CN115819885A - 一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，公开了一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。该聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯、玻璃纤维、复合抗菌剂、相容剂；复合抗菌剂包括氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭；相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇。本发明特定的相容剂可使得复合抗菌剂和玻璃纤维同时很好地分散在聚丙烯复合材料中，从而使得聚丙烯复合材料在具有良好的抗菌性时，抗拉强度能超过50MPa，能够同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有无色、无臭、无毒、半透明的特点，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等。这也使得聚丙烯在汽车工业上得到广泛的开发应用。然而普通聚丙烯制品易沾染细菌，其中致病菌对使用和接触它们的人类健康构成一定的威胁。在相对封闭的车内空间中，危害人类健康的往往是车内空调中滋生的微生物。所以人们开始关注抗菌抗霉材料在车内空调配件中的开发及应用。
在汽车零部件行业，聚丙烯(PP)凭借着优良的性能及低廉的价格，成为汽车中用量最大的热塑性塑料。聚丙烯材料在车内广泛应用，而随着人们对自身安全健康的要求，聚丙烯相关抗菌材料也在车内空间中得到广泛应用和发展。车内空调位于外界环境同车内气体交换的重要位置，因此，空调配件的抗菌性能得到了广泛重视。
现有技术中，在聚丙烯改性中加入的抗菌剂，大致分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂三大类。天然抗菌剂受到原料和加工条件的制约，尚不能实现大规模市场化；有机抗菌剂有砒啶类、噻吩类、季胺盐类、有机金属类等，具有杀菌速度快、杀菌效率高、抗菌范围广、价格低等优点，但也存在安全性差、易水解、耐热性差、使用寿命短等缺点；无机类抗菌剂以银系抗菌剂为主，其特点是安全性、耐热性、持久性较好，是目前使用较多的抗菌剂，但存在抗菌性能差、杀菌速度较慢、易变色、价格高等缺点。而且，现有技术中的聚丙烯材料即使抗菌性能满足要求，但其力学性能，例如抗拉强度较差，一般难以超过50MPa，甚至难以超过40MPa。现有技术中有尝试加入一些增强材料到聚丙烯材料中，但往往抗菌组分和增强组分分散相容性较差，导致聚丙烯材料无法同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
因此，亟需提供一种新的聚丙烯材料，能同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，本发明所述聚丙烯复合材料在具有良好的抗菌性时，抗拉强度能超过50MPa，能够同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
本发明的发明构思为：本发明在聚丙烯复合材料中加入复合抗菌剂，复合抗菌剂同时包括氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭，活性炭对氧化锌、银、有机金属杀菌剂具有吸附作用，从而使得聚丙烯复合材料具有长久的缓释抗菌效果，玻璃纤维对聚丙烯复合材料具有增强作用，本发明特定的相容剂可使得复合抗菌剂和玻璃纤维同时很好地分散在聚丙烯复合材料中，从而使得所述聚丙烯复合材料在具有良好的抗菌性时，抗拉强度能超过50MPa，能够同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
本发明的第一方面提供一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料。
具体的，一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯、玻璃纤维、复合抗菌剂、相容剂；
所述复合抗菌剂包括氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭；
所述相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇。
优选的，所述有机金属杀菌剂包括五氯酚钠。
优选的，所述氧化锌、银、有机金属杀菌剂都为纳米颗粒，尺寸为1-200nm，优选10-100nm。
优选的，所述复合抗菌剂中，氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭的重量比为1：(0.1-0.3)：(0.5-1.5)：(0.5-2.5)；进一步优选的，所述复合抗菌剂中，氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭的重量比为1：(0.2-0.3)：(0.7-1.3)：(0.9-2.0)。采用该比例关系，可在银尽量少的情况下，抗菌效果最佳化。
优选的，所述活性炭的孔径大小为1nm-1μm，优选20-400nm。
优选的，所述玻璃纤维的长度为0.2-6mm，优选1-5mm。
优选的，所述相容剂中，硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：(1-3)：(0.5-5)；进一步优选的，所述相容剂中，硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：(1.2-2.5)：(1-4)。
优选的，所述聚丙烯复合材料还包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。
优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂1076(C35H62O3)中的至少一种。
优选的，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸丁酯中的至少一种。
优选的，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯50-90份、玻璃纤维5-20份、复合抗菌剂0.5-6份、相容剂1-10份；进一步优选的，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯60-80份、玻璃纤维10-30份、复合抗菌剂1-4份、相容剂1-4份。
优选的，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯50-90份、玻璃纤维5-20份、复合抗菌剂0.5-6份、相容剂1-10份、抗氧剂1-10份、润滑剂1-10份；进一步优选的，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯60-80份、玻璃纤维10-30份、复合抗菌剂1-4份、相容剂1-4份、抗氧剂4-10份、润滑剂4-10份。
本发明的第二方面提供一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备方法。
具体的，一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，得到混合物，然后将混合物和玻璃纤维进行挤出，制得所述聚丙烯复合材料。
优选的，所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，得到混合物，然后将混合物和玻璃纤维加入到双螺杆挤出机中进行挤出，经过拉条、冷却，切粒，制得所述聚丙烯复合材料。
优选的，所述搅拌混合的搅拌速度为200-400转/分钟，搅拌的时间为1-10分钟；进一步优选的，所述搅拌混合的搅拌速度为300-400转/分钟，搅拌的时间为1-5分钟。
优选的，所述双螺杆挤出机的机头温度为220-240℃，机身一区温度为190-210℃，机身二区温度为200-220℃，机身三-九区温度为220-230℃。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200-330转/分钟；优选250-330转/分钟。
本发明的第三方面提供一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的应用。
上述抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料在汽车领域中的应用。
一种汽车装饰件或空调零部件，所述汽车装饰件或空调零部件包括上述抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料。
上述抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料应用在汽车空调结构件及风扇扇叶等对力学、抗菌性能要求高的关键零部件。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明在聚丙烯复合材料中加入复合抗菌剂，复合抗菌剂同时包括氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭，活性炭对氧化锌、银、有机金属杀菌剂具有吸附作用，从而使得聚丙烯复合材料具有长久的缓释抗菌效果，玻璃纤维对聚丙烯复合材料具有增强作用，本发明特定的相容剂(所述相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇)可使得复合抗菌剂和玻璃纤维同时很好地分散在聚丙烯复合材料中，从而使得所述聚丙烯复合材料在具有良好的抗菌性时，抗拉强度能超过50MPa，能够同时满足良好抗菌性和抗拉强度的要求。
(2)本发明所述聚丙烯复合材料的制备方法，采用的双螺杆挤出机挤出条件，能制得性能均一的聚丙烯复合材料。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1：抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料，聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯60份、玻璃纤维15份(玻璃纤维的长度为0.2-1mm)、复合抗菌剂4份、相容剂3份、抗氧剂4份、润滑剂4份；
复合抗菌剂包括氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭；氧化锌、银、有机金属杀菌剂都为纳米颗粒，尺寸为10-20nm；氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭的重量比为1：0.1：0.6：1.5；活性炭的孔径大小为15nm-40nm；
相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇；硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：1.3：2。
抗氧剂为抗氧剂1010；
润滑剂为硬脂酸丁酯。
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，搅拌混合的搅拌速度为300转/分钟，搅拌的时间为5分钟，得到混合物，然后将混合物和玻璃纤维加入到双螺杆挤出机中进行挤出(双螺杆挤出机的机头温度为225℃，机身一区温度为195℃，机身二区温度为210℃，机身三-九区温度依次为220℃、224℃、226℃、228℃、230℃、228℃、230℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为330转/分钟)，经过拉条、冷却，切粒，制得聚丙烯复合材料。
实施例2：抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料，聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯70份、玻璃纤维18份(玻璃纤维的长度为0.2-0.6mm)、复合抗菌剂3份、相容剂3份、抗氧剂8份、润滑剂8份；
复合抗菌剂包括氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭；氧化锌、银、有机金属杀菌剂都为纳米颗粒，尺寸为20-40nm；氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭的重量比为1：0.2：0.8：1.8；活性炭的孔径大小为40nm-60nm；
相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇；硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：1.7：3。
抗氧剂为抗氧剂1010；
润滑剂为硬脂酸丁酯。
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，搅拌混合的搅拌速度为300转/分钟，搅拌的时间为5分钟，得到混合物，然后将混合物和玻璃纤维加入到双螺杆挤出机中进行挤出(双螺杆挤出机的机头温度为225℃，机身一区温度为195℃，机身二区温度为210℃，机身三-九区温度均为228℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为330转/分钟)，经过拉条、冷却，切粒，制得聚丙烯复合材料。
实施例3：抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料，聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯80份、玻璃纤维25份(玻璃纤维的长度为0.2-0.6mm)、复合抗菌剂4份、相容剂4份、抗氧剂8份、润滑剂8份；
复合抗菌剂包括氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭；氧化锌、银、有机金属杀菌剂都为纳米颗粒，尺寸为10-30nm；氧化锌、银、五氯酚钠、活性炭的重量比为1：0.1：1：2.2；活性炭的孔径大小为40nm-80nm；
相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇；硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：2.0：3.5。
抗氧剂为抗氧剂1010；
润滑剂为硬脂酸丁酯。
一种抗菌、抗拉的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，搅拌混合的搅拌速度为280转/分钟，搅拌的时间为8分钟，得到混合物，然后将混合物和玻璃纤维加入到双螺杆挤出机中进行挤出(双螺杆挤出机的机头温度为225℃，机身一区温度为195℃，机身二区温度为210℃，机身三-九区温度均为225℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为330转/分钟)，经过拉条、冷却，切粒，制得聚丙烯复合材料。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中用等量的凹凸棒土代替活性炭，且用等量氧化锌代替五氯酚钠，其余过程与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，对比例2中用等量的硬脂酸酰胺代替十二烷基磺酸钠和环己六醇，其余过程与实施例1相同。
产品效果测试
1.抗菌性测试
取实施例1、对比例1制得的聚丙烯复合材料，按照标准QB/TQ 2591-2003A《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》来测试聚丙烯复合材料对大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC25922、金黄葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC6538的抗菌性能，结果如表1所示。
表1
| 大肠杆菌抗菌率(％) | 金黄葡萄球菌抗菌率(％) | |
| 实施例1 | 99.9 | 99.9 |
| 对比例1 | 98.9 | 96.0 |
从表1可以看出，本发明实施例1制得的聚丙烯复合材料的抗菌性能明显优于对比例1。
另外，将上述实施例1、对比例1制得的聚丙烯复合材料至于60℃的水中48小时后，然后按照标准QB/TQ 2591-2003A《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》来测试聚丙烯复合材料对大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC25922、金黄葡萄球菌(Staphylococcusaureus)ATCC6538的抗菌性能。结果显示，实施例1制得的聚丙烯复合材料对大肠杆菌的抗菌率为98.9％、97.9％，而对比例1制得的聚丙烯复合材料对大肠杆菌的抗菌率为65.5％、62.3％。由此可见，本发明制得的聚丙烯复合材料具有良好的抗菌稳定性。
2.力学性能测试
取实施例1、对比例2制得的聚丙烯复合材料，按照标准ISO527测试聚丙烯复合材料的拉伸强度，按ISO178测试标准进行弯曲性能，结果如表2所示。
表2
| 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 弯曲模量(MPa) | |
| 实施例1 | 55.1 | 120 | 5000 |
| 对比例2 | 37.6 | 102 | 2501 |
从表2可以看出，本发明实施例1制得的聚丙烯复合材料的抗拉强度明显优于对比例2。即相容剂的选择对制得的聚丙烯复合材料的力学性能具有显著影响。
另外，测试实施例1制得的聚丙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度10KJ/m2，热变形温度140℃(1.8MPa)。
从表1和表2可以看出，本发明制得的聚丙烯复合材料能同时满足抗菌性和抗拉性能。
实施例2-3制得的聚丙烯复合材料的抗菌性和力学性能与实施例1类似。
Claims (10)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯、玻璃纤维、复合抗菌剂、相容剂；
所述复合抗菌剂包括氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭；
所述相容剂包括硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述有机金属杀菌剂包括五氯酚钠。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合抗菌剂中，氧化锌、银、有机金属杀菌剂、活性炭的重量比为1：(0.1-0.3)：(0.5-1.5)：(0.5-2.5)。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为0.2-6mm。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂中，硬脂酸酰胺、十二烷基磺酸钠、环己六醇的重量比为1：(1-3)：(0.5-5)。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料还包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯50-90份、玻璃纤维5-20份、复合抗菌剂0.5-6份、相容剂1-10份。
8.根据权利要求6任一项所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料，按重量份数计，所述聚丙烯复合材料的原料组分包括聚丙烯50-90份、玻璃纤维5-20份、复合抗菌剂0.5-6份、相容剂1-10份、抗氧剂1-10份、润滑剂1-10份。
9.权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将除玻璃纤维以外的各原料组分搅拌混合，得到混合物，然后将所述混合物和玻璃纤维进行挤出，制得所述聚丙烯复合材料。
10.一种汽车装饰件或空调零部件，其特征在于，所述汽车装饰件或空调零部件包括权利要求1-8任一项所述的聚丙烯复合材料。
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