CN114702812B - 一种耐uvc材料及其制备方法、紫外杀菌模块以及空调 - Google Patents

一种耐uvc材料及其制备方法、紫外杀菌模块以及空调 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种耐UVC材料，属于高分子材料技术领域，能够解决现有紫外杀菌模块设备材料耐杀菌紫外性能差、成本高的问题。该耐UVC材料，由以下重量份的原料组成：PC/ASA 70‑110份，PMMA 5‑35份，抗氧剂0.1‑1份，UV吸收剂0‑2份，相容剂0.5‑8.5份和着色剂0.1‑5份，其中PC与ASA的比例为(1‑12)：1。本发明耐UVC材料能够应用于空调及净化器等的紫外杀菌模块外壳，具有高耐UVC、耐老化、高强度和成本低的特点。

Description

一种耐UVC材料及其制备方法、紫外杀菌模块以及空调
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐UVC材料及其制备方法、紫外杀菌模块以及空调。
背景技术
紫外光在电磁波谱中，范围波长为400～10nm，可以分为UVA(波长范围400nm～315nm)、UVB(波长范围315nm～280nm)、UVC(波长范围280nm～190nm)。其中，紫外线杀菌是紫外线波长在240～280nm范围内破坏细菌病毒中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果，尤其在波长为253.7nm时紫外线的杀菌作用最强。
紫外线杀菌应用广泛，随着消费者对健康生活舒适的需求，目前空调及净化器产品也配置对应的紫外灯杀菌模块，均使用金属件与之相配合。然而，杀菌紫外属于UVC波段，该波长范围的紫外线波长短，能量高，对设备材料具有一定的破坏作用，使材料老化严重，且相比于塑料件，金属件加工及物料成本高。
因此，提供一款高耐UVC的复合材料具有重要的意义和实际应用价值。
发明内容
本发明针对现有紫外杀菌模块设备材料存在的耐杀菌紫外性能差、易老化、成本高的技术问题，提出一种高耐UVC、高强度、成本低的复合材料，能够应用于空调及净化器等配备紫外杀菌模块的电器中。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，一种耐UVC材料，由以下重量份的原料组成：PC/ASA 70-110份，PMMA 5-35份，抗氧剂0.1-1份，UV吸收剂0-2份，相容剂0.5-8.5份和着色剂0.1-5份，其中PC与ASA的比例为(1-12):1。
在一优选实施例中，ASA由含胶量为10％-80％的ASA高胶粉和SAN树脂熔融共混而成，其中，ASA与SAN的比例为1:1-1:5；在300℃/1.2kg的条件下PC的熔融指数为10-30g/10min。
在一优选实施例中，UV吸收剂包括锆基MOFs。
在一优选实施例中，UV吸收剂还包括苯并三唑类UV吸收剂和受阻胺光稳定剂中的至少一种。
在一优选实施例中，锆基MOFs采用以下方法制备得到：
向四氯化锆与对苯二甲酸的混合物中，加入N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸及去离子水，搅拌20-60min后形成锆基MOFs母液；
将上述锆基MOFs母液于50-300W微波条件下进行处理1-40min，得到锆基MOFs悬浊液；
将上述锆基MOFs悬浊液进行离心、烘干后得到锆基MOFs固体。
在一优选实施例中，抗氧剂为二苯胺及其衍生物、对苯二胺及其衍生物、2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚或亚磷酸酯的至少一种。
在一优选实施例中，相容剂为ABS接枝马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐、丙烯酸酯类共聚物的至少一种。
另一方面，本发明提出上述耐UVC材料的制备方法，具体包括以下步骤：
按上述重量份准备各原料组分；
将上述各原料组分在高速混合机中进行高速混合得到混合物，其中，高速混合搅拌的转速设置为500～1000r/min，混合时间为5～10min；
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后，得到耐UVC复合材料，其中，挤出温度设置为235～265℃，螺杆转速设置为300～600r/min，干燥温度设置为65～115℃，干燥时间为3～5h。
本发明还提供了一种紫外灯杀菌模块，采用上述耐UVC材料制备得到。该紫外灯杀菌模块能够应用于空调及净化器等配备紫外杀菌模块的电器中。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明原料中使用锆基MOFs复配苯并三唑类UV吸收剂或受阻胺光稳定剂作为UV吸收剂，拓宽耐UVC材料的紫外吸收范围，提升耐UVC材料在UVC光照射下的稳定性；同时以二苯胺及其衍生物、对苯二胺及其衍生物等为抗氧剂，实现了UVC光源下的高耐候性能；通过控制PC/ASA的比例，PMMA的合理复配，实现了耐UVC材料的高强度性能。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的耐UVC材料制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种耐UVC材料，由以下重量份的原料组成：PC/ASA70-110份，PMMA 5-35份，抗氧剂0.1-1份，UV吸收剂0-2份，相容剂0.5-8.5份和着色剂0.1-5份。
其中，原料中PC与ASA的重量配比为(1-12)：1；所用PC在300℃/1.2kg的条件下的熔融指数为10-30g/10min；ASA是由含胶量为10％-80％的ASA高胶粉和SAN树脂熔融共混而成，其中，ASA与SAN的重量配比为1:1-1:5。
原料中PMMA的重均分子量为12-18W。
本发明实施例中UV吸收剂包括锆基MOFs，还包括苯并三唑类UV吸收剂和受阻胺光稳定剂中的至少一种，其中，锆基MOFs、苯并三唑类UV吸收剂、受阻胺光稳定剂的重量配比为1:(0.1-10):(0.1-10)。锆基MOFs为八面体拓扑结构，在200nm～300nm的UVC波段具有比较宽的吸收范围和较好的吸收效果，最大吸光度对应的紫外光吸收波长出现在265nm左右；而苯并三唑类UV吸收剂在300～385nm内均具有较高的吸光指数，即UVA与UVB波段；本发明通过将锆基MOFs与苯并三唑类UV吸收剂以一定比例复配使用，能够拓宽材料的紫外吸收范围。此外，由于受阻胺光稳定剂的官能团属脂环胺类结构，可在有氧环境中吸收光能，转变为氨氮自由基，可以有效捕获活性自由基，抑制光氧化反应，进而起到光稳定作用；将锆基MOFs与受阻胺光稳定剂的混合、复配，提升耐UVC材料在UVC光照射下的稳定性。
上述锆基MOFs采用以下方法制备得到：
向四氯化锆(ZrCl4)与对苯二甲酸(TA)的混合物中，加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、冰醋酸(GAA)及去离子水，搅拌20-60min后形成锆基MOFs母液；
将上述锆基MOFs母液于50-300W微波条件下进行处理1-40min，得到锆基MOFs悬浊液；
将上述锆基MOFs悬浊液进行离心、烘干后得到锆基MOFs固体。
其中，在制备锆基MOFs的原料中，四氯化锆(ZrCl4)与对苯二甲酸(TA)的质量比为1:(0.1-10)，四氯化锆(ZrCl4)与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的质量比为1:(0.2-4)，四氯化锆(ZrCl4)与冰醋酸(GAA)的质量比为1:(0.1-2)，四氯化锆(ZrCl4)与去离子水的质量比为1:(0.1-2)。
本发明通过微波辅助溶剂热合成法并以冰醋酸为调控剂，能在短时间内合成具有高结晶度和较完整八面体拓扑结构形貌的MOFs晶体，对紫外光具有比较宽的吸收范围和较好的吸收效果。
原料中抗氧剂为二苯胺及其衍生物、对苯二胺及其衍生物、2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚或亚磷酸酯的至少一种。
本发明原料中使用锆基MOFs复配苯并三唑类UV吸收剂或受阻胺光稳定剂作为UV吸收剂，拓宽材料的紫外吸收范围，提升材料在UVC光照射下的稳定性；同时以二苯胺及其衍生物、对苯二胺及其衍生物等为抗氧剂，通过链转移及时消灭已经产生的初始自由基，自身则转变成不活泼的自由基，终止连锁反应，实现了UVC光源下的高耐候性能；通过控制PC/ASA的比例，PMMA的合理复配，综合了PC与ASA、SAN的优良性能，使合金具有PC的高韧性、柔性和热稳定性，同时又具备了的ASA耐候性和SAN的流动性，加之添加具有硬度高、耐候性好的PMMA，能够增强材料的拉伸与弯曲强度，提高耐候性，实现了材料的高强度性能。
原料中相容剂为ABS接枝马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-马来酸酐、丙烯酸酯类共聚物的至少一种；使用的着色剂优选为碳黑。
本发明还提供了上述耐UVC材料的制备方法，具体包括以下步骤：
按上述重量份准备各原料组分；
将上述各原料组分在高速混合机中进行高速混合得到混合物，其中，高速混合搅拌的转速为500～1000r/min，混合时间为5～10min；
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后，得到耐UVC复合材料，其中，挤出温度为235～265℃，螺杆转速为300～600r/min，干燥温度为65～115℃，干燥时间为3～5h。
本发明上述耐UVC材料能够应用于空调及净化器产品等配备紫外杀菌模块的电器中，尤其是应用于空调的紫外杀菌模块外壳上，具有耐UVC辐射，抗老化，成本低的特点。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的耐UVC材料，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
本实施例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC70份，ASA30份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本实施例耐UVC材料的制备方法，具体包括以下步骤：
按上述原料重量份准备各原料组分；
将上述各原料组分在高速混合机中进行高速混合得到混合物，其中，高速混合搅拌的转速为800r/min，混合时间为6min；
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后，得到耐UVC复合材料，其中，挤出温度为250℃，螺杆转速为500r/min，干燥温度为80℃，干燥时间为4h。
实施例2
本实施例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC80份，ASA20份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本实施例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC85份，ASA15份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本实施例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
实施例4
本实施例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC80份，ASA20份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.5份，受阻胺光稳定剂0.5份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本实施例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC80份，ASA20份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.5份，苯并三唑0.5份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本实施例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
对比例1
本对比例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC100份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本对比例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，ASA100份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本对比例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC80份，ASA30份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，锆基MOFs0.4份，苯并三唑0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本对比例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
对比例4
本对比例耐UVC材料配方：按重量份由以下原料组成，PC80份，ASA20份，PMMA10份，N,N'-二(β-萘基)对苯二胺1.0份，苯并三唑0.5份，受阻胺光稳定剂0.5份，苯乙烯-马来酸酐二元共聚物2.0份，炭黑1.0份。
本对比例耐UVC材料制备方法的具体步骤与实施例1相同。
将实施例1-5和对比例1-4得到的耐UVC材料，在相同条件下使用LED紫外灯光照射220h，得到表1实施例1-5和对比例1-4色差变化和拉伸强度保持率指标变化表；在相同条件下使用LED紫外灯光照射1000h，得到表2实施例1-5和对比例1-4色差变化和拉伸强度保持率等指标变化表。
表1 实施例1-5和对比例1-4于LED紫外灯光照射220h指标变化表
表2 实施例1-5和对比例1-4于LED紫外灯光照射1000h指标变化表
由上可知，实施例1-5通过控制PC/ASA的比例，复配PMMA的使用，同时采用锆基MOFs复配苯并三唑类UV吸收剂和受阻胺光稳定剂中的至少一种作为UV吸收剂，得到的耐UVC材料于LED紫外灯光照射220h，色差变化小于4.0，拉伸强度保持率最大可达99％；于LED紫外灯光照射1000h，色差变化小于20，拉伸强度保持率最大可达100％，断裂伸长保持率最大可达53％，SEM表面形貌无明显变化。实施例2与实施例4、实施例5对比可知，锆基MOFs复配苯并三唑类UV吸收剂和受阻胺光稳定剂，三种UV吸收剂同时加入能够起到较好的协同作用，仅添加两种UV吸收剂所得到的耐UVC的辐射性能略降。
与实施例1-5相比，对比例1未添加ASA，得到的耐UVC材料虽然于LED紫外灯光照射1000h的拉伸强度保持率大于实施例，但其他性能明显降低，于LED紫外灯光照射1000h的断裂伸长保持率仅为10％，且SEM表面有微孔洞；对比例2未添加PC，得到的耐UVC材料其各项性能明显降低；对比例3未添加PMMA，得到的耐UVC材料其各项性能也明显降低；对比例4未添加锆基MOFs，得到的耐UVC材料其各项性能也明显降低。

Claims (9)

1. 一种耐UVC材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：PC/ASA 70-110份，PMMA5-35份，抗氧剂0.1-1份，相容剂0.5-8.5份，着色剂0.1-5份，UV吸收剂，所述UV吸收剂包括锆基MOFs 0.4份，苯并三唑类UV吸收剂0.3份，受阻胺光稳定剂0.3份，其中PC与ASA的比例为（1-12）：1。
2.根据权利要求1所述的耐UVC材料，其特征在于，所述ASA由含胶量为10%-80%的ASA高胶粉和SAN树脂熔融共混而成，其中，所述ASA与SAN的比例为1:1-1:5；在300℃/1.2kg的条件下PC的熔融指数为10-30g/10min。
3.根据权利要求1所述的耐UVC材料，其特征在于，所述锆基MOFs采用以下方法制备得到：
向四氯化锆与对苯二甲酸的混合物中，加入N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸及去离子水，搅拌20-60min后形成锆基MOFs母液；
将上述锆基MOFs母液于50-300W微波条件下进行处理1-40min，得到锆基MOFs悬浊液；
将上述锆基MOFs悬浊液进行离心、烘干后得到锆基MOFs固体。
4.根据权利要求1所述的耐UVC材料，其特征在于，所述抗氧剂为二苯胺及其衍生物、对苯二胺及其衍生物、2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚或亚磷酸酯的至少一种。
5. 根据权利要求1所述的耐UVC材料，其特征在于，所述相容剂为ABS 接枝马来酸酐、苯乙烯-马来酸酐、丙烯酸酯类共聚物的至少一种。
6.根据权利要求5所述的耐UVC材料，其特征在于，所述丙烯酸酯类共聚物为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耐UVC材料的制备方法，具体包括以下步骤：
按上述重量份准备各原料组分；
将上述各原料组分在高速混合机中进行高速混合得到混合物，其中，高速混合搅拌的转速设置为500～1000r/min，混合时间为5～10min；
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后，得到耐UVC复合材料，其中，挤出温度设置为235～265℃，螺杆转速设置为300～600r/min，干燥温度设置为65～115℃，干燥时间为3～5h。
8.一种紫外杀菌模块，采用权利要求1-6任一项所述的耐UVC材料制备得到。
9.一种空调，包含权利要求8所述的紫外杀菌模块。
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