CN113292786B - 一种抗菌、低气味母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌、低气味母粒及其制备方法和应用，本发明以无规PP树脂作为基体，添加一定配比的檀香醇和纳米氧化锌制得母粒，其中利用檀香醇作为纳米氧化锌的分散剂，纳米氧化锌不会发生团聚，分散效果好，檀香醇与纳米氧化锌可发挥协同抗菌和降低材料气味的作用，本发明的母粒制备温度低，原材料方便易得，所述生产工艺简单，适于大规模生产。并且所制得的母粒可以进一步用于制备抗菌、低气味的塑料，如制备聚丙烯材料，可使其获得抗菌、低气味的特性，除此之外，檀香醇和纳米氧化锌的协同作用还提高了材料的冲击强度，赋予其更好的应用性能，所制得聚丙烯材料可以广泛应用于家电或汽车产品中。

Description

一种抗菌、低气味母粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种抗菌、低气味聚丙烯组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯(PP)作为一种高性价比的通用塑料，成型加工简便，广泛应用于家电及汽车产品。注塑成型后的聚丙烯制件，在长期使用过程中，容易滋生细菌，对使用者的健康不利。另外，聚丙烯材料制件气味的高低，直接影响了消费者的舒适度和人身健康。因此，需要对聚丙烯材料进行抗菌、低气味配方和工艺设计，使得材料的性能满足乘客的需求。

纳米氧化锌是一种较为常见的抗菌材料。但是，纳米氧化锌为极性无机材料，与聚丙烯相容性较差，直接添加到聚丙烯材料中，容易发生团聚，一方面，造成聚丙烯物性的明显下降，一方面，造成纳米氧化锌抗菌效率的下降。要实现无机填料在聚合物中的有效分散，其中一种方法是将无机填料进行偶联剂或分散剂处理，另一种方法是将无机填料母粒化。

如中国专利CN101760093A中运用钛酸酯偶联剂处理纳米氧化锌，中国专利CN107674314A利用硅烷偶联剂处理纳米氧化锌，但是这些偶联剂本身具有一定的异味，不适用于汽车内饰材料。中国专利CN105566750A公开了一种低气味母粒的制备方法，但是该低气味母粒并不能实现抗菌效果。因此本领域还需开发一种同时具有优异的抗菌、低气味母粒，使聚丙烯材料获得抗菌、低气味性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯材料的抗菌、低气味性能的缺陷和不足，提供一种抗菌、低气味母粒，采用无规PP树脂为基体，利用檀香醇作为纳米氧化锌的分散剂，檀香醇对纳米氧化锌实现包覆作用，檀香醇与纳米氧化锌实现协同抗菌作用，同时实现低气味，可用于进一步制备聚丙烯材料，可使其同时获得优异的抗菌、低气味性能。

本发明的又一目的是提供一种抗菌、低气味母粒的制备方法。

本发明的又一目的是提供一种抗菌、低气味母粒的应用。

本发明的另一目的是提供一种抗菌、低气味聚丙烯材料。

本发明的另一目的是提供一种抗菌、低气味聚丙烯材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种抗菌、低气味聚丙烯材料的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种抗菌、低气味母粒，包括如下按照重量份计算的组分：

无规PP树脂 100份；

纳米氧化锌 20～80份；

檀香醇 20～80份；

所述纳米氧化锌和檀香醇的质量份数比值为1:4～4:1。

本发明以无规PP树脂作为基体，无规聚丙烯熔点较低，保障了母粒加工温度较低，有利于降低体系的热氧老化，通过无规聚丙烯预制母粒也使得纳米氧化锌与檀香醇作用变得更充分；还利用檀香醇作为纳米氧化锌的分散剂，檀香醇一端具有羟基结构，与纳米氧化锌发挥作用，一端具有烃基基团，与无规PP树脂发挥作用，可以有效促进纳米氧化锌在无规PP中的分散，纳米氧化锌分散效果好，同时纳米氧化锌对檀香醇也有一定的锚定作用；檀香醇与纳米氧化锌均有一定程度的抗菌作用，檀香醇不仅可以促进纳米氧化锌较好地分散，而纳米氧化锌也可以让檀香醇得到一定程度的缓释，在抗菌方面有协同效应；檀香醇本身具有较好的香气，可以改善材料的气味表现；同时檀香醇分子量较低，对体系有一定的润滑作用，无规聚丙烯加工温度低，整个材料体系的剪切热较低，材料表现为低气味；母粒可以进一步用于制备抗菌、低气味的塑料，如制备聚丙烯材料，可使其获得抗菌、低气味的特性，除次之外，经母粒化处理后的纳米氧化锌在檀香醇的分散作用下，可以发挥一定的增韧作用，对材料的冲击强度产生了较好的正面影响，赋予其更好的应用性能，所制得聚丙烯材料可以广泛应用于家电或汽车产品中。

优选地，所述纳米氧化锌和檀香醇的质量份数比值为2:3～3:2。

优选地，所述无规PP树脂熔点≤85℃。

本发明保护上述抗菌、低气味母粒的制备方法，包括如下步骤：

将无规PP树脂、纳米氧化锌、檀香醇按所述配比通过熔融共混挤出制得，挤出温度为90～130℃。

优选地，所述挤出使用拉伸流变挤出机。拉伸流变设备剪切热较低，配合低加工温度的无规聚丙烯，整个材料体系的剪切热较低，且经过拉伸流变挤出机后分散效果好，更有利于材料表现为低气味。

本发明保护上述抗菌、低气味母粒在制备抗菌、低气味通用塑料中的应用。

一种抗菌、低气味聚丙烯材料，由上述抗菌、低气味母粒制得。

优选地，包括如下按照重量份计算的组分：

等规PP树脂 100份；

抗菌、低气味母粒 1～5份。

更优选地，包括如下按照重量份计算的组分：

等规PP树脂 100份；

抗菌、低气味母粒 3份。

本发明保护上述抗菌、低气味聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：

将等规PP树脂和抗菌、低气味母粒按比例挤出制得，挤出温度为170～210℃。

本发明保护上述抗菌、低气味聚丙烯材料在家电或汽车产品用塑料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以无规PP树脂作为基体，添加一定配比的檀香醇和纳米氧化锌制得母粒，其中利用檀香醇作为纳米氧化锌的分散剂，纳米氧化锌不会发生团聚，分散效果好，檀香醇与纳米氧化锌可发挥协同抗菌和降低材料气味的作用，本发明的母粒制备温度低，原材料方便易得，生产工艺简便易操作，适于大规模生产。并且所制得的母粒可以进一步用于制备抗菌、低气味的塑料，如制备聚丙烯材料，可使其获得抗菌、低气味的特性，檀香醇和纳米氧化锌的协同作用还对材料的冲击强度产生了较好的正面影响，赋予其更好的应用性能，所制得聚丙烯材料可以广泛应用于家电或汽车产品中。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

各实施例和对比例中使用的原料：

无规PP树脂：熔点80℃，牌号S400，日本出光化学公司。

纳米氧化锌：平均粒径为30nm，牌号MG-ZnO-30，上海茂果纳米科技有限公司。

檀香醇：香料级，武汉华翔科洁生物技术有限公司。

等规PP树脂：熔点165℃，牌号EP548R，中海壳牌公司。

实施例1～5和对比例1～4

一种抗菌、低气味母粒，包括如下表1所示的按照重量份计算的组分。

表1各实施例和对比例的抗菌、低气味母粒的配方

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2	对比例3
									母粒编号	1	2	3	4	5	6	7	8
无规PP树脂	100	100	100	100	100	100	100
									等规PP树脂								100
纳米氧化锌	20	80	50	40	60	15	85	50
									檀香醇	80	20	50	60	40	85	15	50

上述抗菌、低气味母粒的制备方法，包括如下步骤：

对于实施例和对比例1-2，将无规PP树脂、纳米氧化锌和檀香醇按比例加入高混机中，200～300rpm下混合1～3分钟，然后将混合好的原料加入拉伸流变挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥、冷却、装包，挤出温度为90～130℃。

对于对比例3，将等规PP树脂、纳米氧化锌和檀香醇按比例加入高混机中，200～300rpm下混合1～3分钟，然后将混合好的原料加入拉伸流变挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥、冷却、装包，挤出温度为170～210℃(因等规PP熔点较高，需较高温度才能加工)。

应用

利用上述制备的抗菌、低气味母粒的进一步制备抗菌、低气味聚丙烯材料，包括如下表2所示的按照重量份计算的组分：

表2抗菌、低气味聚丙烯材料的配方

上述抗菌、低气味聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：

将等规PP树脂和抗菌、低气味母粒或其他组分按比例加入高混机中，200～300rpm下混合1～3分钟，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒、干燥、冷却、装包，挤出温度为170～210℃。

性能测试

1、测试方法

(1)抗菌性能测试方法：将抗菌、低气味聚丙烯实施例和对比例材料，注塑成50*50*2mm³的方板，按照标准QB/T 2591-2003，将细菌接种于方板上，通过贴膜的方法使细菌均匀接触药品，经过一定时间的培养后，测得药品中的活菌数，并计算出样品的抗菌率，所选细菌为金黄色葡萄球菌，抗菌率越高代表抗菌性能越好。

(2)气味测试方法：根据大众标准PV3900：2019-04测试材料的气味。称取20g粒料于洗净专门气味瓶中，80℃于专门气味烘箱烘烤2h后取出，冷却到65℃左右，进行气味评级。其中，1级表示无气味；2级表示有气味，但无干扰性；3级表示有明显气味，但无干扰性气味；4级表示有干扰性气味；5级表示有强烈干扰性气味，6级表示有无法忍受的气味。经5人进行气味评定后，取气味评级的平均值代表材料的最终气味。气味等级越低，材料的低气味性能越好。对于低气味材料，通常要求材料的气味等级不高于3.5级。

(3)悬臂梁缺口冲击强度测试依据标准GB/T 1843-2008测试(23℃，V型缺口)。

2、测试结果

上述制备的抗菌、低气味聚丙烯材料的抗菌率、气味等级和冲击强度测试结果如表3所示。

表3抗菌、低气味聚丙烯材料的抗菌率和气味等级

由表3中测试结果可得出：

通过实施例和对比例进行比较，可以发现实施例1～7的抗菌率均≥99.3％，而对比例1～5的抗菌率均低于85％，由此可见，实施例较对比例具有明显更优的抗菌效果。以实施例3为例，抗菌、低气味聚丙烯材料的核心关键是抗菌、低气味母粒，以及是否含有含量适中的抗菌、低气味母粒，该母粒由比例恰当的无规聚丙烯树脂、纳米氧化锌和檀香醇通过挤出在90～130℃加工制得。檀香醇一端具有羟基结构，与纳米氧化锌发挥作用，一端具有烃基基团，与无规聚丙烯树脂发挥作用，可以有效促进纳米氧化锌在无规聚丙烯中的分散；而经过拉伸流变挤出机后分散效果好；无规聚丙烯熔点较低，保障了母粒加工温度较低，有利于降低体系的热氧老化，通过无规聚丙烯预制母粒也使得纳米氧化锌与檀香醇作用变得更充分。檀香醇与纳米氧化锌均有一定程度的抗菌作用，檀香醇还可以促进纳米氧化锌较好地分散，而纳米氧化锌可以让檀香醇得到一定程度的缓释，在抗菌方面有协同效应，加之无规聚丙烯的母粒化基体的作用，使得二者的抗菌协效作用充分发挥，因此，实施例有非常好的抗菌效果。檀香醇本身具有较好的香气，可以改善材料的气味表现；同时檀香醇分子量较低，对体系有一定的润滑作用，加之加工过程产生剪切热较低以及无规聚丙烯的加工温度较低，整个材料体系的剪切热较低，有利于实施例材料良好的气味表现。

通过实施例1～5与对比例4～5的比较，可以发现，当抗菌、低气味母粒中的(纳米氧化锌：檀香醇)质量比在(2:3～3:2)范围内时，纳米氧化锌与檀香醇可以发挥最大的协同作用，材料的抗菌率最高，气味表现最好。当抗菌、低气味母粒中的(纳米氧化锌：檀香醇)的比例在(1:4～4:1)范围之外时，纳米氧化锌与檀香醇的协同作用明显下降，材料的抗菌率降低，气味表现变差。

通过实施例3、6、7与对比例2～3的比较，可以发现，抗菌、低气味母粒的添加比例在1～5份时效果较好。当母粒添加量过低时，抗菌剂的添加量不足导致材料抗菌率相对较低，同时檀香醇的香气不足，材料的气味表现也相对较差。当母粒添加量过高时，纳米氧化锌会发生一定的团聚，与檀香醇的协同作用不足，导致材料的抗菌率相对较低，材料气味表现也相对较差。

通过实施例3与对比例1进行对比，可以发现，对比例1不是将无规聚丙烯、纳米氧化锌、檀香醇制备成母粒，而是直接添加到聚丙烯材料体系中，纳米氧化锌和檀香醇无法发挥协同作用，纳米氧化锌团聚严重，檀香醇因无纳米氧化锌的锚定作用也会在高温加工过程中析出脱挥，因此，材料的抗菌效果较差，同时气味表现较差。

通过对比实施例3与对比例6，可以发现，采用熔点较高的等规PP进行母粒制备时，由于等规PP需要较高的温度才能熔融加工，会造成檀香醇在与纳米氧化锌发生充分作用之前，就因高温加工过程中析出脱挥，从而材料的抗菌效果和气味表现较差。

除了在抗菌效果和气味表现外，檀香醇和纳米氧化锌的协同作用还对材料的冲击强度产生了较好的正面影响。这是因为，配比合适、添加量适当，经母粒化处理后的纳米氧化锌在檀香醇的分散作用下，可以发挥一定的增韧作用。通过实施例3与对比例1比较，可以发现没有经过本发明母粒化处理的檀香醇与纳米氧化锌直接加入PP中，材料的冲击强度显著下降。而通过实施例3与对比例2-6可以发现，当檀香醇与纳米氧化锌的母粒化的配比、添加比例或处理方式不当时，材料的冲击强度均会出现一定程度的下降。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗菌、低气味聚丙烯材料，其特征在于，包括如下按照重量份计算的组分：

等规PP树脂 100份；

抗菌、低气味母粒 1～5份；

所述抗菌、低气味母粒，包括如下按照重量份计算的组分：

无规PP树脂 100份；

纳米氧化锌 20～80份；

檀香醇 20～80份；

所述纳米氧化锌和檀香醇的质量份数比值为1:4～4:1；所述无规PP树脂熔点≤85℃。

2.根据权利要求1所述抗菌、低气味聚丙烯材料，其特征在于，所述抗菌、低气味母粒中纳米氧化锌和檀香醇的质量份数比值为2:3～3:2。

3.权利要求1～2任一项所述抗菌、低气味聚丙烯材料，其特征在于，所述抗菌、低气味母粒的制备方法包括如下步骤：

将无规PP树脂、纳米氧化锌、檀香醇按配比通过熔融共混挤出制得，挤出温度为90～130℃。

4.根据权利要求3所述抗菌、低气味聚丙烯材料，其特征在于，所述挤出使用拉伸流变挤出机。

5.权利要求1～4任一项所述抗菌、低气味聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将等规PP树脂和抗菌、低气味母粒按配比挤出制得，挤出温度为170～210℃。

6.权利要求1～4任一项所述抗菌、低气味聚丙烯材料在家电或汽车产品用塑料中的应用。