CN114854195B - 一种童车专用抗菌增强pa塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及尼龙塑料技术领域，具体公开了一种童车专用抗菌增强PA塑料及其制备方法。一种童车专用抗菌增强PA塑料，其包括如下原料：PA66、改性玻璃纤维、脂肪酸二乙醇酰胺、纳米银抗菌剂、溴化聚苯乙烯、亚磷酸酯、碱式硫酸镁晶须。本申请得到的PA塑料洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度均有较好表现；本申请得到的PA塑料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等细菌的抑菌率达到99.4%，抗菌性能优良。

Description

一种童车专用抗菌增强PA塑料及其制备方法
技术领域
本申请涉及尼龙塑料领域，更具体地说，它涉及一种童车专用抗菌增强PA塑料及其制备方法。
背景技术
童车包括儿童推车、婴儿学步车、儿童自行车和儿童三轮车等，是儿童较为喜欢的玩具和代步工具，具有极高的普及程度，可锻炼孩子的反应灵敏度和平衡能力。因PA塑料具有良好的耐热性、耐磨损性、耐化学药品性、润滑性和阻燃性等特性，使PA塑料被广泛用于童车生产中，如童车的车架、鞍座、卡扣、插件、把手等零部件都可以采用PA塑料。但童车表面会附着各种细菌，儿童天性爱动，触碰物品较多，在童车上玩耍时，身体尤其是手部都会沾染较多细菌，存在一定的安全隐患。因此，童车用塑料需要具有抗菌性能。
另外，儿童力气普遍较小，为便于儿童使用，生产的童车质量普遍较轻，在骑行时易发生碰撞，因此对童车强度的要求较高。然而，PA塑料中常用的主要原料为PA66和PA6，PA66的硬度高于PA6，但较易断裂，导致儿童使用过程中的安全系数较低。
发明内容
为了提高童车专用PA抗菌塑料的强度，本申请提供了一种童车专用抗菌增强PA塑料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种童车专用抗菌增强PA塑料，其采用如下技术方案：
一种童车专用抗菌增强PA塑料，其包括如下重量份的原料：PA66 30-70份、改性玻璃纤维20-24份、脂肪酸二乙醇酰胺5-8份、纳米银抗菌剂5-10份、溴化聚苯乙烯4-6份、亚磷酸酯0.3-0.5份和碱式硫酸镁晶须1-3份；所述改性玻璃纤维通过有机蒙脱土对玻璃纤维进行表面改性而得。
本申请童车专用抗菌增强PA塑料选用PA66 30-70份、改性玻璃纤维20-25份、脂肪酸二乙醇酰胺5-8份、纳米银抗菌剂5-10份、溴化聚苯乙烯4-6份、亚磷酸酯0.3-0.5份、碱式硫酸镁晶须1-3份，PA塑料的性能都是可预期的，且当PA66 50份、改性玻璃纤维23份、脂肪酸二乙醇酰胺6.5份、纳米银抗菌剂8份、溴化聚苯乙烯5份、亚磷酸酯0.4份、碱式硫酸镁晶须2份，效果最佳。
通过采用上述技术方案，PA66作为主要成分加入，更适宜于用作童车材料，其具有较高的机械强度、拉伸强度、表面硬度和耐磨性。
在PA塑料中加入玻璃纤维，可提高PA塑料的耐热温度和耐腐蚀性，且其质轻高强，可起到增强作用。有机蒙脱土是由具有四面体结构的氧化硅和具有八面体结构的氢氧化铝构成的层状黏土，通过有机蒙脱土对玻璃纤维进行改性，可提高玻璃纤维与PA塑料各原料的交联密度，从而进一步提高PA塑料的强度。
脂肪酸二乙醇酰胺作为润滑剂和防玻璃纤维外漏剂加入，可减少聚合物的内摩擦，增加塑料的熔融速率和熔体变形性，降低熔体黏度及改善塑化性能，从而提高PA塑料的强度。纳米银抗菌剂的加入，可在PA塑料中高效抑杀细菌，起到抗菌作用，且其安全性高，对儿童无害。
溴化聚苯乙烯作为抗氧化剂加入，可延缓或抑制PA塑料氧化降解，提高PA塑料的抗氧化能力，延长PA塑料的使用寿命。亚磷酸酯作为阻燃剂加入，可增加PA塑料的耐燃性，提高其氧指数，起到阻燃并抑制火焰传播。
碱式硫酸镁晶须的加入，可提高PA塑料的强度，同时保持光洁平滑的表面和较高的尺寸精度；其不止具有增强作用，还有一定的阻燃功能，并且无毒环保。
作为优选：一种童车专用抗菌增强PA塑料，其包括如下重量份的原料：PA66 40-60份、改性玻璃纤维21-23份、脂肪酸二乙醇酰胺1.2-2.5份、纳米银抗菌剂7-9份、溴化聚苯乙烯4.5-5.5份、亚磷酸酯0.35-0.45份和碱式硫酸镁晶须1.5-2.5。
作为优选：所述脂肪酸二乙醇酰胺与改性玻璃纤维的重量份配比为1：(3-4)。
通过采用上述技术方案，调节脂肪酸二乙醇酰胺与改性玻璃纤维的重量份配比，可更有效的防止改性玻璃纤维裸露于PA塑料表面，从而提高改性玻璃纤维的增强作用。
作为优选：所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：苯乙烯-马来酸酐共聚物0.01-0.03份、聚山梨酯-80 0.03-0.05份。
通过采用上述技术方案，苯乙烯-马来酸酐共聚物作为相容剂加入，可提高PA塑料的相容性；另一方面，苯乙烯-马来酸酐共聚物可提高PA塑料的韧性。聚山梨酯-80可提高苯乙烯-马来酸酐共聚物在PA塑料体系中的分散均匀性，从而进一步提高苯乙烯-马来酸酐共聚物的相容作用。
作为优选：所述苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80的重量份配比为1：(2-4)。
通过采用上述技术方案，调节苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80的重量份配比，可进一步提高苯乙烯-马来酸酐共聚物在PA塑料体系中的分散均匀性，从而提高PA塑料的韧性。
作为优选：所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：超细氧化铝微球5-10份和氧化石墨烯10-15份。
通过采用上述技术方案，超细氧化铝微球具有较高的分散性和抗菌性，同时还具有较高的强度。氧化石墨烯与菌体细胞壁直接接触会破坏细胞壁表面，氧化内部代谢物质，从而提高氧化石墨烯的抗菌性，且氧化石墨烯具有较大的比表面积，可使氧化石墨烯颗粒表面键态失调出现较多的活性中心，利于与菌体细胞壁接触，从而达到提高PA塑料抗菌的目的，另外，氧化石墨烯同样可提高PA塑料的强度。氧化石墨烯和超细氧化铝微球的加入，可提高PA塑料的抗菌性和力学性能。
作为优选：所述超细氧化铝微球和氧化石墨烯的重量份配比为1：(1.5-2.5)。
通过采用上述技术方案，调节超细氧化铝微球和氧化石墨烯的重量份配比，可进一步提高PA塑料的抗菌性和强度。
作为优选：所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：聚丙烯酰胺1-3份。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺作为减阻剂加入，可提高PA塑料各原料的分散性均匀性，从而提高PA塑料的综合性能。
第二方面，本申请提供一种上述任一项童车专用抗菌增强PA塑料的制备方法，具体通过以下技术方案得以实现：
一种童车专用抗菌增强PA塑料的制备方法，其包括以下操作步骤：
将童车专用抗菌增强PA塑料各原料混合，干燥处理，高速混合，干燥，挤出造粒，得到童车专用抗菌增强PA塑料。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
(1)本申请通过控制童车专用抗菌增强PA塑料的原料种类和掺量，使PA塑料洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为117、6728MPa、350MPa和232MPa，提高了PA塑料的强度。且本申请得到的PA塑料的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率最高分别为99.4％和99.4％，具有良好的抗菌性能。
(2)本申请通过在PA塑料原料中加入苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80，并调节两者配比，使PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为117、6933MPa、353MPa和236MPa，进一步提高了PA塑料的强度。
(3)本申请通过在PA原料中添加聚丙烯酸铵的基础上，添加超细氧化铝微球和氧化石墨烯，使PA塑料的弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为7135MPa、357MPa和241MPa，提高了PA塑料的强度。
(4)本申请通过PA原料中在添加聚丙烯酸铵、超细氧化铝微球和氧化石墨烯的基础上添加苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80，使PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为120、7453MPa、369MPa和247MPa，可进一步提高PA塑料的强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：PA66，牌号103HSL；玻璃纤维，纤维直径9-13μm，短且长度3-6mm；脂肪酸二乙醇酰胺，有效物质含量95％；纳米银抗菌剂，型号为JL-80026；溴化聚苯乙烯，型号为1314；碱式硫酸镁晶须，粒径为400目；有机蒙脱土，粒径为325目；氯化钙，粒径为350目；羧甲基纤维素钠，粒径为60目；苯乙烯-马来酸酐共聚物，型号为1000P；超细氧化铝微球，粒径为100nm；氧化石墨烯，片径厚度1-15nm，货号HGP-50/20/10；聚丙烯酰胺，粒径为80目。
加入玻璃纤维可增加PA塑料的强度，但增加程度有限，本申请采用氢氟酸对有机蒙脱土进行改性处理，形成氟化的有机蒙脱土，氟化的有机蒙脱土的有机官能团随着N-甲基甲酰胺的插入发生并与丙烯酸铵置换生成氟化有机蒙脱土-丙烯酸铵插入化合物，更有利于接枝在PA66表面，可进一步提高PA塑料的强度。
以下是改性玻璃纤维的制备例：
制备例1
制备例1的改性玻璃纤维，通过如下操作步骤而得：
(1)玻璃纤维预处理：将25kg的玻璃纤维在400℃煅烧1h，浸泡于烯丙基三乙氧基硅烷中1h，烘干，备用；
(2)有机蒙脱土的改性：将30kg有机蒙脱土和90L去离子水混合超声分散30min，调节pH值为2，加热至60℃，加入60kg氯化钙，反应30min，离心，淋洗，收集滤渣，将滤渣加至去离子水中，去离子水与滤渣的质量配比为70:1，加入滤渣用量两倍的羧甲基纤维素钠，反应3h，离心，淋洗，干燥，粉碎，得到改性后的有机蒙脱土；
(3)沉积改性：将改性后的有机蒙脱土置于质量分数为70％的乙醇水溶液中，分散均匀，加入玻璃纤维，超声沉积2h，烘干，淋洗，干燥，得到改性玻璃纤维，所述有机蒙脱土与乙醇水溶液的质量比为1:3。
实施例1
实施例1的童车专用抗菌增强PA塑料，通过如下操作步骤制备得到：
按照表1的掺量，将PA66、制备例1制备的改性玻璃纤维、脂肪酸二乙醇酰胺、纳米银抗菌剂、溴化聚苯乙烯、亚磷酸酯和碱式硫酸镁晶须混合均匀，在100-120℃条件下保持30-50min熔融，挤出造粒，得到童车专用抗菌增强PA塑料。
实施例2-4
实施例2-4的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例1的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体掺量详见表1所示。
表1实施例1-4的童车专用抗菌增强PA塑料的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
PA66 50 50 50 50
改性玻璃纤维 24 22.75 20 20
脂肪酸二乙醇酰胺 8 6.5 5 8
纳米银抗菌剂 8 8 8 8
溴化聚苯乙烯 5 5 5 5
亚磷酸酯 0.4 0.4 0.4 0.4
碱式硫酸镁晶须 1 1 1 1
实施例5-6
实施例5-6的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例2的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表2所示。
表2实施例5-6的童车专用抗菌增强PA塑料的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例5 实施例6
PA66 50 50
改性玻璃纤维 22.75 22.75
脂肪酸二乙醇酰胺 6.5 6.5
纳米银抗菌剂 8 8
溴化聚苯乙烯 5 5
亚磷酸酯 0.4 0.4
碱式硫酸镁晶须 2 3
实施例7-10
实施例7-10的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例5的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表3所示。
表3实施例7-10的童车专用抗菌增强PA塑料的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10
PA66 50 50 50 50
改性玻璃纤维 22.75 22.75 22.75 22.75
脂肪酸二乙醇酰胺 6.5 6.5 6.5 6.5
纳米银抗菌剂 8 8 8 8
溴化聚苯乙烯 5 5 5 5
亚磷酸酯 0.4 0.4 0.4 0.4
碱式硫酸镁晶须 2 2 2 2
苯乙烯-马来酸酐共聚物 0.02 0.01 0.01 0.03
聚山梨酯-80 0.04 0.03 0.04 0.05
实施例11-14
实施例11-14的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例5的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表4所示。
表4实施例11-14的童车专用抗菌增强PA塑料的各原料掺量(单位：kg)
原料 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
PA66 50 50 50 50
改性玻璃纤维 22.75 22.75 22.75 22.75
脂肪酸二乙醇酰胺 6.5 6.5 6.5 6.5
纳米银抗菌剂 8 8 8 8
溴化聚苯乙烯 5 5 5 5
亚磷酸酯 0.4 0.4 0.4 0.4
碱式硫酸镁晶须 2 2 2 2
超细氧化铝微球 10 5 5 10
氧化石墨烯 15 10 12.5 10
实施例15-17
实施例15-17的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例5的制备方法及原料种类完全相同，区别在于各原料掺量不同，具体详见表5所示。
表5实施例15-17的童车专用抗菌增强PA塑料的各原料掺量(单位：kg)
实施例18
实施例18的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例16的制备方法及原料种类完全相同，区别在于PA塑料原料中还添加0.01kg的苯乙烯-马来酸酐共聚物和0.03kg的聚山梨酯-80，其余原料种类及掺量与实施例16相同。
实施例19
实施例19的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例16的制备方法及原料种类完全相同，区别在于PA塑料原料中还添加5kg超细氧化铝微球和10kg的氧化石墨烯，其余原料种类及掺量与实施例16相同。
实施例20
实施例20的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例16的制备方法及原料种类完全相同，区别在于PA塑料原料中还添加5kg超细氧化铝微球、10kg的氧化石墨烯、0.01kg的苯乙烯-马来酸酐共聚物和0.03kg的聚山梨酯-80，其余原料种类及掺量与实施例16相同。
对比例1
对比例1的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：童车专用抗菌增强PA塑料原料中未添加碱式硫酸镁晶须，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例2
对比例2的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将童车专用抗菌增强PA塑料原料中脂肪酸二乙醇酰胺等量替换为石蜡，其余原料及掺量与实施例1相同。
对比例3
对比例3的童车专用抗菌增强PA塑料与实施例1的制备方法完全相同，区别在于：将童车专用抗菌增强PA塑料原料中改性玻璃纤维等量替换为未经过改性处理的玻璃纤维，其余原料及掺量与实施例1相同。
性能检测
采用如下检测标准或方法分别对不同的实施例1-20和对比例1-3得到的童车专用抗菌增强PA塑料进行性能检测，检测结果详见表6所示。
冲击强度：采用GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》对PA塑料进行冲击强度的检测。
洛氏硬度：将PA塑料放置在80℃的真空烘箱中烘干8h，然后在270℃注塑制样，样品尺寸为60mm×60mm×8mm。采用XHR-150型塑料洛氏硬度计测试PA塑料的硬度。
拉伸强度：采用GB/T1040-92《塑料拉伸性能试验方法》对PA塑料进行拉伸强度的检测。
弯曲强度：采用GB/T9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》对PA塑料进行弯曲强度的检测。
弯曲模量：采用GB/T9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》对PA塑料进行弯曲模量的检测。
抑菌率：采用GB/T31402-2015《塑料表面抗菌性能试验方法》对PA塑料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行抑菌率进行检测。
表6不同童车专用抗菌增强PA塑料的性能检测结果
由表6的检测结果表明，本申请得到的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度最高分别为120、7453MPa、369MPa和247MPa，冲击强度在17-20KJ/m2，提高了PA塑料的强度；且本申请得到的PA塑料的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率最高分别为99.4％和99.4％。
实施例1-4中，实施例2的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为116、6525MPa、345MPa和228MPa，均高于实施例1和实施例3-4；表明实施例2的PA塑料原料中脂肪酸二乙醇酰胺与改性玻璃纤维的重量份配比为1:3.5较为合适，提高了PA塑料的强度。可能与调节脂肪酸二乙醇酰胺与改性玻璃纤维的重量份配比，可更有效的防止改性玻璃纤维裸露于PA塑料表面，从而提高改性玻璃纤维的增强作用有关。
结合实施例2和实施例5-6的PA塑料各项指标数据发现，实施例5的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为117、6728MPa、350MPa和232MPa，均高于实施例2和实施例6，表明实施例5的PA塑料原料中加入碱式硫酸镁晶须的掺量较为合适，提高了PA塑料的强度。
实施例7-10中，实施例8的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为117、6933MPa、353MPa和236MPa，均高于实施例7和实施例9-10，表明实施例8的PA塑料原料中苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80的重量份配比为1:3，提高了PA塑料的强度。可能与调节苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80的重量份配比，可进一步提高苯乙烯-马来酸酐共聚物在PA塑料体系中的分散均匀性，从而提高PA塑料的强度有关。
实施例11-14中，实施例12的PA塑料的弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为7135MPa、357MPa和241MPa，均高于实施例11和实施例13-14，表明实施例12的PA塑料原料中超细氧化铝微球和氧化石墨烯的重量份配比为1:2，提高了PA塑料的强度。可能与调节超细氧化铝微球和氧化石墨烯的重量份配比，可进一步提高PA塑料的抗菌性和强度有关。
实施例15-17中，实施例16的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为119、7339MPa、362MPa和242MPa，均高于实施例15和实施例17，表明实施例16的PA塑料原料中聚丙烯酰胺的掺量较为合适，提高了PA塑料的强度。可能与聚丙烯酰胺作为减阻剂加入，可提高PA塑料各原料的分散性均匀性有关。
实施例18-20中，实施例20的PA塑料的洛氏硬度、弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度分别为120、7453MPa、369MPa和247MPa，均高于实施例18-19，表明实施例20的PA塑料原料中同时加入聚丙烯酰胺、超细氧化铝微球、氧化石墨烯、苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80，可进一步提高PA塑料的强度。
另外，结合对比例1-3和实施例1的PA塑料的各项指标数据发现，本申请在PA塑料原料中加入碱式硫酸镁晶须、脂肪酸二乙醇酰胺和改性玻璃纤维，可不同程度的提高PA塑料的强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：PA66 30-70份、改性玻璃纤维20-24份、脂肪酸二乙醇酰胺5-8份、纳米银抗菌剂5-10份、溴化聚苯乙烯4-6份、亚磷酸酯0.3-0.5份和碱式硫酸镁晶须1-3份；所述改性玻璃纤维通过有机蒙脱土对玻璃纤维进行表面改性而得。
2.根据权利要求1所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于，其包括如下重量份的原料：PA66 40-60份、改性玻璃纤维21-23份、脂肪酸二乙醇酰胺1.2-2.5份、纳米银抗菌剂7-9份、溴化聚苯乙烯4.5-5.5份、亚磷酸酯0.35-0.45份和碱式硫酸镁晶须1.5-2.5。
3.根据权利要求1所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于：所述脂肪酸二乙醇酰胺与改性玻璃纤维的重量份配比为1：（3-4）。
4.根据权利要求1所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于，所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：苯乙烯-马来酸酐共聚物0.01-0.03份、聚山梨酯-800.03-0.05份。
5.根据权利要求4所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于：所述苯乙烯-马来酸酐共聚物与聚山梨酯-80的重量份配比为1：（2-4）。
6.根据权利要求1所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于：所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：超细氧化铝微球5-10份和氧化石墨烯10-15份。
7.根据权利要求6所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于：所述超细氧化铝微球和氧化石墨烯的重量份配比为1：（1.5-2.5）。
8.根据权利要求1所述的童车专用抗菌增强PA塑料，其特征在于，所述童车专用抗菌增强PA塑料还包括如下重量份原料：聚丙烯酰胺1-3份。
9.一种权利要求1-8任一所述的童车专用抗菌增强PA塑料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
将童车专用抗菌增强PA塑料各原料混合均匀，挤出造粒，得到童车专用抗菌增强PA塑料。
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