该材料能有效地提高制品的刚性、抗冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性，同时还具有良好的耐热性能可以达到135℃～145℃，可满足洗衣机烘干功能使用要求。虽然目前已有长玻纤增强聚丙乙烯材料可满足以上洗衣机滚筒的制备要求，但是现有的长玻纤增强PP材料在高温下还极易发生老化，而且材料本身不具备抗菌的特性。
发明内容
本发明提出一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，该复合材料不仅具有较好的低翘曲性与耐摩擦性能，还具有很好的抗菌性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
聚丙烯树脂55～65份、长玻璃纤维10～15份、有机包覆改性碳化硅粉20～30份、四针状纳米氧化锌晶须8～12份、衣康酸二甲酯2～4份、抗菌剂1.5～3.5份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂6～12份、热稳定剂0.5～1.2份、抗氧剂0.2～0.8份及润滑剂0.6～1.8份；所述抗菌剂为环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物。
优选地，所述有机包覆改性碳化硅粉通过碳化硅先经过硅烷偶联剂处理后再表面接枝丙烯酰胺得到。
优选地，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
优选地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种。
优选地，所述热稳定剂选自亚酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种。
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-α-烯烃聚合物或乙烯-丙烯-二烯共聚物中的一种或一种以上。
优选地，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯与硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或多种。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸锌或者聚丙烯蜡。
本发明的另一个目的是提供一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、占总质量30～40％的长玻璃纤维、钛酸酯偶联剂、增韧剂、热稳定剂、抗氧剂及润滑剂通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯、抗菌剂和余下长玻璃纤维从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。
本发明的有益效果：
本发明的通过选用有机包覆改性碳化硅粉与四针状纳米氧化锌晶须添加到聚丙烯基体树脂中，辅以衣康酸二甲酯(作为成核剂与促进晶须分散)，通过各组分复配，使得制备的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料的横向与纵向的收缩率的差异得到很大的改善，从根本上改善了材料的翘曲性。另外，衣康酸二甲酯与四针状纳米氧化锌晶须作用提高了聚丙烯的结晶度，从而提高了材料的力学性能与耐磨擦性能。
本发明的制备方法中将有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯和余下长玻璃纤维采用测喂料的方式，提升材料的低翘曲性能与表面光滑性。本发明的复合材料中添加环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物，具有明显的抗菌效果和防霉效果。
具体实施方式
实施例1
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯61份、长玻璃纤维12份、有机包覆改性碳化硅粉25份、四针状纳米氧化锌晶须10份、衣康酸二甲酯3份、抗菌剂2份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯2份、乙烯-辛烯共聚物9份、亚酚类热稳定剂0.9份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5份及硬脂酸锌0.9份。有机包覆改性碳化硅粉通过碳化硅先经过硅烷偶联剂处理后再表面接枝丙烯酰胺得到。抗菌剂为环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物。
制备方法：
将共聚聚丙烯、占总质量36％的长玻璃纤维、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、乙烯-辛烯共聚物、亚酚类热稳定剂、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯及硬脂酸锌通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯、抗菌剂和余下长玻璃纤维从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。
实施例2
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯55份、长玻璃纤维15份、有机包覆改性碳化硅粉20份、四针状纳米氧化锌晶须12份、衣康酸二甲酯2份、抗菌剂1.5份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯1份、乙烯-辛烯共聚物6份、亚酚类热稳定剂0.5份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.2份及硬脂酸锌0.6份。有机包覆改性碳化硅粉通过碳化硅先经过硅烷偶联剂处理后再表面接枝丙烯酰胺得到。抗菌剂为环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物。
制备方法：
将共聚聚丙烯、占总质量30％的长玻璃纤维、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、乙烯-辛烯共聚物、亚酚类热稳定剂、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯及硬脂酸锌通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯、抗菌剂和余下长玻璃纤维从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。
实施例3
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
均聚聚丙烯65份、长玻璃纤维10份、有机包覆改性碳化硅粉30份、四针状纳米氧化锌晶须8份、衣康酸二甲酯4份、抗菌剂3.5份、三异硬酯酸钛酸异丙酯3份、乙烯-丙烯-二烯共聚物12份、亚磷酸酯类热稳定剂1.2份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8份及聚丙烯蜡1.8份。有机包覆改性碳化硅粉通过碳化硅先经过硅烷偶联剂处理后再表面接枝丙烯酰胺得到。抗菌剂为环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物。
制备方法：
将均聚聚丙烯、占总质量40％的长玻璃纤维、三异硬酯酸钛酸异丙酯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、亚磷酸酯类热稳定剂、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯及聚丙烯蜡通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯、抗菌剂和余下长玻璃纤维从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。
对比例1
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，与实施例1基本相同，不含有有机包覆改性碳化硅粉、四针状纳米氧化锌晶须与衣康酸二甲酯。
对比例2
一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，与实施例1基本相同，不含有四针状纳米氧化锌晶须。
试验例
将实施例1～3、对比例1～2的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料进行性能测试，翘曲性测试：将样料注塑成100*100*1mm的方板，冷却后观察样板平整度。表面摩擦系数测试标准依据ISO8295，测试条件：温度23℃，样件厚度为0.5mm。测定结果见表1。
表1
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 (9)

1.一种抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下组分：
聚丙烯树脂55～65份、长玻璃纤维10～15份、有机包覆改性碳化硅粉20～30份、四针状纳米氧化锌晶须8～12份、衣康酸二甲酯2～4份、抗菌剂1.5～3.5份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂6～12份、热稳定剂0.5～1.2份、抗氧剂0.2～0.8份及润滑剂0.6～1.8份；所述抗菌剂为环聚乙双胍氢氯化物和层状双羟基氢氧化物的混合物。
2.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述有机包覆改性碳化硅粉通过碳化硅先经过硅烷偶联剂处理后再表面接枝丙烯酰胺得到。
3.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
4.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述热稳定剂选自亚酚类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-α-烯烃聚合物或乙烯-丙烯-二烯共聚物中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯与硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌或者聚丙烯蜡。
9.如权利要求1至8任意一项所述的抗菌玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、占总质量30～40％的长玻璃纤维、钛酸酯偶联剂、增韧剂、热稳定剂、抗氧剂及润滑剂通过主喂口处加入双螺杆挤出机中，有机包覆改性碳化硅粉、衣康酸二甲酯、抗菌剂和余下长玻璃纤维从侧喂口处加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出温度为210℃～250℃。
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