CN112538228A - 一种抗菌abs塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂90‑120份、聚氨酯季铵盐3‑5份、增塑剂3‑5份、助剂3‑5份；其制备方法包括以下步骤：超支化季铵盐的制备；原料的熔融共混；一种抗菌ABS塑料挤出造粒。且本发明通过对小分子抗菌剂季铵盐和超支化聚合物反应，在季铵盐的分子结构中引入树枝状分子，获得树枝状季铵盐高分子抗菌剂，且该高分子季铵盐具有良好的流体力学行为，能够在ABS树脂中很好地分散，且因具有高官能度，其分子链能够与ABS树脂发生化学键合，克服了小分子季铵盐作为抗菌剂的热稳定性低的缺点，增强了ABS树脂的抗菌性及抗菌的稳定性，且对人体安全无害。
Description
技术领域
本发明属于ABS塑料技术领域，具体地，设计一种抗菌ABS塑料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，且三种单体相对含量可任意变化，制成各种用途用的树脂。ABS树脂兼有三种组元的共同性能，丙烯腈(A)使其具有耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，丁二烯(B)使其具有高弹性和韧性苯乙烯(S)使其具有热塑性塑料的加工成型特性以及电性能。因此，ABS树脂具有优良的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能，同时还具有易于加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点。目前，ABS树脂已广泛应用于与人民生活息息相关的家电产品、日用品、卫生洁具、冰箱板材及室内装饰板材等方面。这些制品表面容易被细菌污染，成为疾病传染的媒介，对人们的健康和生命产生很大的威胁。因此，赋予这些制品一定的抗菌性，从而减少细菌污染的可能性，成为目前抗菌塑料研究的热点之一。
制备抗菌塑料的传统方法都是向基体树脂中添加抗菌剂，再混合一定比例的助剂，直接熔融共混制备具有抗菌功能的改性树脂，最后通过各种塑料成型加工方法(如挤出、注塑、流延、吹塑、吸塑等)制造各种抗菌塑料制品。常见的塑料用抗菌剂主要包括无机类、有机小分子类、天人分子类和高分子类，其中，无机类抗菌剂的特点表现为耐热性好，抗菌谱广，不易产生耐药性，但是存在易变色，制造困难，工艺复杂，生产过程中涉及重金属离子易对环境产生污染；有机小分子类的特点表现在杀菌速度快，加工方便，颜色稳定从好，但是存在耐热性差，易在溶剂环境中析出而失效，易产生耐药性，分解产物经常有毒，危害人身体健康；天然抗菌剂的特点表现在抗菌效率高，安全无毒，但是存在加工困难，耐热性差，来源受限；高分子抗菌剂的特点表现在长效，抗菌谱广，刺激性小，结构多样，种类丰富，能够有效克服上述三种抗菌剂的缺点。
因此，本发明提供了采用了向ABS基体树脂中加入一种超支化聚氨酯季铵盐，经过融合共混、挤出成型获得的一种抗菌ABS塑料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌ABS塑料，该种抗菌ABS塑料抗菌效率高，抗菌谱广，且不含重金属离子，无毒环保。
本发明的目的还在于提供一种抗菌ABS塑料的制备方法，该方法操作简单，便于工业化推广。
本发明要解决的技术问题：对小分子季铵盐分子结构的设计，使得其具有三维的分子结构；对ABS树脂、分子结构设计后的季铵盐和其他加入物的加工工艺进行探究，选择合适的工艺条件，以获得综合性能较好的ABS塑料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂90-120份、聚氨酯季铵盐3-5份、增塑剂3-5份、助剂3-5份；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3-10min，得预混料；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料。
进一步地，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
进一步地，所述的助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂任意比的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌。
进一步地，步骤2中的熔融挤出条件为：一区温度170-230℃，二区温度180-230℃，三区温度180-240℃，四区温度180-250℃，五区温度180-250℃，六区温度190-250℃，七区温度190-250℃，八区温度190-250℃，九区温度190-250℃，主机转速300-600r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
进一步地，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250-300r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50-70℃温度、250-300r/min下继续反应20-30h；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮，析出产物，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40-50℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
进一步地，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物，优选的为苏州海博特树脂科技有限公司生产的HyPerH20。
进一步地，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵、羟丙基三甲基氯化铵中的一种。
进一步地，步骤A中，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:0.5-1.5:70-80。
一种抗菌ABS塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3-10min，得预混料；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料。
进一步地，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
进一步地，所述的助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂任意比的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌。
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进一步地，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250-300r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50-70℃温度、250-300r/min下继续反应20-30h；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮，析出产物，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40-50℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
进一步地，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物，优选的为苏州海博特树脂科技有限公司生产的HyPerH20，
进一步地，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵、羟丙基三甲基氯化铵中的一种。
进一步地，步骤A中，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:0.5-1.5:70-80。
本发明的有益效果：
本发明通过对小分子抗菌剂季铵盐和超支化聚合物反应，在季铵盐的分子结构中引入树枝状分子，获得树枝状季铵盐高分子抗菌剂，且该高分子季铵盐具有良好的流体力学行为，能够在ABS树脂中很好地分散，且因具有高官能度，其分子链能够与ABS树脂分子链发生化学键合，克服了小分子季铵盐作为抗菌剂的热稳定性低的缺点，增强了ABS树脂的抗菌性及抗菌的稳定性，且对人体安全无害。且本发明制备方法操作简单，便于工业化推广。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂90份、聚氨酯季铵盐3份、增塑剂3份、助剂3份；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混10min，得预混料，其中增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂1:1:1的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料，其中，挤出条件为一区温度170℃，二区温度180℃，三区温度180℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度220℃，主机转速300r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
其中，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50℃温度、250r/min下继续反应20h，其中，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物，为苏州海博特树脂科技有限公司生产的HyPerH20，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:0.5:70；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮，析出产物，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
实施例2：
一种抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂100份、聚氨酯季铵盐4份、增塑剂4份、助剂4份；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混10min，得预混料，其中增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂1:1:1的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料，其中，挤出条件为一区温度200℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，七区温度230℃，八区温度230℃，九区温度230℃，主机转速300r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
其中，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50℃温度、250r/min下继续反应25h，其中，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物，为苏州海博特树脂科技有限公司生产的HyPerH20，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:1:75；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮产物析出，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
实施例3：
一种抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂120份、聚氨酯季铵盐5份、增塑剂5份、助剂5份；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3min，得预混料，其中增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂1:1:1的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料，其中，挤出条件为一区温度190℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，七区温度230℃，八区温度230℃，九区温度230℃，主机转速300r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
其中，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50℃温度、250r/min下继续反应25h，其中，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物，为苏州海博特树脂科技有限公司生产的HyPerH20，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:1.5:80；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮，析出产物，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
对比例：
抗菌ABS塑料，包括以下重量份原料制成：ABS树脂90份、季铵盐3份、增塑剂3份、助剂3份；
其制备方法包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3min，得预混料，其中增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂1:1:1的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得抗菌ABS塑料，其中，挤出条件为一区温度170℃，二区温度180℃，三区温度180℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度220℃，主机转速300r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
对上述的实施例1-3和对比例1进行制样，然后对各例的试样进行抗菌性能测试，测试结果如下表所示。其中，抗菌性能测试按QB/T 2591-2003A测试，检测用菌：大肠杆菌(ATCC 25922)和金黄葡萄球菌(ATCC 6538)。
从上表格中可以看出，本发明提供的一种抗菌ABS塑料相比对比例的抗菌性能更加稳定，这是因为在本发明中对季铵盐引入了端羟基超支化聚合物分子，使得季铵盐的分子结构呈现树枝状，且具有高官能度，可以与ABS体系中的分子链发生化学键合，增强了季铵盐抗菌剂的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种抗菌ABS塑料，其特征在于，包括以下重量份原料制成：ABS树脂90-120份、聚氨酯季铵盐3-5份、增塑剂3-5份、助剂3-5份；
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3-10min，得预混料；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，所述的助剂为抗氧化剂、润滑剂和热稳定剂任意比的混合物，其中抗氧化剂为抗氧化剂1010，润滑剂为石蜡，热稳定剂为硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，步骤2中的熔融挤出条件为：一区温度170-230℃，二区温度180-230℃，三区温度180-240℃，四区温度180-250℃，五区温度180-250℃，六区温度190-250℃，七区温度190-250℃，八区温度190-250℃，九区温度190-250℃，主机转速300-600r/min；双螺杆挤出机的长径比为35:1。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，所述的聚氨酯季铵盐的制备方法包括以下步骤：
步骤A：在250mL的带有磁力搅拌的圆底烧瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺100mL，在搅拌的状态下加入超支化聚氨酯，以250-300r/min搅拌速度搅拌至超支化聚氨酯完全溶解，再加入氢氧化钠固体，待氢氧化钠固体完全溶解后向反应液滴加季铵盐，50-70℃温度、250-300r/min下继续反应20-30h；
步骤B:将步骤A获得物过滤取滤液，再将滤液倒入丙酮，析出产物，再将产物溶解在乙醇中，再倒入丙酮，重复三次，获得白色粘稠物，经40-50℃干燥得超支化聚氨酯季铵盐。
6.根据权利要求5所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，超支化聚氨酯为端羟基超支化聚合物。
7.根据权利要求5所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，季铵盐为缩水甘油三甲基氯化铵、羟丙基三甲基氯化铵中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种抗菌ABS塑料，其特征在于，步骤A中，加入的超支化聚氨酯：氢氧化钠：季铵盐的质量比为100:0.5-1.5:70-80。
9.一种抗菌ABS塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照重量比称取ABS树脂、聚氨酯季铵盐、增塑剂、助剂加入高速共混机中预混3-10min，得预混料；
步骤2：将步骤1获得的预混料加入挤塑机中，进行熔融挤出造粒干燥，获得一种抗菌ABS塑料。
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