CN114605751A - 一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料及其制备方法。该复合材料的原料按重量份计为:AS 50~90份;高胶粉15~40份;耐热改性剂5~30份;纳米抗菌剂0.5~1份;分散剂0.1~0.5份;增白剂0.02~0.2份;主抗氧剂0.1~0.5份;辅抗氧剂0.1~0.5份。本发明通过采用AS加高胶粉方案,在保证材料性能的前提下,可明显降低材料成本,还具备优异的杀菌、抑菌的效果,为消费者健康提供保证。
Description
技术领域
本发明涉及改性塑料领域,具体涉及一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料及其制备方法。
背景技术
ABS材料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体的共聚物,由于集合了三种单体的优势,其综合性能优异,是一种冲击强度高、刚性好、易于加工成型的热塑性非晶高分子材料,在汽车、家电和电子电器等领域都有广泛应用。
由于消费者的抗菌意识逐渐增强,抗菌材料的需求也越来越多,将ABS材料和抗菌剂复配后,可以制得具备抗菌性能的合金材料,此外,ABS材料相应产品可能会在高温或者高湿环境下使用,这种环境一方面容易滋生细菌,需要材料具备优异的抗菌性能,另外一方面对材料的耐热性能也提出了更高的要求。
专利CN104559027A、CN106589781A以及CN105936734A等关注了ABS材料抗菌性能,但综合来看,没有兼顾ABS材料的耐热性能,另外抗菌剂的效果和其添加量是正相关的,但抗菌剂添加量越高,材料力学性能下降幅度就会越大,所以如果要在尽量低添加量下保证理想的抗菌效果,让抗菌剂均匀分散就比较关键。抗菌剂体系中银系抗菌剂效果比较优异,但银离子容易氧化,从而导致ABS材料颜色变暗,光泽度变差,外观不理想,这也是开发抗菌ABS材料需要解决的一个重要问题。此外,ABS材料还存在成本较高的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料及其制备方法,该材料不仅具有成本低的有点,还具备优异的杀菌、抑菌的效果,为消费者健康提供保证。
为了达到上述技术效果,本发明提供了如下技术方案:
一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料,所述复合材料按照重量份数包括如下组分:AS 50~90份;高胶粉15~40份;耐热改性剂5~30份;纳米抗菌剂0.5~1份;分散剂0.1~0.5份;增白剂0.02~0.2份;主抗氧剂0.1~0.5份;辅抗氧剂0.1~0.5份。
进一步的技术方案为,所述复合材料按照重量份数包括如下组分:AS 60~80份;高胶粉20~30份;耐热改性剂5~20份;纳米抗菌剂0.5~1份;分散剂0.1~0.5份;增白剂0.02~0.1份;主抗氧剂0.1~0.3份;辅抗氧剂0.1~0.3份。
进一步的技术方案为,所述AS材料为无色透明热塑性聚酯,热变形温度为80-105℃。
进一步的技术方案为,所述高胶粉的平均分子量为8万~15万。
进一步的技术方案为,所述耐热改性剂包括ɑ-甲基苯乙烯及其衍生物、马来酰亚胺及其衍生物或马来酸酐及其衍生物中的任意一种或至少两种的共聚物。所述耐热改性剂与AS和高胶粉复配后具备提升其热变形温度以及在湿热环境下提升其性能保持率的效果。
进一步的技术方案为,所述纳米抗菌剂选自无机抗菌剂、有机抗菌剂或天然抗菌剂中的任意一种或至少两种组合。
优选地,所述无机抗菌剂包括金属负载抗菌剂;优选地,所述金属负载抗菌剂包括金属离子和载体;优选地,所述金属离子包括银离子、锌离子或铜离子中的任意一种或至少两种组合;优选地,所述载体包括磷酸盐、硅酸盐或可溶性玻璃中的任意一种或至少两种组合;优选地,所述有机抗菌剂包括季铵盐类、有机金属类或吡咯类中的任意一种或至少两种组合;优选地,所述天然抗菌剂包括壳聚糖及其衍生物和/或甲壳素类。加入抗菌剂的目的是使得复合材料具备杀菌和抑菌的效果。
进一步的技术方案为,所述分散剂选自硬脂酰胺、硬脂酸或金属皂类中的任意一种或至少两种组合。分散剂和AS、高胶粉以及纳米抗菌剂都有较好的相容性,将纳米抗菌剂和分散剂进行有效预混,可以保证其在加工过程中在树脂中分散更均匀,不容易团聚。
进一步的技术方案为,所述增白剂选自荧光增白剂和/或钛白粉。增白剂的使用是为了解决复合材料熔融加工发生黄变以及银系抗菌剂中银离子被氧化后所带来的材料变暗的问题,保证复合材料具备亮白的外观。
进一步的技术方案为,所述抗氧剂为主抗氧剂/辅抗氧剂复配物,所述主抗氧剂优选抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂245中的任意一种或至少两种组合,所述辅抗氧剂优选抗氧剂168和/或抗氧剂PEP36。
本发明还提供了一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将AS进行干燥处理,干燥温度为80~90℃,干燥时间2~4小时;
2)按原材料配比,将纳米抗菌剂和分散剂加入振动打粉机中进行预混,混合时间6~10min,搅拌桨转速100~400rpm;
3)将AS、高胶粉、耐热改性剂、预混后的抗菌剂和分散剂、抗氧剂依次加入高混机中混合均匀;
4)将混合物料通过双螺杆挤出机,以熔融共混法制备,加热温度为190~240℃,机头挤出温度为210~230℃,主机螺杆转速为200~400rpm,加料转速为25~35rpm。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明通过采用AS加高胶粉方案,在保证材料性能的前提下,可明显降低材料成本,耐热改性剂的加入,可提高材料的热变形温度,同时在双85湿热环境下处理7天,测试样冲击强度保持率大于90%;抗菌剂的加入使材料对粘附其表面的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和链球菌等致病细菌具备杀死、抑制其繁殖的效果,抗菌率达到90%以上,此外,普通纳米尺寸的抗菌剂由于表面能的特点,很容易在聚合物材料中团聚,无法有效达到抗菌的技术效果,通过使用纳米抗菌剂及对抗菌剂进行预分散,可以在更低的抗菌剂添加量下,保证理想的抗菌效果;通过使用增白剂,保证了ABS材料优良的外观;该材料可用于各类电子电器、白家电、家具及厨卫等领域,增加各类产品的附加值,市场前景好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释和说明。
实施例1
一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为69.6份;高胶粉为23.2份;耐热改性剂为6份;纳米抗菌剂为0.6份;分散剂为0.2份;增白剂为0.03份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。
该低成本高耐热纳米抗菌复合材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)共混前,将AS进行干燥处理,其干燥温度为80℃,干燥时间3小时;
(2)将纳米抗菌剂和分散剂按配比加入振动打粉机中进行预混,混合时间8min,搅拌桨转速300rpm;
(3)将AS、高胶粉、耐热改性剂、预混后的抗菌剂和分散剂、抗氧剂依次加入高混机中,高速混合机混合,混合时间为4分钟,混合均匀后形成预混料;
(4)将预混料通过双螺杆挤出机,以熔融共混法制备,各区温度为210、220、230、230、230、230、230、230、220℃,主机螺杆转速为300rpm,加料转速为30rpm。
实施例2
一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为66.6份;高胶粉为22.2份;耐热改性剂为10份;纳米抗菌剂为0.6份;分散剂为0.2份;增白剂为0.03份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。其制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为62.8份;高胶粉为20.9份;耐热改性剂为15份;纳米抗菌剂为0.8份;分散剂为0.3份;增白剂为0.05份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。其制备方法与实施例1相同。
对照例1
一种高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为74.1份;高胶粉为24.7份;纳米抗菌剂为0.6份;分散剂为0.2份;增白剂为0.03份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。其制备方法与实施例1相同。
对照例2
一种高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为70.25份;高胶粉为23.35份;耐热改性剂为6份;增白剂为0.03份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。其制备方法与实施例1相同。
对照例3
一种高耐热纳米抗菌复合材料,其包括以下重量份数的原料:AS为63份;高胶粉为21份;耐热改性剂为15份;纳米抗菌剂为0.8份;增白剂为0.05份,主抗氧剂1010为0.2份、辅抗氧剂168为0.2份。其制备方法与实施例1相同。
对实施例1-3和对照例1-3制备得到的复合材料进行性能测试,测试数据如表1所示。
表1实施例和对照例的性能测试数据
本发明中,合金材料热变形温度按照GB/T 1634-2019进行测试;抗菌率按照GB/T31402进行测试;缺口冲击强度按照ISO 179-2000进行测试。
从表1中可以看出,通过对比例1与实施例1可以看到,耐热改性剂的加入,可提高材料的热变形温度,同时双85处理后,冲击强度保持率较高;通过实施例1,实施例2及实施例3可以看到,在一定范围内,耐热改性剂的增加,材料的热变形温度也逐渐增加;通过对比例2与实施例1进行对比,纳米抗菌剂的加入使材料对粘附其表面的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和链球菌等致病细菌具备杀死、抑制其繁殖的效果;通过对比例3与实施例3对比,对纳米抗菌剂进行预分散,可以在更低的抗菌剂添加量下,保证理想的抗菌效果。此外,本申请中采用低成本的AS材料和高胶粉混合,该材料不仅具有成本低的有点,还具备优异的杀菌、抑菌的效果,为消费者健康提供保证,本专利还通过使用分散剂对抗菌剂进行预分散,在更低添加量下使ABS材料具备优异的抗菌效果,从而保证了更好的力学性能,通过使用增白剂,保证了ABS材料优良的外观,另外材料具备更高的热变形温度,可以满足高温、高湿的使用环境,制备出了一款综合性能优异的高耐热纳米抗菌复合材料。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述,上述实施例仅为本发明较佳的实施方式,本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (10)
3.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述AS材料为无色透明热塑性聚酯,热变形温度为80-105℃。
4.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述高胶粉的平均分子量为8万~15万。
5.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述耐热改性剂包括ɑ-甲基苯乙烯及其衍生物、马来酰亚胺及其衍生物或马来酸酐及其衍生物中的任意一种或至少两种的共聚物。
6.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述纳米抗菌剂选自无机抗菌剂、有机抗菌剂或天然抗菌剂中的任意一种或至少两种组合。
7.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述分散剂选自硬脂酰胺、硬脂酸或金属皂类中的任意一种或至少两种组合。
8.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述增白剂选自荧光增白剂和/或钛白粉。
9.根据权利要求1或2所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为主抗氧剂/辅抗氧剂复配物,所述主抗氧剂优选抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂245中的任意一种或至少两种组合,所述辅抗氧剂优选抗氧剂168和/或抗氧剂PEP36。
10.一种权利要求1~9任一项所述的低成本高耐热纳米抗菌复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将AS进行干燥处理,干燥温度为80~90℃,干燥时间2~4小时;
2)按原材料配比,将纳米抗菌剂和分散剂加入振动打粉机中进行预混,混合时间6~10min,搅拌桨转速100~400rpm;
3)将AS、高胶粉、耐热改性剂、预混后的抗菌剂和分散剂、抗氧剂依次加入高混机中混合均匀;
4)将混合物料通过双螺杆挤出机,以熔融共混法制备,加热温度为190~240℃,机头挤出温度为210~230℃,主机螺杆转速为200~400rpm,加料转速为25~35rpm。
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