CN116285202A - 一种阻燃抗菌abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃抗菌abs复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抗菌ABS复合材料及其制备方法，涉及高分子材料领域，由以下组分按重量份组成：ABS80份‑100份，阻燃填料18份‑24份，抗菌剂2份‑6份，抗氧剂0.1份‑0.5份，本发明还公开了ABS复合材料的制备方法。本发明制备的ABS复合材料中具有良好的阻燃性能和抗菌性能，可用作汽车家电材料领域，具有极好的应用前景。

Description

一种阻燃抗菌ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，更具体的说是涉及一种阻燃抗菌ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)是一种广泛应用的高分子聚酯树脂，ABS具有良好的耐疲劳性，较好的耐热性，优良的尺寸稳定性等优点，但是一些特定的应用领域对ABS阻燃性能、抗菌性能要求很高，这限制了ABS复合材料在这些特定领域中的应用。
针对这些不足，如何得到一种提高阻燃性能和抗菌性能的新型ABS复合材料，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种阻燃抗菌ABS复合材料及其制备方法，本发明创新地合成了一种新型阻燃抗菌ABS复合材料，这种ABS复合材料具有良好的阻燃性能和抗菌性能，该种ABS复合材料至今尚未见于报道，解决了现有技术的ABS阻燃性能和抗菌能力有限的技术问题，这对于扩展ABS复合材料的应用领域具有非常重要的现实意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种阻燃抗菌ABS复合材料，组分按重量份计，由80-100份的ABS、18-24份的阻燃填料、2-6份的抗菌剂、0.1-0.5份的抗氧剂组成；
其中，所述阻燃填料的制备方法具体步骤如下：
S1，称取硝酸镍、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水、N，N-二甲基甲酰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、氧化镨，置入反应釜中，设置温度为170-190℃，反应12-16h，冷却至室温得到溶液A；
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、在70-90℃条件下干燥6-8h，得到镍基金属有机骨架/三聚氰胺聚磷酸盐/氧化镨类型的阻燃填料；
所述抗菌剂的制备方法具体步骤如下：
(1)称取坡缕石、丙酮、硝酸铁、氢氧化钠，置于反应器皿中，70-90℃反应6-8h，将反应所得产物过滤，置于60-80℃烘箱中干燥6-10h，得产物B；
(2)将产物B置于马弗炉中680-720℃煅烧10-14h，得坡缕石/氧化铁；
(3)称取坡缕石/氧化铁、铬酸钠、硝酸铜、去离子水，置于反应器皿中，60-80℃反应6-10h，将反应所得产物过滤，置于70-80℃烘箱中干燥8-10h，得到坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂。
优选的，所述步骤S1中的硝酸镍、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水、N，N-二甲基甲酰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、氧化镨的质量比为(28-32)：(10-14)：(50-70)：(90-110)：(12-16)：(20-24)：(16-20)。
优选的，所述步骤(1)的坡缕石、丙酮、硝酸铁、氢氧化钠的质量比为(50-60)：(180-240)：(30-40)：(30-36)。
优选的，所述步骤(3)中坡缕石/氧化铁、铬酸钠、硝酸铜、去离子水的质量比为(60-80)：(30-36)：(36-40)：(100-160)。
优选的，所述抗氧剂为Irganox168、Irganox1010和Irganox1330中的一种或几种。
优选的，所述阻燃抗菌ABS复合材料的制备方法包括以下步骤：
1)称取ABS、阻燃填料、抗菌剂、抗氧剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)得到的混合料从双螺杆挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料。
优选的，所述步骤2)中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200～220℃，二区温度240～260℃，三区温度240～260℃，四区温度240～260℃，五区温度240～260℃，六区温度240～260℃，机头温度240～260℃，螺杆转速为200～280r/min。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的抗菌剂的制备方程式如下：
Fe(NO3)3+NaOH→Fe(OH)3+3NaNO3
2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O
Na2CrO4+Cu(NO3)2→2NaNO3+CuCrO4
(2)本发明合成的坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂的抗菌机理如下：所述抗菌剂是以坡缕石为载体，坡缕石/氧化铁/铬酸铜中的铬酸铜遇水呈正电性，遇到负电的大肠杆菌表现出正亲和力，这将有利于诱导细菌在材料表面聚集，然后通过释放Fe3+、Cu2+破坏大肠杆菌细胞膜，从而使细菌死亡。
(3)本发明合成了一种镍基金属有机骨架(Ni-MOF)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料，阻燃机理如下：本填料以Ni-MOF为骨架，三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和氧化镨铺陈其上，氧化镨与MPP分解出的多聚磷酸反应，通过生成谱的磷酸盐抑制多聚磷酸分解释放P2O5，提高阻燃体系的成炭能力，形成稳定的膨胀炭层，提高ABS复合材料的阻燃性能。
具体实施方式
下面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。
实施例所用材料：
ABS(型号750A)，大庆石化；去离子水，厦门澳泉环保科技有限公司；硝酸镍，山东昌耀新材料有限公司；对苯二甲酸，山东多聚化学有限公司；N,N-二甲基甲酰胺，山东辰宇化工有限公司；无水乙醇，上海方野化工有限公司；丙酮，济南文竹化工有限公司；三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)，江苏新素新材料有限公司；氧化镨，山东德盛新材料有限公司；坡缕石，重庆世环矿业有限公司；硝酸铁，山东旭祥化工有限公司；氢氧化钠，济南清海化工有限公司；铬酸钠，济南元素化工有限公司；硝酸铜，山东旭祥化工有限公司；抗氧剂(型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，巴斯夫公司。
所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
实施例1
制备阻燃填料：
S1，称取280g硝酸镍、100g对苯二甲酸、500g无水乙醇、900g去离子水、120gN,N-二甲基甲酰胺、200g三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、160g氧化镨，放入反应釜中，在反应釜中170℃反应12h，冷却至室温得到溶液A；
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、70℃干燥6h，得镍基金属有机骨架(Ni-MOF)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料M1。
制备抗菌剂：
(1)称取500g坡缕石、1.8kg丙酮、300g硝酸铁、300g氢氧化钠，置于反应器皿中，70℃反应6h，将反应所得产物过滤，置于60℃烘箱中干燥6h，既得产物B；
(2)将产物B置于马弗炉中680℃煅烧10h，得坡缕石/氧化铁；
(3)称取600g坡缕石/氧化铁、300g铬酸钠、360g硝酸铜、1.0kg去离子水，置于反应器皿中，60℃反应6h，将反应所得产物过滤，置于70℃烘箱中干燥8h，既得坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂N1。
制备阻燃抗菌ABS复合材料：
1)称取80份ABS、18份阻燃填料M1、2份抗菌剂N1、0.1份Irganox1010混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料P1。
其中所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200℃，二区温度240℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度240℃，六区温度240℃，机头温度240℃，螺杆转速200r/min。
实施例2
制备阻燃填料：
S1，称取320g硝酸镍、140g对苯二甲酸、700g无水乙醇、1.1kg去离子水、160gN,N-二甲基甲酰胺、240g三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、200g氧化镨，放入反应釜中，在反应釜中190℃反应16h，冷却至室温得到溶液A。
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、90℃干燥8h，得镍基金属有机骨架(Ni-MOF)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料M2。
制备抗菌剂：
(1)称取600g坡缕石、2.4kg丙酮、400g硝酸铁、360g氢氧化钠，置于反应器皿中，90℃反应8h，将反应所得产物过滤，置于80℃烘箱中干燥10h，既得产物B。
(2)将产物B置于马弗炉中720℃煅烧14h，得坡缕石/氧化铁。
(3)称取800g坡缕石/氧化铁、360g铬酸钠、400g硝酸铜、1.6kg去离子水，置于反应器皿中，80℃反应10h，将反应所得产物过滤，置于80℃烘箱中干燥10h，既得坡缕石氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂N2。
制备阻燃抗菌ABS复合材料：
1)称取100份的ABS、24份阻燃填料M2、6份抗菌剂N2、0.1份抗氧剂Irganox1010、0.2份抗氧剂Irganox168、0.2份抗氧剂Irganox1330混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料P2。
其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度220℃，二区温度260℃，三区温度260℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，机头温度260℃,螺杆转速280r/min。
实施例3
制备阻燃填料：
S1，称取300g硝酸镍、120g对苯二甲酸、600g无水乙醇、1.0kg去离子水、140gN,N-二甲基甲酰胺、220g三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、180g氧化镨，放入反应釜中，在反应釜中180℃反应14h，冷却至室温得到溶液A。
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、80℃干燥7h，得镍基金属有机骨架(Ni-MOF)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料M3。
制备抗菌剂：
(1)称取550g坡缕石、2.1kg丙酮、350g硝酸铁、330g氢氧化钠，置于反应器皿中，80℃反应7h，将反应所得产物过滤，置于70℃烘箱中干燥8h，既得产物B。
(2)将产物B置于马弗炉中700℃煅烧12h，得坡缕石/氧化铁。
(3)称取700g坡缕石/氧化铁、330g铬酸钠、380g硝酸铜、1.3kg去离子水，置于反应器皿中，70℃反应8h，将反应所得产物过滤，置于75℃烘箱中干燥9h，既得坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂N3。
制备阻燃抗菌ABS复合材料：
1)称取90份的ABS、21份阻燃填料M3、4份抗菌剂N3、0.1份抗氧剂Irganox168、0.2份抗氧剂Irganox1010混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料P3。
其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度215℃，二区温度255℃，三区温度255℃，四区温度255℃，五区温度255℃，六区温度255℃，机头温度255℃,螺杆转速245r/min。
实施例4
制备阻燃填料：
S1，称取295g硝酸镍、135g对苯二甲酸、655g无水乙醇、1.05kg去离子水、155gN,N-二甲基甲酰胺、235g三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、195g氧化镨，放入反应釜中，在反应釜中185℃反应15h，冷却至室温得到溶液A。
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、88℃干燥8h，得镍基金属有机骨架(Ni-MOF)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料M4。
制备抗菌剂：
(1)称取585g坡缕石、1.95kg丙酮、395g硝酸铁、345g氢氧化钠，置于反应器皿中，85℃反应8h，将反应所得产物过滤，置于75℃烘箱中干燥9h，既得产物B。
(2)将产物B置于马弗炉中715℃煅烧13h，得坡缕石/氧化铁。
(3)称取755g坡缕石/氧化铁、355g铬酸钠、395g硝酸铜、1.45kg去离子水，置于反应器皿中，75℃反应10h，将反应所得产物过滤，置于80℃烘箱中干燥8h，既得坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂N4。
制备阻燃抗菌ABS复合材料：
1)称取85份的ABS、22份阻燃填料M4、4份抗菌剂N4、0.1份抗氧剂Irganox1010、0.2份抗氧剂Irganox1330混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料P4。
其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度215℃，二区温度245℃，三区温度245℃，四区温度245℃，五区温度245℃，六区温度245℃，机头温度245℃,螺杆转速245r/min。
实施例5
制备阻燃填料：
S1，称取295g硝酸镍、125g对苯二甲酸、555g无水乙醇、985g去离子水、155gN,N-二甲基甲酰胺、225g三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、195g氧化镨，放入反应釜中，在反应釜中185℃反应15h，冷却至室温得到溶液A。
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、75℃干燥8h，得Ni-MOF(金属有机骨架)/三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)/氧化镨类型的阻燃填料M5。
制备抗菌剂：
(1)称取555g坡缕石、1.85kg丙酮、395g硝酸铁、355g氢氧化钠，置于反应器皿中，70℃反应8h，将反应所得产物过滤，置于65℃烘箱中干燥10h，既得产物B。
(2)将产物B置于马弗炉中715℃煅烧14h，得坡缕石/氧化铁。
(3)称取755g坡缕石/氧化铁、325g铬酸钠、395g硝酸铜、1.55kg去离子水，置于反应器皿中，75℃反应8h，将反应所得产物过滤，置于75℃烘箱中干燥9h，既得坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂N5。
制备阻燃抗菌ABS复合材料：
1)称取95份ABS、23份阻燃填料M5、3.5份抗菌剂N5、0.1份抗氧剂Irganox1010、0.1份抗氧剂Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤(1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料P5。
其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度215℃，二区温度255℃，三区温度255℃，四区温度255℃，五区温度255℃，六区温度255℃，机头温度255℃,螺杆转速255r/min。
对比例1
(1)称取95份ABS、0.1份抗氧剂Irganox1010、0.1份抗氧剂Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料从挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料D1。
其中双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度215℃，二区温度255℃，三区温度255℃，四区温度255℃，五区温度255℃，六区温度255℃，机头温度255℃,螺杆转速255r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的ABS复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表1：
表1
Figure BDA0004134299270000081
Figure BDA0004134299270000091
从上表可以看出，实施例1-5的阻燃性能、抗菌性能都要优于对比例5。这说明说明通过本发明提供的方法制得的ABS复合材料阻燃性能、抗菌性能优异，可扩展ABS复合材料的应用领域。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，组分按重量份计，由80-100份的ABS、18-24份的阻燃填料、2-6份的抗菌剂、0.1-0.5份的抗氧剂组成；
其中，所述阻燃填料的制备方法具体步骤如下：
S1，称取硝酸镍、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水、N，N-二甲基甲酰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、氧化镨，置入反应釜中，设置温度为170-190℃，反应12-16h，冷却至室温得到溶液A；
S2，将溶液A进行抽滤、洗涤、在70-90℃条件下干燥6-8h，得到镍基金属有机骨架/三聚氰胺聚磷酸盐/氧化镨类型的阻燃填料；
所述抗菌剂的制备方法具体步骤如下：
(1)称取坡缕石、丙酮、硝酸铁、氢氧化钠，置于反应器皿中，70-90℃反应6-8h，将反应所得产物过滤，置于60-80℃烘箱中干燥6-10h，得产物B；
(2)将产物B置于马弗炉中680-720℃煅烧10-14h，得坡缕石/氧化铁；
(3)称取坡缕石/氧化铁、铬酸钠、硝酸铜、去离子水，置于反应器皿中，60-80℃反应6-10h，将反应所得产物过滤，置于70-80℃烘箱中干燥8-10h，得到坡缕石/氧化铁/铬酸铜类型的抗菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述步骤S1中的硝酸镍、对苯二甲酸、无水乙醇、去离子水、N，N-二甲基甲酰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、氧化镨的质量比为(28-32)：(10-14)：(50-70)：(90-110)：(12-16)：(20-24)：(16-20)。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述步骤(1)的坡缕石、丙酮、硝酸铁、氢氧化钠的质量比为(50-60)：(180-240)：(30-40)：(30-36)。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述步骤(3)中坡缕石/氧化铁、铬酸钠、硝酸铜、去离子水的质量比为(60-80)：(30-36)：(36-40)：(100-160)。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为Irganox168、Irganox1010和Irganox1330中的一种或几种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述阻燃抗菌ABS复合材料的制备方法包括以下步骤：
1)称取ABS、阻燃填料、抗菌剂、抗氧剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
2)将步骤1)得到的混合料从双螺杆挤出机中挤出造粒，即得到ABS复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种阻燃抗菌ABS复合材料，其特征在于，所述步骤2)中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度200～220℃，二区温度240～260℃，三区温度240～260℃，四区温度240～260℃，五区温度240～260℃，六区温度240～260℃，机头温度240～260℃，螺杆转速为200～280r/min。
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