CN115109379B - 一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，按重量份计，原料组成包括：聚丙烯40~90份；滑石粉5~30份；热塑性弹性体5~20份；有机成核剂0.1~0.5份；聚合物分散剂0.5~2.0份；偶联剂0.5~2.0份；抗菌剂0.01~1份；抗氧剂0.2~0.5份；着色剂0.2~2份；激光打标剂0.2~0.5份。本发明公开的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，所注塑成的制品可应用于新冠病毒抗原检测试剂盒外壳。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯的材料领域，尤其涉及一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
抗原检测试剂盒材料选择上主要考虑以下几点：1、考虑试剂盒需要进行组装因此需要材料收缩率低来保证尺寸稳定性，不翘曲易组装。2、试剂盒在安装和运输中可能会受力，因此需要材料具有一定的抗冲击性。3、由于疫情反复，存在需求不确定，可能在极短时间内要求大批量生产，对材料的要求是注塑成型周期要求时间越短越好，从而提升生产效率。4、检测盒需要满足清晰的激光镭雕，材料需易激光标识。而现阶段用于抗原自测盒的主要材料是改性PS或者改性ABS材料，暂无使用改性PP材料来生产。
聚丙烯是一种综合性能优良的通用热塑性塑料，具有价格低廉、质量轻、耐溶剂、易回收、无毒等特点，是最重要的轻质材料，但聚丙烯也有易翘曲、后收缩率大、成型周期慢、低温韧性差等缺点，因此影响了其应用。对于聚丙烯的成型加工周期而言，聚丙烯结晶速度的快慢是会直接影响的，通常通过加入成核剂来提高结晶速率，从而缩短制品的成型周期；而对于聚丙烯的收缩率来说，主要通过加入玻璃纤维、滑石粉等方法来大幅度降低材料的收缩率，但玻璃纤维改性聚丙烯会导致制件容易翘曲，而滑石粉改性聚丙烯降低材料的收缩率效果不够，也有通过弹性体、晶须来降低材料收缩率和线性膨胀系数，但是进口弹性体和晶须的成本很高。
中国发明专利申请CN 103435909 B 公开了一种可快速成型的汽车保险杠用聚丙烯材料，其质量组成为聚丙烯 50 ～ 70％，聚乙烯 5～ 15％，乙烯- 辛烯共聚物 10 ～25％，滑石粉 10 ～ 25％，助剂 1 ～ 4％。上述方法缩短了汽车保险杠用材料的成型时间，但是并与考虑到材料的低收缩率以及抗菌和激光打标性能。中国发明专利申请CN105462074 B公开了一种高光耐刮擦快速成型聚烯烃材料，包括以下组分及其重量份：聚烯烃A20-90份、填料0-50份、抗氧剂0 .1-1份、成核剂0-1份、润滑剂0 .1-1份、母粒10-80份。所述母粒由以下重量份的组分挤出造粒而成：聚烯烃B10-90份、成核剂1-10份、导热剂10-90份、填料10-90份。该发明主要是在聚烯烃材料中加入有成核剂和导热剂的母粒，提高聚烯烃产品的结晶温度，从而达到快速成型效果，但是该材料刚性好，韧性差，且未有涉及收缩率以及抗菌和激光打标性能。
发明内容
本发明针对应用于新冠病毒抗原检测试剂盒外壳提供了一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现：
一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，按原料总重量100份计，原料组成包括：
聚丙烯 40~90份；
滑石粉 5~30份；
热塑性弹性体 5~20份；
有机成核剂 0.1~0.5份；
聚合物分散剂 0.5~2.0份；
偶联剂 0.5~2.0份；
抗菌剂 0.01~1份；
抗氧剂 0.2~0.5份
着色剂 0.2~2份
激光打标剂 0.2~0.5份
作为优选，所述聚丙烯为丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯，其熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为10g/10min~100g/10min，优选乙烯含量在20%以内的共聚聚丙烯。
作为优选，所述的滑石粉的粒径为3微米~20微米，其中SiO2重量百分含量为60%~99%。
作为优选，所述的热塑性弹性体是一种新型的由丙烯乙烯共聚形成的半结晶共聚物，其熔体流动速率在23℃×2.16kg条件下为8g/10min~30g/10min，乙烯含量在10%以内。该热塑性弹性体是埃克森美孚化学公司使用特殊的离散茂金属催化技术Exxpol及溶液聚合法制得的，与乙烯辛烯共聚物(POE)及乙丙橡胶(EPR)不同，该聚合物是一种乙烯含量低的热塑性弹性体，为全同立构聚丙烯微晶区及松散的无定型区构成，因其特殊结构带来了易加工性及其与聚丙烯的优良相容性，此外由于其具有优良的弹性，有助于矿物的分散，从而提升材料的强度。
作为优选，所述的有机成核剂为成核剂HPN-20E、成核剂HPN-68Li和成核剂TMB-5的一种或多种。
作为优选，所述聚合物分散剂为低分子量不饱和多元羧酸聚合物和聚硅氧烷共聚物溶液。
作为优选，所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
作为优选，所述抗菌剂为有机硅季铵盐抗菌剂。
作为优选，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或硫酯类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐类抗氧剂和/或酯类抗氧剂。
作为优选，所述着色剂为氯化法工艺生产并经过特殊无机和有机处理的金红石型二氧化钛颜料。
作为优选，所述的激光打标剂为默克Iriotec8825。
所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法和应用的制备方法，采用双螺杆挤出机制备，包括以下步骤：
第一步将滑石粉与偶联剂在搅拌锅内预处理30min，再加入有机成核剂搅拌5-10min，得到混合物A；第二步将聚丙烯与聚合物分散剂在高搅锅内搅拌5-10min，得到混合物B；第三步将混合物A与混合物B、热塑性弹性体、抗菌剂、以及着色剂，混合均匀，得到混合物C，从双螺杆挤出机第一工作段的下料口加入，经熔融挤出，冷却、干燥、切粒，得到复合材料。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明中创造性的用低分子量不饱和多元羧酸聚合物和聚硅氧烷共聚物溶液作为聚合物分散剂用在聚丙烯复合材料中。通过添加该分散剂改善了滑石粉和钛白粉在聚丙烯基体中的分散状态，且与成核剂的相互作用，使得成核剂高度分散在滑石粉和钛白粉表面，获得矿物负载成核剂，能有效的增加成核点，从而提高结晶速度，同时该分散剂又使得复合材料具有良好的內脱模性能，能够有效提升生产速率和减少模具空置时间，大大缩短了材料的成型时间，并且使得复合材料的力学性能、收缩率、抗菌性、激光打标性等得到了改善。
（2）本发明应用于新冠抗原检测试剂盒外壳，符合当前市场应急需求，具有广阔的商业化应用前景和社会意义。
具体实施方式
实施例1~4以及对比例1~2
第一步将滑石粉与偶联剂在搅拌锅内预处理30min，再加入有机成核剂搅拌5-10min，得到混合物A；第二步将聚丙烯与聚合物分散剂在高搅锅内搅拌5-10min，得到混合物B；第三步将混合物A与混合物B、热塑性弹性体、抗菌剂、以及着色剂，混合均匀，得到混合物C，从双螺杆挤出机主喂料下料口加入。双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃-200℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃，模头的温度为220℃。经过双螺杆高速剪切、混炼，由机头挤出、拉条、风冷、切粒、干燥和包装，制得聚丙烯复合材料成品。
表1 各组分含量
实施例1~4以及对比例1~2中所用的原料来源以及主要性能指标如表2：
性能测试
将上述实施例1~4以及对比例1~2制得的聚丙烯改性材料粒料由注射成型机制备成测试样条。熔体流动速率，按ISO 527-2进行，采用Ⅰ型试样进行；密度，按 ISO 1183进行；缺口冲击强度，按ISO179，采用Ⅰ型试样进行；弯曲模量，按ISO 178，采用标准试样，即80mm×10mm×4mm进行；结晶温度，采用DSC法测试；抗菌性，采用50mm*50mm*2mm样板，通过GB21551.2标准测试；收缩率通过样板尺寸变化进行评判，试样尺寸230*40*2.8mm；注塑成型时间，按照注塑尺寸为210*130*2.8mm的样件计算，其中所使用的注塑成型设备采用力劲注塑机PT160。表3为相关测试结果：
表3
对比例1未加聚合物分散剂，对比例2为当前用于抗原检测试剂盒外壳的HIPS，均可以作为对比例，实施例1~3均加入了聚合物分散剂和 POE6202，实施例4是POE8150替换POE6202。可见，本发明中，低分子量不饱和多元羧酸聚合物和聚硅氧烷共聚物溶液作为聚合物分散剂可以将POE6202，滑石粉更好的分散在树脂中，从而有效的提升材料性能，此外，该聚合物分散剂和成核剂也有一定的协同作用，进一步提高了复合材料的结晶温度，使复合材料在更高的温度下结晶，有利于缩短生产工艺周期，提高效率。
Claims (7)
1.一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，按原料总重量100份计，原料组成包括：
所述聚丙烯为丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯，其熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为10g/10min～100g/10min；
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅抗氧剂为亚磷酸盐类抗氧剂和/或硫酯类抗氧剂；
所述着色剂为钛白粉；
所述的热塑性弹性体是一种由丙烯乙烯共聚形成的半结晶共聚物，其熔体流动速率在23℃×2.16kg条件下为8g/10min～30g/10min；
所述聚合物分散剂为低分子量不饱和多元羧酸聚合物和聚硅氧烷共聚物溶液；
所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，采用双螺杆挤出机制备，包括以下步骤：
第一步将滑石粉与偶联剂在搅拌锅内预处理30min，再加入有机成核剂搅拌5-10min，得到混合物A；
第二步将聚丙烯与聚合物分散剂在高搅锅内搅拌5-10min，得到混合物B；
第三步将混合物A与混合物B、热塑性弹性体、抗菌剂、以及着色剂，混合均匀，得到混合物C，从双螺杆挤出机第一工作段的下料口加入，经熔融挤出，冷却、干燥、切粒，得到复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的滑石粉的粒径为1微米～50微米，其中SiO2重量百分含量为60％～99％。
3.根据权利要求1所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的有机成核剂为成核剂HPN-20E、成核剂HPN-68L、成核剂TMB-5中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗菌剂为无机银系、锌系、有机硅季铵盐中一种或几种抗菌剂。
6.根据权利要求1所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的激光打标剂为默克Iriotec8825。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种成型周期短的抗菌聚丙烯复合材料应用于新冠病毒抗原检测试剂盒外壳。
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