CN109553856A - 一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，属于化工新材料领域。该聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂55‑85份、热塑性硫化胶5‑15份、改性氧化铜纳米棒2‑8份、硼酸镁晶须5‑12份、改性聚四氟乙烯微粉2‑9份、偶联剂0.1‑1份；其中，所述的改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒。本发明通过加入改性氧化铜纳米棒、改性聚四氟乙烯微粉、硼酸镁晶须等组分，可以制得具有高抗菌性、高熔融流动性以及高机械强度的聚丙烯复合材料，其综合性能好，可以解决现有抗菌聚丙烯复合材料强度较低、熔融流动性差的问题。

Description

一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工新材料领域，具体是一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
我国化工新材料发展的重点包括：特种合成橡胶、复合材料、高性能纤维、氟硅材料、可降解材料、功能性膜材料、功能高分子材料及复合材料等领域。其中，抗菌聚丙烯复合材料，作为新一代的功能性无毒的复合材料，可以被广泛地应用于家电用器、办公用品、日用品以及玩具等领域。
然而，现有的抗菌聚丙烯复合材料是通过加入一定量的无机抗菌剂或者有机抗菌剂，来提升材料的抗菌性，其中，无机抗菌剂与聚丙烯的相容性较差，故会影响聚丙烯复合材料的熔融流动性，从而不易进行加工成型；而有机抗菌剂的加入，又会对聚丙烯复合材料的强度造成影响，虽然可以通过加入适量的增强纤维来提高强度，但是同样会降低聚丙烯复合材料的熔融流动性。所以，还需要对抗菌聚丙烯复合材料作进一步的研究，以解决现有抗菌聚丙烯复合材料熔融流动性差，强度低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂55-85份、热塑性硫化胶5-15份、改性氧化铜纳米棒2-8份、硼酸镁晶须5-12份、改性聚四氟乙烯微粉2-9份、偶联剂0.1-1份；其中，所述的改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒。
作为本发明进一步的方案，一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂65-80份、热塑性硫化胶7-10份、改性氧化铜纳米棒4-6份、硼酸镁晶须8-10份、改性聚四氟乙烯微粉4-6份、偶联剂0.3-0.5份。
作为本发明再进一步的方案，一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂72份、热塑性硫化胶8份、改性氧化铜纳米棒5份、硼酸镁晶须9份、改性聚四氟乙烯微粉5份、偶联剂0.4份。
作为本发明再进一步的方案，所述的改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的。
作为本发明再进一步的方案，所述的偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
本发明还提供一种上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体的，包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至30-50℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合5-10min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合8-15min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(1)加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的100-150倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的5-15％。
作为本发明再进一步的方案，其特征在于，所述步骤(4)双螺杆挤出机的转速为300-500 转/分，挤出温度为240-270℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以聚丙烯树脂为主体，通过加入改性氧化铜纳米棒、改性聚四氟乙烯微粉、硼酸镁晶须等组分，可以制得具有高抗菌性、高熔融流动性以及高机械强度的聚丙烯复合材料，其综合性能好，且易加工成型，应用范围较广。
(2)本发明通过加入经有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，在有机硅季铵盐的辅助下，不仅可以提高自身的抗菌性能，还可以提高氧化铜纳米棒与聚丙烯树脂的相容性，从而可以显著提升聚丙烯复合材料的抗菌性，以及可以提升聚丙烯复合材料的机械强度等综合性能。
(3)本发明通过加入包覆有纳米二氧化硅的改性聚四氟乙烯微粉，可以大大提高各组分在聚丙烯树脂中的分散性，从而可以显著提高聚丙烯复合材料的熔融流动性，以及可以提高聚丙烯复合材料的强度和抗菌性。
(4)本发明还通过在聚丙烯树脂、热塑性硫化胶初步熔融的情况下，再加入改性氧化铜纳米棒、改性聚四氟乙烯微粉、硼酸镁晶须等组分，可以提升改性氧化铜纳米棒、改性聚四氟乙烯微粉、硼酸镁晶须等组分与聚丙烯树脂的相容性，从而可以提升聚丙烯复合材料的强度、抗菌性以及熔融流动性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂85份、热塑性硫化胶5份、改性氧化铜纳米棒2份、硼酸镁晶须5份、改性聚四氟乙烯微粉2份、偶联剂0.1份；其中，改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的，偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至30℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的100倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的5％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合5min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合8min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为300转/分，挤出温度为240℃。
实施例2
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂55份、热塑性硫化胶15份、改性氧化铜纳米棒8份、硼酸镁晶须12 份、改性聚四氟乙烯微粉9份、偶联剂1份；其中，改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的，偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至50℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的150倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的15％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合10min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合15min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为500转/分，挤出温度为270℃。
实施例3
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂80份、热塑性硫化胶7份、改性氧化铜纳米棒4份、硼酸镁晶须8份、改性聚四氟乙烯微粉4份、偶联剂0.3份；其中，改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的，偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至40℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的120倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的10％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合7min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合12min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为450转/分，挤出温度为260℃。
实施例4
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂65份、热塑性硫化胶10份、改性氧化铜纳米棒6份、硼酸镁晶须10 份、改性聚四氟乙烯微粉6份、偶联剂0.5份；其中，改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的，偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至40℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的120倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的10％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合7min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合12min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为450转/分，挤出温度为260℃。
实施例5
一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂72份、热塑性硫化胶8份、改性氧化铜纳米棒5份、硼酸镁晶须9份、改性聚四氟乙烯微粉5份、偶联剂0.4份；其中，改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的，偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
上述高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至40℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的120倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的10％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合7min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合12min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(5)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为450转/分，挤出温度为260℃。
对比例1
将不含有改性氧化铜纳米棒，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例2
将改性氧化铜纳米棒替换成未经改性的氧化铜纳米棒，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例3
除不含改性聚四氟乙烯微粉组分，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例4
使用的组分及其含量与实施例5相同，但采用不同的制备方法，具体的步骤如下：
(1)改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至40℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒，其中，加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的120倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的10％；
(2)按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
(3)然后将上述配好的聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用V型混合机进行混合12min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
(4)最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的转速为450转/分，挤出温度为260℃。
将上述实施例1-5和对比例1-4制得的聚丙烯复合材料与现有的抗菌聚丙烯产品进行拉伸强度(ISO527-2)、弯曲模量(ISO178)、缺口冲击强度(ISO 179)、抗菌性(包括大肠杆菌抑菌率和金黄色葡萄球菌抑菌率，GB15981-1995,Q/02GZS001)以及熔融流动性(熔融流动指数，ISO 1183)等性能的对比。其中，检测对比结果如下表1：
表1
由上表1的检测结果可以看出，按照本发明提供的实施例1-5的技术方案制得的聚丙烯复合材料拥有良好的抗菌性同时，还具有较高拉伸强度、弯曲模量、冲击强度以及高熔融流动指数的特点。相比于现有的抗菌聚丙烯产品，本发明的聚丙烯复合材料的抗菌性、熔融流动性以及机械强度均较优。
从对比例1-2和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入经有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒，可以显著提升聚丙烯复合材料的抗菌性，以及在一定程度上也能提升聚丙烯复合材料的机械强度，其效果要明显优于未经改性的氧化铜纳米棒。
从对比例3和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入包覆有纳米二氧化硅的改性聚四氟乙烯微粉，可以显著提高聚丙烯复合材料的熔融流动性，以及可以提高聚丙烯复合材料的强度和抗菌性。
此外，从对比例4和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过先将聚丙烯树脂、热塑性硫化胶从挤出机的主喂料器投入挤出，然后再将改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂从挤出机的副喂料器投入挤出，可以提升聚丙烯复合材料的强度、抗菌性以及熔融流动性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，以聚丙烯树脂为基体，其特征在于，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂55-85份、热塑性硫化胶5-15份、改性氧化铜纳米棒2-8份、硼酸镁晶须5-12份、改性聚四氟乙烯微粉2-9份、偶联剂0.1-1份；所述的改性氧化铜纳米棒为有机硅季铵盐改性的氧化铜纳米棒。
2.根据权利要求1所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂65-80份、热塑性硫化胶7-10份、改性氧化铜纳米棒4-6份、硼酸镁晶须8-10份、改性聚四氟乙烯微粉4-6份、偶联剂0.3-0.5份。
3.根据权利要求2所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下按照重量份计的组分：聚丙烯树脂72份、热塑性硫化胶8份、改性氧化铜纳米棒5份、硼酸镁晶须9份、改性聚四氟乙烯微粉5份、偶联剂0.4份。
4.根据权利要求1所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的改性聚四氟乙烯微粉是通过静电吸附技术在聚四氟乙烯微粉的表面包覆纳米二氧化硅得到的。
5.根据权利要求3所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为聚醚改性硅烷偶联剂。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种高流动性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：
改性氧化铜纳米棒的制备：取氧化铜纳米棒，加入去离子水，并调节pH值至5，然后加热至30-50℃后，再加入有机硅季铵盐，并用超声波进行分散均匀，最后过滤烘干，即可得到改性氧化铜纳米棒；
按照上述重量份进行聚丙烯树脂、热塑性硫化胶、改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂的配料，备用；
然后将上述配好的聚丙烯树脂和热塑性硫化胶用V型混合机进行混合5-10min后，从双螺杆挤出机的主喂料器投入到双螺杆挤出机中；
接着将上述配好的改性氧化铜纳米棒、硼酸镁晶须、改性聚四氟乙烯微粉和偶联剂用三维混料机进行高速混合8-15min后，从双螺杆挤出机的侧喂料器投入到双螺杆挤出机中；
最后将上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，即可得到所述的聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）加入的去离子水的质量为氧化铜纳米棒质量的100-150倍，加入的有机硅季铵盐的质量为氧化铜纳米棒质量的5-15%。
8.根据权利要求6所述的一种高流动性抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）双螺杆挤出机的转速为300-500转/分，挤出温度为240-270℃。
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