CN111100376A - 一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法、塑料瓦片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌聚丙烯复合材料，由聚丙烯、无机填料、增韧剂、抗菌剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂制备而成，本发明制备的聚丙烯复合材料综合性能优越，其密度为0.90‑1.4克/立方厘米，较泥瓦（平均密度2.65克/立方厘米）重量降低45%以上，由此制得的塑料瓦片重量轻（安装、搬运容易）、耐腐蚀、耐老化、不易碎裂等，同时由于聚烯烃材料的特性，制得的塑料瓦片还有低噪音（下雨时噪音低）、隔热、使用寿命长、可回收利用等特点，另外，所制得聚丙烯复合材料具有抗菌效果，既能减少微生物、细菌的腐蚀作用也能满足新型屋顶上作为花园、菜园的要求，因此是一种较好的替代品。

Description

一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法、塑料瓦片
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法，还涉及一种塑料瓦片。
背景技术
一般来说，建筑的主要部位被分别界定为地面、立面(内外墙面)和屋面，每个部位都有与之相对应的建筑材料。长久以来，人们对屋面材料的认知大都集中在对瓦材的了解上。用传统的观念来看，屋面材料最主要的功能就是防水。因此，千百年来，在缺水的北方，住宅大都是在斜面或平面的屋顶抹泥即可；而在多雨的南方，则需要在屋顶上铺装排列紧密的泥瓦。世世代代，泥瓦就是屋面唯一的“外衣”。
然而，当建筑节能的概念在全球范围内越来越深入人心的时候，环保、隔热、保温、耐腐等性能与防水性一样成为屋顶材料必不可少的内涵。屋面工程正在成为新型环保节能材料一展身手的大舞台，塑料瓦就是当今屋面的首选材料。
现代建筑的屋面，其功能已不仅仅是为房屋遮风蔽雨了。例如，种植屋面，其用途之一就是用来种植植物的。又如，隔热屋面，屋面选材则要注重隔热性能，在施工中，要考虑屋面的散热、通风等问题。尤其是随着工业化时代的到来，大批工业厂房需要的屋面材料形成一个新的大市场。工业厂房的屋面材料相对民居的屋面材料特性而言，不仅要求材料防水、隔热、保温，而且还要质轻、环保、耐腐。正是这种需要催生出新型屋面材料的间惜。质轻、美观、环保、防水防火、隔音隔热的塑料瓦新材料已向现代屋面走来。
国家墙体材料“十五”规划中明确指出：“必须大力研究开发具有高效、节能、节土、利废、环保的轻质、高强、保温、隔热、防火型新型复合墙体材料及屋面防水材料”。随着我国经济的繁荣和科技的进步，人们居住条件和生活水平不断提高，现代建筑逐步向高质量、高档次发展，其功能要求不断提高。当传统的屋面材料已不能满足建筑业发展要求时，各种新型屋面材料便应运而生。根据国际建材发展的流行趋势，屋面材料正向质轻、美观、环保、防水防火、隔音隔热等方向发展。然而，石棉瓦、水泥瓦及近年来兴起的彩钢瓦等都难以在性能方面同时满足环保和节能的需求。针对传统屋面建筑材料存在的诸多难以解决的问题，为达到“十五”规划中提出的“高强、轻质、节能、节土、利废、环保”的所有功能要求，国内一大批企业开始了屋面复合材料的探索和创新。另外，现代屋面有作为花园或者是种植的需要，而泥土中的微生物、细菌，包括落叶腐烂滋生的细菌对屋顶有较大的腐蚀作用，因此市场对复合材料抗菌的新的需求。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种抗菌聚丙烯复合材料，制备的聚丙烯复合材料综合性能优越，具有较好的刚性及韧性，具有较好的强度并且从高处跌落不易碎，强度高且质轻，同时具有抗菌效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗菌聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
Figure BDA0001846087220000021
进一步的，所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种，其熔体流动速率为1-100g/10min。
进一步的，所述无机填料为硅灰石、滑石粉、碳酸钙、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的至少一种。通过其填充增强改性，能为复合材料提高更好的强度；
进一步的，所述抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:(50-100)所混合配备的复合抗菌剂。利用蒙脱土的片层结构插层纳米银，使抗菌效果更加稳定、持久；
优选的，所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的至少一种；
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
进一步的，所述光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、三丙酮胺或聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供一种抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取聚丙烯、无机填料、增韧剂、抗菌剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂，高速混合5-15min，得到均匀的混合物料；
(2)将均匀的混合物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到抗菌聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是170-180℃、180-185℃、185-195℃、185-195℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-220℃，挤出螺杆转速为300转/分钟-400转/分钟，其中双螺杆挤出机螺杆长径比44-52，螺杆组合采用高分散式螺杆组合。
本发明的第三个目的在于提供一种采用上述抗菌聚丙烯复合材料制成的塑料瓦片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的抗菌聚丙烯复合材料由于在聚丙烯中添加了较为充足的抗氧剂及光稳剂，能有效地防止分子链在热或者是光照下的断裂现象，从而产品更耐腐蚀、耐老化、使用寿命长、可回收重复利用。
2、本发明公开的聚丙烯复合材料由于采用树脂中密度最低的聚丙烯作为主料，制备的其材料密度为0.90-1.4克/立方厘米，制成塑料瓦片后，较泥瓦/陶瓷瓦(平均密度2.65克/立方厘米)重量降低45％以上，因此，安装、搬运方便，省时省力。
3、用本发明公开的聚丙烯复合材料制备的塑料瓦片其主材热导率为0.22W/(m·K)，而泥瓦/陶瓷瓦的热导率为0.87-1.16W/(m·K)，因此具有较好的隔热作用；同时声音在泥瓦/陶瓷瓦/水泥中的传播速度是4400-5000m/s，而在聚丙烯等树脂中的传播速度为1500-2800m/s，同时由于聚丙烯的长分子链结构，能有效低降低振动的频率及能量，因此塑料瓦片具有明显的隔热、降噪作用。
4、本发明制备的塑料瓦片具有抗菌效果，减少微生物、细菌的腐蚀作用可满足新型屋顶上作为花园、菜园的要求，适合于种植屋顶的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
以下各实施例中所使用的聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中至少一种，其熔体流动速率为1-100g/10min。
其他试剂均为市售产品。
以下实施例所用试剂仅为举例说明，并不用于限制本发明的保护范围，本发明其他实施例仍可选择权利要求范围内的所有可选试剂。如无特别说明，实施例中份数均为重量份。
实施例1
本实施例中增韧剂为乙烯-辛烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:50分散在乙醇当中以300转/分钟搅拌5分钟后烘干而得，抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，光稳定剂为2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为PE蜡。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合15min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、180℃、185℃、185℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃，挤出螺杆长径比为44，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例2
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:80分散在乙醇当中以300转/分钟搅拌5分钟后烘干而得，抗氧剂为三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，光稳定剂为三丙酮胺，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为硬脂酸钙。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合8min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为180℃、185℃、195℃、195℃、210℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃，挤出螺杆长径比为44，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例3
本实施例中增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丙烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:50所混合配备的复合抗菌剂，抗氧剂为硫代二丙酸双十八醇酯，光稳定剂为聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为EVA蜡和亚乙基二硬脂酸胺。
按表1中各组分的配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合8min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为175℃、180℃、190℃、200℃、205℃、210℃、210℃、205℃、210℃、220℃，挤出螺杆长径比为48，挤出螺杆转速为350转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例4
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:100分散在乙醇当中以300转/分钟搅拌5分钟后烘干而得，抗氧剂为三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，光稳定剂为三丙酮胺，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为硬脂酸钙。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合8min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为175℃、180℃、190℃、200℃、205℃、210℃、210℃、205℃、210℃、220℃，挤出螺杆长径比为44，挤出螺杆转速为300转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例5
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:80分散在乙醇当中以300转/分钟搅拌5分钟后烘干而得，抗氧剂为三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，光稳定剂为三丙酮胺，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为硬脂酸钙。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合10min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为175℃、180℃、190℃、200℃、205℃、210℃、210℃、205℃、210℃、220℃，挤出螺杆长径比为48，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
实施例6
本实施例中增韧剂为乙烯-丙烯共聚物，抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径10-50nm的纳米银按照质量比30:20:80分散在乙醇当中以300转/分钟搅拌5分钟后烘干而得，抗氧剂为三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，光稳定剂为三丙酮胺，偶联剂为硅烷偶联剂，润滑剂为硬脂酸钙。
按表1中组分及配比(重量份)称取原料，将称量好的物料一起加入高混机中混合5min；将混合后的共混物通过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为175℃、180℃、190℃、200℃、205℃、210℃、210℃、205℃、210℃、220℃，挤出螺杆长径比为52，挤出螺杆转速为400转/分钟。将制备得到的混合物进行性能测试，测试结果见表2。
表1实施例1～6中制备的抗菌聚丙烯复合材料添加的各组分及重量份
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
共聚聚丙烯 50 50 42 34 86 100
均聚聚丙烯 0 0 20 40 0 0
无机填料滑石粉 30 20 10 20 10 0
无机填料碳酸钙 20 20 20 0 0 0
增韧剂 0 10 8 6 4 0
抗菌剂 2 1.8 1.5 1.2 1 0.8
抗氧剂 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.2
润滑剂 1 0.8 0.6 0.5 0.3 0.2
光稳剂 0.6 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3
偶联剂 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0
将实施例1-6制备的混合物进行性能测试，测试结果见表2所示：
表2实施例1～6中制备的抗菌聚丙烯复合材料各性能测试结果
测试项目/单位 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
融指/g/10min ISO 1133 17.1 19.7 22.5 24.6 25.1 28.5
拉伸强度/Mpa ISO 527 19.7 16.8 17.9 20.1 18.9 18.7
弯曲强度/Mpa ISO 178 34.4 28.9 31.2 32.6 29.4 27.9
弯曲模量/Mpa ISO 178 2625 1788 2013 2265 1480 1080
缺口冲击强度/KJ/㎡ ISO 180 14.7 39.1 28.8 12.7 21.5 43.2
密度/g/cm<sup>3</sup> ISO 1183 1.396 1.249 1.127 1.048 0.961 0.905
通过表2的性能测试结果可知，本发明实施例1-6制备的聚丙烯合金有着较好的综合性能，具有较好的刚性以及还具有较高的冲击强度，完全满足塑料瓦的各项性能要求。
将实施例1-6制得的抗菌聚丙烯复合材料，参照QB/T2591-2003抗菌塑料抗菌性能试验方法和卫生部《消毒技术规范》第三版第一分册(试验技术规范)分别检测其抗菌效果，具体如下表3所示：
表3实施例1～6制得的抗菌聚丙烯复合材料
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
抗金黄色葡萄球菌性能测试 ≥90％ ≥93％ ≥94％ ≥92％ ≥89％ ≥82％
抗肺炎球菌性能测试 ≥92％ ≥92％ ≥95％ ≥93％ ≥87％ ≥85％
抗革兰氏阴性杆菌性能测试 ≥91％ ≥95％ ≥95％ ≥95％ ≥85％ ≥84％
抗革兰氏阳性杆菌性能测试 ≥95％ ≥96％ ≥96％ ≥91％ ≥91％ ≥90％
抗大肠杆菌性能测试 ≥91％ ≥95％ ≥94％ ≥93％ ≥93％ ≥86％
抗沙门氏菌性能测试 ≥93％ ≥91％ ≥92％ ≥92％ ≥87％ ≥82％
抗白色念珠菌性能测试 ≥96％ ≥94％ ≥94％ ≥90％ ≥94％ ≥81％
抗霉菌性能测试 0级 0级 0级 0级 0级 0级
从表3可看出，本发明制备的聚丙烯复合材料具有较好抗菌和防霉性能，其对各种细菌的抗菌率达到80％以上。
结合表2表3数据，所制得的聚丙烯复合材料冲击性能大于10KJ/㎡，此性能确保制得的塑料瓦片从屋顶掉落不会破裂；另外制得的聚丙烯复合材料密度均≤1.4克/立方厘米，实现了质轻，制成的塑料瓦片搬运方便、省时省力；另外，同时由于选用聚丙烯低密度的特点，制成的塑料瓦片还具有耐腐、隔热、降噪的特点，并且产品可回收使用，达到“十五”规划中提出的“高强、轻质、节能、节土、利废、环保”等要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯 50-100份，
无机填料 0-50份，
增韧剂 0-10份，
抗菌剂 0.8-2份，
抗氧剂 0.2-0.8份，
光稳定剂 0.3-0.6份，
偶联剂 0-0.5份，
润滑剂 0.2-1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：所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种，其熔体流动速率为1-100g/10min。
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：所述无机填料为硅灰石、滑石粉、碳酸钙、碳酸钙晶须、高岭土、蒙脱土、重晶石、云母、钛白粉、粉煤灰中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗菌剂为酰基吡唑啉酮、蒙脱土、粒径为10-50nm的纳米银按照质量比30:20:(50-100)混合制备的复合抗菌剂。
5.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为PE蜡、EVA蜡、硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酸胺中的至少一种；
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于：所述光稳定剂为2-(2- 羟基-5- 叔辛基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、三丙酮胺或聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]中的至少一种。
9.一种如权利要求1~8任一项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：
（1）按照配比称取聚丙烯、无机填料、增韧剂、抗菌剂、抗氧剂、光稳定剂、偶联剂、润滑剂，高速混合5-15min，得到均匀的混合物料；
（2）将均匀的混合物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到抗菌聚丙烯复合材料；其中双螺杆挤出机中各挤出区间的挤出温度分别是170-180℃、180-185℃、185-195℃、185-195℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-210℃、200-220℃，挤出螺杆转速为300转/分钟-400转/分钟，其中双螺杆挤出机螺杆长径比44-52，螺杆组合采用高分散式螺杆组合。
10.一种采用如权利要求1~8任一项所述的抗菌聚丙烯复合材料制成的塑料瓦片。
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