CN111621081A - 一种抗菌环保阻燃弹性体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗菌环保阻燃弹性体材料及其制备方法和应用，该弹性体材料包括以下质量百分比的原料：乙烯‑辛烯共聚物10％～30％；乙烯‑乙酸乙烯共聚物10％～30％；乙烯‑丙烯酸丁酯共聚物5～25％；聚乙烯5％～60％；相容剂1％～5％；阻燃剂25％～50％；抗菌剂0.1％～1.5％；加工助剂1％～3％。本发明的弹性体材料硬度在75～85A之间，熔融指数为20～35g/10min(190℃/2.16kg)，可通过UL94 V0阻燃级别测试，同时还对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌活性具有良好的抑制作用，在高低温下均具有较高的机械强度，可以满足室内软质地板材料的对硬度、韧性、弹性、阻燃、抗菌、耐高低温等性能要求，可用于制备软质地板，尤其是制备室内(如厨卫场所、起居室、健身房等，但不限于此)用软质地板。

Description

一种抗菌环保阻燃弹性体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种抗菌环保阻燃弹性体材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前室内用的软质地板大多数是采用PVC、PU和橡胶等材料进行制作，具有合适的硬度。PVC材料中含有卤素，在汽车行业日渐严格的环保要求下，会逐步被取代；而PU材料的耐高低温性能差，容易出现老化裂解的情况；橡胶工序比较复杂，成本较高。同时基于人们不断追求环保安全的室内环境，在室内使用的高分子地板材料阻燃要求也越来越严格。为替代PVC、PU或橡胶，人们开始寻找以其他聚合物为主体树脂的地板材料，例如聚丙烯、聚乙烯等无卤、耐高低温性能较好的聚合物材料，然而单纯以聚丙烯或者聚乙烯为主体树脂的材料，无法满足低的硬度要求。如何改善现有室内用软质地板材料的性能，满足阻燃和抗菌的技术要求，成为了本行业工作关注的热点问题。
CN101018905A在金属茂聚乙烯树脂、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物树脂的基础上加入苯乙烯/丁二烯/苯乙烯热塑性弹性体，改善了地板材料来降低地板材料的弹性，同时赋予地板材料耐污性、耐划伤性和柔韧性。不过该地板材料需要掺入大量的填料，而且其硬度≥4H，仍难以满足室内地板材料对低硬度和韧性的要求。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一是提供一种抗菌环保阻燃弹性体材料，具有合适的硬度，满足室内用软质地板材料的要求，同时具有优异的阻燃性能和耐候抗菌性能；本发明的第二个目的是提供抗菌环保阻燃弹性体材料的制备方法；本发明的第三个目的是提供该抗菌环保阻燃弹性体材料的应用。
为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：
一种抗菌环保阻燃弹性体材料，包括以下质量百分比的原料：
Figure BDA0002460017010000011
Figure BDA0002460017010000021
优选地，所述抗菌环保阻燃弹性体材料在190℃/2.16kg测试条件下的熔融指数为20～35g/10min。
优选地，所述乙烯-辛烯共聚物在190℃/2.16kg测试条件下的熔融指数为30～70g/10min。
优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)中乙酸乙烯酯(VA)的含量为10％～35％；进一步优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中乙酸乙烯酯的含量为17％～32％。
优选地，所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯的含量为25％～34％。
优选地，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物混合比例为1:1。
优选地，所述聚乙烯选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯中的至少一种。更有选地，所述聚乙烯选用线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯；进一步优选地，所述线型低密度聚乙烯选自熔融指数0～10g/min(190℃/2.16kg)的线型低密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯选自拉伸强度为15～30MPa的高密度聚乙烯。
优选地，所述相容剂选自马来酸酐接枝相容剂；进一步优选地，所述马来酸酐接枝相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝乙烯-乙酸乙烯共聚物和马来酸酐接枝POE中的至少一种。
优选地，所述阻燃剂选自磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-氮复合阻燃剂、氢氧化镁和氢氧化铝等环保阻燃剂中的至少一种；进一步优选地，所述磷系阻燃剂选自二乙基次膦酸铝、二丁基次膦酸铝、次磷酸铝、次磷酸锌、亚磷酸三苯酯和亚磷酸二苯异辛酯中的至少一种，所述氮系阻燃剂选自氰尿酸三聚氰胺，所述磷-氮复合阻燃剂选自焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐和聚磷酸铵中的至少一种。
再进一步优选地，所述环保阻燃剂选自次磷酸铝、氰尿酸三聚氰胺、氢氧化镁中的至少两种；更进一步优选地，所述环保阻燃剂为次磷酸铝和氰尿酸三聚氰胺以质量比1：(1～3)组成的复配阻燃剂。
优选地，所述抗菌剂选自二氧化钛、氧化锌、氧化银、银锌复合抗菌剂和壳聚糖中的至少一种。
优选地，所述加工助剂选自润滑剂、抗氧剂、着色剂和抗静电剂中的至少一种。
优选地，所述润滑剂选自油酸酰胺、聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡、石蜡中的至少一种。在本发明中，润滑剂起到促进配方各组分在双螺杆挤出机的分散作用，减少与机器设备的摩擦，并能改善产品的表面手感。
优选地，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂中。进一步优选地，抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂混合组成的复配物，如B215复配抗氧剂。在本发明中，抗氧剂能够防止配方各组分在双螺杆挤出机中加工时产生分解，提高产品的使用寿命。
优选地，所述着色剂选自钛白粉、炭黑和色粉中的至少一种。在本发明中，可以根据汽车内饰用产品的实际情况添加着色剂，满足外观的应用要求。
优选地，所述抗静电剂选自磷酸盐、三羟乙基甲基胺硫酸钾酯盐和烷基酚聚氧乙烯醚基磺酮三乙醇胺盐中的至少一种。抗静电剂可以消散材料中产生的静电荷，免除静电危害以及材料吸尘等。
本发明还提供上述抗菌环保阻燃弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将原料混合后在140～160℃下进行密炼；
2)在温度不高于200℃的条件下对密炼后的混合料进行挤出、造粒，得到抗菌环保阻燃弹性体材料。
优选地，步骤3)中，所述挤出过程在双螺杆挤出机中进行，双螺杆挤出机的工艺条件如下：双螺杆挤出机的长径比为(38～42)：1；最高工作温度不高于200℃；主机转速为220r/min～280r/min。进一步优选地，双螺杆挤出机的长径比为40：1；工作温度为150℃～200℃；主机转速为250r/min～300r/min。
本发明还提供上述抗菌环保阻燃弹性体材料在制备地板的应用，尤其是在制备室内(如厨卫场所、起居室、健身房等，但不限于此)用软质地板中的应用。
乙烯-辛烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物均是良好的热塑性弹性体，具有良好的弹性和柔性。发明人通过实验发现，同时将乙烯-辛烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物三种聚合物共同掺到聚乙烯中，可有效改善材料的柔软度、弹性和触感。进一步筛选出具有合适熔融指数的乙烯-辛烯共聚物以及具有一定接枝含量的乙烯-乙酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物，并科学控制各原料的配比，可使最终得到的弹性体材料的熔融指数达到20～35g/10min(190℃/2.16kg)较低水平。而弹性体材料的熔融指数越低，则反映出其具有较大的分子量和较长的分子链段，具有更好的韧性。本发明通过将弹性体材料的熔融指数控制到20～35g/10min(190℃/2.16kg)之间，使弹性体材料具有优良的韧性和硬度，能够很好地满足室内软质地板材料的要求。
同时，选用具有高熔融指数和高强度的聚乙烯，在软质地板生产成型时，可以获取到良好的外观效果，避免水纹、发白、缺胶等现象的产生。
另外，发明人发现，搭配马来酸酐接枝相容剂能够促进乙烯-辛烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚乙烯等树脂成分与阻燃剂成分的相容性，提高材料表面的耐刮擦性能和力学性能。搭配抗菌剂可以明显提高材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果，使材料保持卫生，并延长材料的使用寿命。
在本发明的制备方法中，通过低温密炼，可以减少产品成分的分解产生小分子，有效降低气味。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料具有20～35g/10min(190℃/2.16kg)之间较低的熔融指数，具有较大的分子量和较长的分子链段，具有优异的韧性。
(2)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料的硬度在78～85A之间，符合室内地板材料对硬度的要求。
(3)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，具有优异的机械强度。
(4)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料可通过UL94V0级别阻燃测试，具有良好的阻燃性能。
(5)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的活性抑制能力。
(6)本发明的抗菌环保阻燃弹性体材料具有极好的耐高低温性能，在-40～113℃温度范围内均具有较高的断裂伸长率保留率。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料或设备如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
本发明提供一种抗菌环保阻燃弹性体材料，其原料参见如下表1和表2所示。
作为比较，在表2中增加了不添加POE和/或EVA和/或EBA和/或聚乙烯的对比例1～3。
表1实施例1～4和对比例1～3的原材料
Figure BDA0002460017010000051
表2实施例1～4和对比例1～3的原料组成
Figure BDA0002460017010000052
Figure BDA0002460017010000061
其中，实施例1～4和对比例1的抗菌环保阻燃弹性体材料的制备方法如下：
1)按配方组分称取各原材料，将所有原材料进行混合均匀，得到混合料；
2)将混合料加入到密炼机进行密炼，密炼机的密炼温度为150℃；
3)通过双锥喂料将密炼后的混合料加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机挤出、造粒即得。其中双螺杆挤出机的长径比是40:1，双螺杆挤出机的各温区设定温度为：150℃，170℃，185℃，185℃，185℃，185℃，180℃，180℃，180℃，175℃。主机转速260r/min。
对比例2和对比例3的弹性体材料的制备方法如下：
1)按配方组分称取各原材料，将所有原材料进行混合均匀，得到混合料；
2)将混合料加入到密炼机进行密炼，密炼机的密炼温度为150℃；
3)将混合料倒入双螺杆挤出机挤出、造粒。其中，双螺杆挤出机的长径比是40:1，双螺杆挤出机的各温区设定温度为：150℃，170℃，180℃，180℃，180℃，180℃，170℃，175℃，175℃，170℃，主机转速270r/min。
对实施例1～4和对比例1～3制备所得的抗菌环保阻燃弹性体材料的性能进行测试，结果如表3。
表3实施例1～4和对比例1～3的性能测试结果
Figure BDA0002460017010000062
Figure BDA0002460017010000071
通过表3中的测试结果可知，本发明实施例1～4所制得的抗菌环保阻燃弹性体材料其硬度在75～85A之间，熔融指数为20～35g/10min(190℃/2.16kg)，可通过UL94V0阻燃级别测试，同时还对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌活性具有良好的抑制作用，在高低温下均具有较高的机械强度，可以满足室内软质地板材料的对硬度、韧性、弹性、阻燃、抗菌、耐高低温等性能要求，可用于制备软质地板，尤其是制备室内(如厨卫场所、起居室、健身房等，但不限于此)用软质地板。
相比之下，若省去POE和线型低密度聚乙烯，或省去POE、EVA其强度偏低(对比例1和2)；若同时省去POE、EVA和EBA，则硬度偏大(对比例3)，都不能满足室内软质地板材料的要求。
根据上述说明书的描述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应该属于本发明的权利要求保护范围以内。

Claims (10)

1.一种抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：包括以下质量百分比的原料：
乙烯-辛烯共聚物10％～30％；
乙烯-乙酸乙烯共聚物 10％～30％；
乙烯-丙烯酸丁酯共聚物5～25％；
聚乙烯5％～60％；
相容剂 1％～5％；
阻燃剂25％～50％；
抗菌剂0.1％～1.5％；
加工助剂1％～3％。
2.根据权利要求1所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述抗菌环保阻燃弹性体材料在190℃/2.16kg测试条件下的熔融指数为20～35g/10min。
3.根据权利要求1所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述乙烯-辛烯共聚物在190℃/2.16kg测试条件下的熔融指数为30～70g/10min。
4.根据权利要求1所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述乙烯-乙酸乙烯共聚物中乙酸乙烯酯的含量为10％～30％。
5.根据权利要求1所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中丙烯酸丁酯的含量为25％～34％。
6.根据权利要求1所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述聚乙烯选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求6所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述线型低密度聚乙烯在190℃/2.16kg测试条件下的熔融指数为0～10g/min。
8.根据权利要求6所述抗菌环保阻燃弹性体材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯强度为15～30MPa。
9.权利要求1～8任意一项所述抗菌环保阻燃弹性体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将原料混合后在140～160℃下进行密炼；
2)在温度不高于200℃的条件下对密炼后的混合料进行挤出、造粒，得到抗菌环保阻燃弹性体材料。
10.权利要求1～8任意一项所述抗菌环保阻燃弹性体材料在制备地板的应用。
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