CN115947988B - 一种耐磨抗菌聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其由以下组分原料按重量份数组成：聚丙烯50‑80份；耐磨抗菌母粒1‑40份；无机填料5‑40份；增韧剂5‑10份；抗氧剂0.2‑0.6份；光稳定剂0.2‑0.5份。本发明可以改善聚丙烯材料的耐磨性较差的缺陷，提高产品的品质；静电纺丝技术制备的母粒，抗菌剂更均匀的分散与母粒中，更易发挥抗菌剂的抗菌效果，避免直接加入造成的分散不均匀；与聚丙烯改性料混合后，耐磨抗菌母粒具有超高的粘度，注塑时，聚丙烯材料粘度低，快速填充产品，耐磨抗菌母粒粘度高，更多的沿着聚丙烯填充的表面流动，从而更好的积累在注塑件表面，达到高效和长久的抗菌效果。
Description
技术领域
本专利申请涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种耐磨抗菌聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
在人类生存的社会环境中，细菌类、真菌类和病毒等微生物无处不在，这些微生物种类繁多，据统计，基于微生物的感染是造成多种感染的主要原因。为了抵御这些微生物的危害，自古至今人类都在寻找着抵御的方法，例如古代中国，使用水银进行防腐措施等。随着社会的发展，人们对健康的关注和追求，抗菌剂已被广泛应用于医用材料、日化用品、儿童用品、食品包装、纺织材料和汽车材料等诸多领域，各种抗菌材料的制备可以预期，未来掺杂抗菌剂的抗菌材料在人类社会中的应用将会越来越广。
塑料制品是现代人们日常生活中大量使用的物品，包括厨房电器、食品包装、医药用品和儿童用品等。这些塑料制品是由有机高分子制备而得的，同时在其加工生产的过程中需要加入一些有机助剂以方便制品加工或达到某些性能要求，这些有机物使塑料表面极易滋生细菌，危害使用者身体健康。因此，抗菌塑料成为一类十分重要的功能塑料。随着人类社会的发展，抗菌塑料的市场需求越来越大，特别是对安全环保的抗菌塑料。但是目前使用的聚丙烯抗菌材料，虽然通过添加抗菌剂后可以满足一般的抗菌要求，但是其材料本身耐磨性能比较差，产品使用一段时间后，随着使用的不断磨损，产品的外观和颜色等都产生的较大的变化，影响了产品的使用寿命和客户的使用感官。为此，我们提出一种耐磨抗菌聚丙烯材料及其制备方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利申请的目的在于提供一种耐磨抗菌聚丙烯材料及其制备方法，解决上述现有技术的问题。通过静电纺丝工艺，制备了PA6/UHMWPE/抗菌剂的耐磨抗菌母粒，通过和改性聚丙烯材料预混合，两种材料的较大的粘度差异，PA6/UHMWPE/抗菌剂组分很好的覆盖在所制备的产品表面，有效抗菌的同时，极大的提高了产品的耐磨性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其由以下组分原料按重量份数组成：
进一步的，所述耐磨抗菌母粒是由无机抗菌剂以及UHMW-PE和PA6经过静电纺丝改性处理制备而成。
进一步的，所述耐磨抗菌母粒的改性处理包括如下步骤：
一、将环己酮、十氢萘和甲酸按照重量比为1：1：1的比例配制成混合溶剂，称取一定量的无机抗菌剂加入到混合溶剂中，经过超声处理2-4h，得到均匀分散的第一悬浮液；
二、将UHMW-PE和PA6混合均匀，得到UHMWPE/PA6混合料，将所述第一悬浮液加热至120-140℃，一边搅拌一边向其中加入一定量的UHMW-PE/PA6混合料，经过充分搅拌、冷却后，得到第二悬浮液；
三、对第二悬浮液进行静电纺丝处理、真空干燥，即得耐磨抗菌母粒。
进一步的，所述第一悬浮液中无机抗菌剂和混合溶剂的重量比为1：(15-20)；UHMW-PE和PA6的重量比为(2-4)：7；第一悬浮液和UHMWPE/PA6混合料的重量比为(3-5)：1；
所述无机抗菌剂为MIC20型号的无机抗菌剂。
进一步的，所述步骤二中充分搅拌的时间为连续搅拌16-24h，冷却时间为5-7h；
步骤三中纺丝条件为：纺丝电压20-28KV，纺丝速度为0.6-1.0ml/h，纺丝距离为15-25cm；真空干燥时间为22-26h。
进一步的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
进一步的，所述无机填料为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石中的至少一种。
进一步的，所述增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
进一步的，所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成；
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
一种如权前述所述的耐磨抗菌聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、无机填料、增韧剂、抗氧剂和光稳定剂放入高混机中混合4-6min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到改性聚丙烯粒料；
S3、将步骤S2的改性聚丙烯粒料和耐磨抗菌母粒高速混合15-25min，即可得耐磨抗菌聚丙烯材料；
其中，步骤S2中双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、自制PA/UHMWPE的母粒，利用其自润滑和耐磨的特性，可以改善聚丙烯材料的耐磨性较差的缺陷，提高产品的品质；
2、静电纺丝技术制备的母粒，抗菌剂更均匀的分散与母粒中，更易发挥抗菌剂的抗菌效果，避免直接加入造成的分散不均匀；与聚丙烯改性料混合后，耐磨抗菌母粒具有超高的粘度，注塑时，聚丙烯材料粘度低，快速填充产品，耐磨抗菌母粒粘度高，更多的沿着聚丙烯填充的表面流动，从而更好的积累在注塑件表面，达到高效和长久的抗菌效果。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利申请的其他优点与功效。本专利申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
聚丙烯，选用武汉石化生产的SZ30S、HX3800按照质量比80：20进行复配而成。
增韧剂，生产厂家为陶氏DOW，牌号为8613；
无机填料，选用硫酸钡，为西蒙化工的T051-3；
抗菌剂：选用zeomic公司的无机抗菌剂MIC 20；
PA6：选用化纤的NY 6N；
UHMW-PE：即超高分子量聚乙烯，生产厂家为上海联乐化工，牌号为X-500；
抗氧剂，生产厂家为巴斯夫，牌号为1010或168；
光稳定剂，生产厂家为氰特，牌号为UV3808；
所有材料均为市售常规常用产品。
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
其中，耐磨抗菌母粒的制备方法如下：
一、将环己酮、十氢萘和甲酸按照重量比为1：1：1的比例配制成混合溶剂900g，将50g无机抗菌剂加入到该900g的混合溶剂中，经过超声处理3h，使得无机纳米颗粒均匀分散，得到第一悬浮液；
二、将UHMW-PE和PA6按照重量比3：7混合均匀，得到200g的UHMWPE/PA6混合料，将第一悬浮液加热至140℃，一边搅拌一边向其中加入200g的UHMW-PE/PA6混合料，经过连续搅拌20h、冷却6h后，得到第二悬浮液；
三、将得到的第二悬浮液倒入玻璃针筒中，在电压24KV、纺丝速度0.8ml/h、纺丝距离20cm条件下进行纺丝处理，再经过真空干燥24h即得耐磨抗菌母粒。
实施例1
S1、将75份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、5份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到改性聚丙烯粒料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min；
S3、将步骤S2的改性聚丙烯粒料和35份的耐磨抗菌母粒高速混合20min，即可得耐磨抗菌聚丙烯材料。
实施例2
制备方法同实施例1，原料为：80份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的耐磨抗菌母粒、10份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808。
实施例3
制备方法同实施例1，原料为：70份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、30份的耐磨抗菌母粒、20份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808。
实施例4
制备方法同实施例1，原料为：60份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、10份的耐磨抗菌母粒、30份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808。
实施例5
制备方法同实施例1，原料为：50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的耐磨抗菌母粒、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808。
实施例6
制备方法同实施例1，原料为：50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、20份的耐磨抗菌母粒、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808。
对比例1
S1、将75份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、5份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到改性聚丙烯粒料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min。
对比例2
S1、将50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到改性聚丙烯粒料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min。
对比例3
S1、将50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到聚丙烯混合料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min；
S3、将步骤S2的聚丙烯混料和35份的无机抗菌剂MIC 20高速混合20min，得到改性聚丙烯粒料。
对比例4
S1、将50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到聚丙烯混合料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min；
S3、将步骤S2的聚丙烯混料以及35份的UHMW-PE和PA6混合料(UHMW-PE和PA6的重量比为3：7)高速混合20min，得到改性聚丙烯粒料。
对比例5
S1、将50份的聚丙烯(SZ30S：HX3800按4：1的重量比复配而成)、40份的硫酸钡、10份的增韧剂8613、0.4份的抗氧剂1010和0.3份的光稳定剂UV3808放入高混机中混合5min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到聚丙烯混合料；双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min；
S3、将步骤S2的聚丙烯混料以及25份的UHMW-PE和PA6混合料(UHMW-PE和PA6的重量比为3：7)和10份的无机抗菌剂MIC 20高速混合20min，得到改性聚丙烯粒料。
为了显示本技术方案所取得的技术效果，特做出如下试验。
对实施例1-6制得的耐磨抗菌聚丙烯材料和对比例1-5制得的改性聚丙烯材料注塑成210*140*2.5mm的样本，按照GB/T31402-2015/ISO 22196-2007测试抗菌性能，并80℃烘72h，测试老化后的抗菌性能；按照PV 3952测试样品的耐刮擦性能。测试结构如表1所示。
表1测试结果
由上述试验结果可知，实施例1-6采用不同填充比例的改性聚丙烯粒料和耐磨抗菌母粒混合后制备的复合材料，72h之后，对大肠杆菌和金黄色葡萄菌的抗菌率均大于99％，且10N十字刮擦后，ΔL均小于1.0，而对比例1、2、4不具有抗菌性能，且10N十字刮擦后，ΔL数值较大，对比例3和5在初期对大肠杆菌和金黄色葡萄菌的抗菌率均大于99％，但经过72小时反应之后其抗菌效果下降明显，且ΔL数值大于1。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利申请的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，其由以下组分原料按重量份数组成：
所述耐磨抗菌母粒是由无机抗菌剂以及UHMW-PE和PA6经过静电纺丝改性处理制备而成；
所述耐磨抗菌母粒的改性处理包括如下步骤：
一、将环己酮、十氢萘和甲酸按照重量比为1：1：1的比例配制成混合溶剂，称取一定量的无机抗菌剂加入到混合溶剂中，经过超声处理2-4h，得到均匀分散的第一悬浮液；
二、将UHMW-PE和PA6混合均匀，得到UHMWPE/PA6混合料，将所述第一悬浮液加热至120-140℃，一边搅拌一边向其中加入一定量的UHMW-PE/PA6混合料，经过充分搅拌、冷却后，得到第二悬浮液；
三、对第二悬浮液进行静电纺丝处理、真空干燥，即得耐磨抗菌母粒；
所述第一悬浮液中无机抗菌剂和混合溶剂的重量比为1：(15-20)；UHMW-PE和PA6的重量比为(2-4)：7；第一悬浮液和UHMWPE/PA6混合料的重量比为(3-5)：1；
所述无机抗菌剂为MIC20型号的无机抗菌剂；
步骤三中纺丝条件为：纺丝电压20-28KV，纺丝速度为0.6-1.0ml/h，纺丝距离为15-25cm；真空干燥时间为22-26h。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，所述步骤二中充分搅拌的时间为连续搅拌16-24h，冷却时间为5-7h。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，所述无机填料为硫酸钡、碳酸钙、硅灰石中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，所述增韧剂为高密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶/丙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨抗菌聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂复配而成；
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的耐磨抗菌聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、无机填料、增韧剂、抗氧剂和光稳定剂放入高混机中混合4-6min，得到混合物料；
S2、将步骤S1的混合物料投入至双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒、干燥，得到改性聚丙烯粒料；
S3、将步骤S2的改性聚丙烯粒料和耐磨抗菌母粒高速混合15-25min，即可得耐磨抗菌聚丙烯材料；
其中，步骤S2中双螺杆挤出机的机筒温度为190-220℃，螺杆转速为500r/min。
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