CN116751420A - 一种抗静电抗菌工程塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗静电抗菌工程塑料及其制备方法，属于高分子材料技术领域，按照重量份计，包括以下原料：聚丙烯55‑65份、聚乙烯35‑45份、抗静电剂2‑7份、抗菌剂2‑3份、偶联剂0.1‑1份；该工程塑料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯、聚乙烯、抗静电剂、抗菌剂和偶联剂加入高速搅拌器中混合，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在190‑210℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料；本发明通过将抗静电剂和抗菌剂加入到聚丙烯和聚乙烯的共混体系中，抗静电剂与抗菌剂相互作用，提高了工程塑料的永久抗静电性能、抗菌性能和力学性能。

Description

一种抗静电抗菌工程塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种抗静电抗菌工程塑料及其制备方法。

背景技术

工程塑料由于性能优良，可代替金属材料来制作结构件，在很多领域已成为任何其它材料都无法替代的新型材料，被广泛地应用于汽车、机械、电子、电气、化工、建材、军工、医疗等领域产品中，尤其是当工程塑料在应用于汽车内饰构件、家用电器壳体、室内装饰建材等领域时，由于现有工程塑料的绝缘性而产生静电现象，容易吸附灰尘和细菌等污染物，清洁困难影响产品使用体验，再加上工程塑料不具有抗菌性能，使得工程塑料构件在静电吸附了细菌后容易滋生繁殖，人们在接触和使用产品时易被感染，给人们的卫生健康带来威胁。

因此，赋予工程塑料抗静电和抗菌性能，有利于提高在上述领域应用时的使用效果，对现有工程塑料进行功能化改性是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗静电抗菌工程塑料及其制备方法，以解决背景技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗静电抗菌工程塑料，按照重量份计，包括以下原料：

聚丙烯55-65份、聚乙烯35-45份、抗静电剂2-7份、抗菌剂2-3份、偶联剂0.1-1份；

所述抗静电剂，通过以下步骤制得：

步骤S1、将羧基化碳纳米管超声分散于N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中，然后加入4-巯基苯胺水溶液，在50℃下搅拌混合10-12h，抽真空过滤，洗涤滤渣为中性，90℃下真空干燥后，得到含巯基碳纳米管；

步骤S2、将烯丙基缩水甘油醚和叔丁醇钾的四氢呋喃溶液加入超干四氢呋喃中，在抽真空和60℃下搅拌反应20-24h，然后加入盐酸溶液，过滤、透析、旋蒸、真空干燥后，得到聚烯丙基缩水甘油醚；

步骤S3、将聚烯丙基缩水甘油醚溶于N-甲基-2-吡咯烷酮中，然后依次加入光引发剂和对甲基苯胺搅拌溶解，再加入含巯基碳纳米管，在蓝光辐射和室温下反应2h，经过透析、旋蒸、真空干燥后，得到抗静电剂。

进一步地，所述羧基化碳纳米管、N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液和4-巯基苯胺水溶液的质量比为1-2：250：250；所述N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液的质量分数为0.6-0.7％；所述4-巯基苯胺水溶液的质量分数为0.4-0.48％。

进一步地，所述烯丙基缩水甘油醚、叔丁醇钾的四氢呋喃溶液、超干四氢呋喃和盐酸溶液的用量比为6g：5.6-5.8mL：2.5-3mL：2mL；所述叔丁醇钾的四氢呋喃溶液的浓度为1mo l/L；所述盐酸溶液的浓度为37wt％。

进一步地，所述聚烯丙基缩水甘油醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、光引发剂、对甲基苯胺和含巯基碳纳米管的用量比为2.5-3g：6mL：8.1-8.2mg：72-74mg：4-5mg；所述光引发剂为六水合三联吡啶氯化钌。

进一步地，所述抗菌剂通过如下步骤制得：

将羧基化碳纳米管加入酒石酸钾钠溶液中超声10mi n，然后以4mL/mi n的滴加速度滴加银氨溶液，在40℃下磁力搅拌反应10mi n，洗涤、真空干燥后，得到抗菌剂。

进一步地，所述羧基化碳纳米管、酒石酸钾钠溶液和银氨溶液的用量比为0.2-0.4g：50mL：50mL；所述酒石酸钾钠溶液的浓度为2.3mo l/L；所述银氨溶液的浓度为2.26mol/L、pH值为11。

进一步地，所述羧基化碳纳米管通过如下步骤制得：

将碳纳米管和硝酸钠加入浓硫酸中，在冰水浴中搅拌40mi n，再加入高锰酸钾，在40℃超声2h，随后缓慢加入双氧水溶液，回流反应30mi n，降至室温后，用5wt％的稀盐酸溶液洗涤2-3次，离心、分离，然后用蒸馏水洗涤至中性，70℃抽真空充分干燥，得到羧基化碳纳米管；通过浓硫酸、高锰酸钾和双氧水复配的氧化体系对碳纳米管的破坏程度小，同时采用超声辅助羧基化，使制得的碳纳米管的羧基化程度高，且羧基化碳纳米管在水中的分散性更好，有利于抗菌剂的合成。

进一步地，所述碳纳米管、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、双氧水溶液的用量比为0.1g：0.1g：60mL：0.2g：20mL；所述浓硫酸的浓度为78wt％；所述双氧水溶液的浓度为30wt％。

进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种。

一种抗静电抗菌工程塑料的制备方法，包括以下步骤：

将聚丙烯、聚乙烯、抗静电剂、抗菌剂和偶联剂加入高速搅拌器中，在转速为600-800r/mi n下混合5-10mi n，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在190-210℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料。

本发明的有益效果：

本发明首先将羧基化碳纳米管与4-巯基苯胺进行反应，制得了含有酰胺基和端巯基的碳纳米管，然后通过叔丁醇钾引发烯丙基缩水甘油醚的阴离子开环聚合，得到聚烯丙基缩水甘油醚，最后通过巯基-烯点击反应，在蓝光催化下，将含巯基碳纳米管高效、精准地接枝到聚烯丙基缩水甘油醚的侧链上，制得了具有良好柔顺性主链的抗静电剂，同时该抗静电剂的分子中含有酰胺基团，因此耐热性能有一定提升；通过将抗静电剂加入到聚丙烯和聚乙烯的共混体系中，抗静电剂能够与共混体系很好地相容，使抗静电剂均匀且连续地分散在共混体系中形成导电网络，提高了工程塑料的永久抗静电性能；另外，抗静电剂主链上含有聚乙二醇结构，有利于与环境中的水分子形成导电通道，促进电荷散逸，进一步提高工程塑料在高湿度环境中的抗静电性能；

本发明将银离子负载于羧基化碳纳米管表面制得了抗菌剂，然后将抗菌剂通过熔融共混的方式加入到聚丙烯和聚乙烯的共混体系中，经过羧基化处理后的碳纳米管能够负载更多的银离子，因此能够赋予工程塑料优异的抗菌性能；同时，通过抗菌剂与抗静电剂相互作用，能够进一步填充抗静电剂形成的导电网络，进一步提高了工程塑料的抗静电性能。

本发明制得的工程塑料不仅具有优异的抗静电性能和抗菌性能，而且还具有优异的力学性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种羧基化碳纳米管，通过如下步骤制得：

将0.1g碳纳米管和0.1g硝酸钠加入60mL浓度为78wt％的浓硫酸中，在冰水浴中搅拌混合40mi n，再加入0.2g高锰酸钾，在40℃下超声2h，随后缓慢加入20mL浓度为30wt％的双氧水溶液，在60℃的恒温水浴槽中回流反应30mi n，降至室温后，用5wt％的稀盐酸溶液洗涤3次，离心、分离，然后用蒸馏水洗涤至中性，70℃抽真空充分干燥，得到羧基化碳纳米管。

实施例2

本实施例提供一种抗菌剂，通过如下步骤制得：

将0.2g实施例1制得的羧基化碳纳米管加入50mL浓度为2.3mo l/L的酒石酸钾钠溶液中，超声10mi n，然后以4mL/mi n的滴加速度滴加50mL浓度为2.26mo l/L、pH值为11的银氨溶液，在40℃下磁力搅拌反应10mi n，用去离子水洗涤，70℃下真空干燥12h，得到抗菌剂。

实施例3

本实施例提供一种抗菌剂，通过如下步骤制得：

将0.4g实施例1制得的羧基化碳纳米管加入50mL浓度为2.3mo l/L的酒石酸钾钠溶液中，超声10mi n，然后以4mL/mi n的滴加速度滴加50mL浓度为2.26mo l/L、pH值为11的银氨溶液，在40℃下磁力搅拌反应10mi n，用去离子水洗涤，70℃下真空干燥12h，得到抗菌剂。

对比例1

本对比例与实施例2相比，使用普通的碳纳米管替换实施例1制得的羧基化碳纳米管，其余原料和步骤均相同。

实施例4

本实施例提供一种抗静电剂，通过以下步骤制得：

步骤S1、将1g实施例1制得的羧基化碳纳米管超声分散于250g质量分数为0.6％的N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中，然后加入250g质量分数为0.4％的4-巯基苯胺水溶液，在50℃下搅拌混合10h，抽真空过滤，用无水乙醇和去离子水交替洗涤滤渣至中性，90℃下真空干燥后，得到含巯基碳纳米管；

步骤S2、将60g烯丙基缩水甘油醚和56mL浓度为1mo l/L叔丁醇钾的四氢呋喃溶液加入25mL超干四氢呋喃中，在抽真空和60℃下搅拌反应20h，然后加入20mL浓度为37wt％的盐酸溶液，过滤后将滤液在乙醇中透析，旋转蒸发除去乙醇，30℃下真空干燥24h，得到聚烯丙基缩水甘油醚；

步骤S3、将25g聚烯丙基缩水甘油醚溶于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮中，然后依次加入81mg六水合三联吡啶氯化钌和720mg对甲基苯胺搅拌溶解，再加入40mg含巯基碳纳米管，在蓝光辐射和室温下反应2h，经过透析、旋蒸、真空干燥后，得到抗静电剂。

实施例5

本实施例提供一种抗静电剂，通过以下步骤制得：

步骤S1、将2g实施例1制得的羧基化碳纳米管超声分散于250g质量分数为0.6％的N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中，然后加入250g质量分数为0.45％的4-巯基苯胺水溶液，在50℃下搅拌混合11h，抽真空过滤，用无水乙醇和去离子水交替洗涤滤渣至中性，90℃下真空干燥后，得到含巯基碳纳米管；

步骤S2、将60g烯丙基缩水甘油醚和57mL浓度为1mo l/L叔丁醇钾的四氢呋喃溶液加入28mL超干四氢呋喃中，在抽真空和60℃下搅拌反应22h，然后加入20mL浓度为37wt％的盐酸溶液，过滤后将滤液在乙醇中透析，旋转蒸发除去乙醇，30℃下真空干燥24h，得到聚烯丙基缩水甘油醚；

步骤S3、将27g聚烯丙基缩水甘油醚溶于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮中，然后依次加入82mg六水合三联吡啶氯化钌和730mg对甲基苯胺搅拌溶解，再加入45mg含巯基碳纳米管，在蓝光辐射和室温下反应2h，经过透析、旋蒸、真空干燥后，得到抗静电剂。

实施例6

本实施例提供一种抗静电剂，通过以下步骤制得：

步骤S1、将2g实施例1制得的羧基化碳纳米管超声分散于250g质量分数为0.7％的N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中，然后加入250g质量分数为0.48％的4-巯基苯胺水溶液，在50℃下搅拌混合12h，抽真空过滤，用无水乙醇和去离子水交替洗涤滤渣至中性，90℃下真空干燥后，得到含巯基碳纳米管；

步骤S2、将60g烯丙基缩水甘油醚和58mL浓度为1mo l/L叔丁醇钾的四氢呋喃溶液加入30mL超干四氢呋喃中，在抽真空和60℃下搅拌反应24h，然后加入20mL浓度为37wt％的盐酸溶液，过滤后将滤液在乙醇中透析，旋转蒸发除去乙醇，30℃下真空干燥24h，得到聚烯丙基缩水甘油醚；

步骤S3、将30g聚烯丙基缩水甘油醚溶于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮中，然后依次加入82mg六水合三联吡啶氯化钌和740mg对甲基苯胺搅拌溶解，再加入50mg含巯基碳纳米管，在蓝光辐射和室温下反应2h，经过透析、旋蒸、真空干燥后，得到抗静电剂。

对比例2

本对比例与实施例5相比，使用普通的碳纳米管替换实施例1制得的羧基化碳纳米管，其余原料和步骤均相同。

实施例7

一种抗静电抗菌工程塑料，通过以下步骤制得：

将55重量份聚丙烯、35重量份聚乙烯、2重量份实施例4制得的抗静电剂、2重量份实施例2制得的抗菌剂和0.1重量份硅烷偶联剂加入高速搅拌器中，在转速为600r/mi n下混合10mi n，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在190℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料。

实施例8

一种抗静电抗菌工程塑料，通过以下步骤制得：

将60重量份聚丙烯、40重量份聚乙烯、7重量份实施例5制得的抗静电剂、2.5重量份实施例2制得的抗菌剂和0.5重量份铝酸酯偶联剂加入高速搅拌器中，在转速为700r/min下混合8mi n，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在200℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料。

实施例9

一种抗静电抗菌工程塑料，通过以下步骤制得：

将65重量份聚丙烯、45重量份聚乙烯、7重量份实施例6制得的抗静电剂、3重量份实施例3制得的抗菌剂和1重量份钛酸酯偶联剂加入高速搅拌器中，在转速为800r/mi n下混合5min，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在210℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料。

对比例3

本对比例与实施例8相比，使用对比例1制得的抗菌剂替换实施例2制得的抗菌剂，其余原料和步骤均相同。

对比例4

本对比例与实施例8相比，使用对比例2制得的抗静电剂替换实施例5制得的抗静电剂，其余原料和步骤均相同。

对比例5

本对比例与实施例8相比，取消添加实施例5制得的抗静电剂，其余原料和步骤均相同。

对实施例7-实施例9和对比例3-对比例5制得的工程塑料进行如下性能测试：

抗静电性能测试：用体积表面电阻率测试仪在室温下测量样品的表面电阻率，样品尺寸为直径10cm，厚度1mm的圆片，平行测试3-5组取平均值，测试电压为500V；

抗菌性能测试：按照GB/T 31402-2015标准，使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌两种典型菌种，对样品进行抗菌性能测试；

力学性能测试：按照GB/T 1040.1-2018标准测试材料的拉伸强度，按照GB/T1843-2008标准测试材料的缺口冲击强度；结果如表1所示：

表1

由表1数据可以看出，本发明实施例7-9制得的工程塑料不仅具有较低的表面电阻率和表面抗菌抑菌性能，而且在力学性能方面也具有较高的拉伸强度和抗冲击强度，能够进一步拓宽工程塑料的应用范围和使用效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，按照重量份计，包括以下原料：

聚丙烯55-65份、聚乙烯35-45份、抗静电剂2-7份、抗菌剂2-3份、偶联剂0.1-1份；

所述抗静电剂，通过以下步骤制得：

步骤S1、将羧基化碳纳米管超声分散于N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中，然后加入4-巯基苯胺水溶液，在50℃下搅拌混合10-12h，抽真空过滤，洗涤滤渣为中性，真空干燥后，得到含巯基碳纳米管；

步骤S2、将烯丙基缩水甘油醚和叔丁醇钾的四氢呋喃溶液加入超干四氢呋喃中，在抽真空和60℃下搅拌反应20-24h，然后加入盐酸溶液，过滤、透析、旋蒸、真空干燥后，得到聚烯丙基缩水甘油醚；

步骤S3、将聚烯丙基缩水甘油醚溶于N-甲基-2-吡咯烷酮中，然后依次加入光引发剂和对甲基苯胺搅拌溶解，再加入含巯基碳纳米管，在蓝光辐射和室温下反应2h，经过透析、旋蒸、真空干燥后，得到抗静电剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述羧基化碳纳米管、N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液和4-巯基苯胺水溶液的质量比为1-2：250：250；所述N,N'-二环己基碳酰亚胺的无水乙醇溶液中N,N'-二环己基碳酰亚胺与无水乙醇的质量比为1.5-1.7：250；所述4-巯基苯胺水溶液中4-巯基苯胺和去离子水的质量比为1-1.2：250。

3.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述烯丙基缩水甘油醚、叔丁醇钾的四氢呋喃溶液、超干四氢呋喃和盐酸溶液的用量比为6g：5.6-5.8mL：2.5-3mL：2mL。

4.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述聚烯丙基缩水甘油醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、光引发剂、对甲基苯胺和含巯基碳纳米管的用量比为2.5-3g：6mL：8.1-8.2mg：72-74mg：4-5mg；所述光引发剂为六水合三联吡啶氯化钌。

5.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述抗菌剂通过如下步骤制得：

将羧基化碳纳米管加入酒石酸钾钠溶液中超声10min，然后滴加银氨溶液，在40℃下磁力搅拌反应10min，洗涤、真空干燥后，得到抗菌剂。

6.根据权利要求5所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述羧基化碳纳米管、酒石酸钾钠溶液和银氨溶液的用量比为0.2-0.4g：50mL：50mL。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述羧基化碳纳米管通过如下步骤制得：

将碳纳米管和硝酸钠加入浓硫酸中，在冰水浴中搅拌40min，再加入高锰酸钾，在40℃超声2h，随后缓慢加入双氧水溶液，回流反应30min，降至室温后，用稀盐酸溶液洗涤，离心、分离，然后用蒸馏水洗涤至中性，真空干燥，得到羧基化碳纳米管。

8.根据权利要求7所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述碳纳米管、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、双氧水溶液的用量比为0.1g：0.1g：60mL：0.2g：20mL。

9.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的一种抗静电抗菌工程塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将聚丙烯、聚乙烯、抗静电剂、抗菌剂和偶联剂加入高速搅拌器中混合，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在190-210℃下经熔融共混、挤出、冷却、造粒，得到抗静电抗菌工程塑料。