增強增韌抗菌聚丙烯組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增強增韌抗菌聚丙烯組合物及其制備方法；該組合物包括如下重量百分比含量的各組分：聚丙烯54～87.7％；偶聯(lián)改性無機抗菌劑0.5～5％；超高分子量聚乙烯母粒10～30％；接枝聚丙烯1～8％；穩(wěn)定劑0.2～1％；分散劑0.2～1％；抗氧劑0.4～1％。本發(fā)明將超高分子量聚乙烯在一定條件下制備成超高分子量聚乙烯母粒，再與表面改性的無機抗菌劑、聚丙烯、接枝聚丙烯及其它助劑高速混合擠出制成高強度高韌性及高抗菌性能聚丙烯復合材料。本發(fā)明在保證添加無機抗菌劑賦予聚丙烯優(yōu)異抗菌活性的同時，通過添加有機超長鏈高分子增強增韌聚丙烯。因此制備得到的聚丙烯復合材料不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，還具有突出的力學特性。
【專利說明】增強增韌抗菌聚丙烯組合物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術領域】，具體涉及一種增強增韌抗菌聚丙烯組合物及其制備方法。
【背景技術】
[0002]資料表明在日常生活接觸到的各種塑料制品表面沾染和滋生多種病菌。例如賓館飯店坐便器上的細菌有大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白葡萄球菌、枯草桿菌、四聯(lián)球菌等，菌落數(shù)達40 ;公用電話話筒的菌落數(shù)達50 ;醫(yī)院、旅店的門把手的菌落數(shù)甚至可高達200以上。隨著人們物質生活水平的提高，大家對衛(wèi)生和健康的要求也越來越高。九十年代以來，以日本為代表的發(fā)達國家在家用電器、食品包裝、兒童玩具、廚房和衛(wèi)浴設備等方面開展了抗菌材料的研究、開發(fā)和生產工作，以減少因使用塑料制品而發(fā)生的細菌感染。
[0003]聚丙烯作為一種無毒塑料，因密度小、價格低及良好的加工性能，被廣泛應用于家用電器等各領域。但是聚丙烯和其他塑料一樣易被各種有害細菌污染，在適合情況下，更易繁殖細菌?，F(xiàn)在普遍采用添加抗菌劑來提高聚丙烯的抗菌性能。目前常用的塑料抗菌劑可分為有機抗菌劑和無機抗菌劑，有機抗菌劑主要有醚類、苯酚類、聯(lián)苯醚類、季銨鹽類等，其特點是殺菌速度快，但抗菌有效期短、耐熱性能差。無機抗菌劑主要為銀、鋅、鈦等離子及其化合物，其特點是耐熱性好、安全性高、抗菌有效期長等。例如中國專利CN101089038A公開了納米銀添加聚丙烯得到一種抗菌率大于99%聚丙烯復合材料；中國專利CN1699459A公開了一種載銀納米氧化物抗菌聚丙烯給水管材及其制備方法。上述專利涉及納米銀、載銀納米氧化物抗菌劑在聚丙烯中的應用，并取得一定成果。但銀系抗菌劑也存在很多缺點，如易變色，耐熱性差，制造困難，成本高，在塑料中使用工藝復雜等，另外貴金屬毒害性還有爭議。在機械性能方面，聚丙烯在低溫或高應變速率下，由于吸收的沖擊能來不及及時傳遞而導致材料耐沖擊能力差、缺口敏感性強，從而大大限制了聚丙烯作為工程材料和結構材料的應用。為優(yōu)化聚丙烯性能，進一步擴大其應用范圍，國內外都進行了大量的聚丙烯增強增韌`改性的研究開發(fā)工作，已在多相共聚和共混改性方面取得了一定成果。例如中國專利CN201110308569.0公開了一種利用橡膠磺化增韌聚丙烯材料；中國專利CN201010214965.2公開了一種利用丁苯橡膠增韌改性聚丙烯材料及其制備方法；日本專利特開平6-190991公開了一種高密度聚乙烯/聚丙烯粘合復合材料；美國專利US20020010241A1公開了一種由聚丙烯和超高分子量聚乙烯組成的聚烯烴組合物。雖然上述專利報道了聚丙烯增韌改性，但是公開的報道中并沒有涉及聚丙烯力學性能和抗菌兩方面的研究。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種增強增韌抗菌聚丙烯組合物及其制備方法。該組合物利用添加無機抗菌劑賦予聚丙烯優(yōu)異的抗菌性能的同時，通過添加超長鏈高分子提高了聚丙烯的拉伸強度和缺口沖擊強度。[0005]在聚丙烯增韌改性研究中，最常用的增韌手段就是在塑料基體中引入柔性聚合物，當體系受到外力沖擊時，通過引發(fā)柔性聚合物周圍基體的銀紋及剪切屈服吸收大量沖擊能，從而提高基體的韌性。但這種方法存在致命的弱點，即雖然聚丙烯基體的韌性提高了，但往往造成拉伸強度和硬度的降低；另一方面，對于添加無機抗菌劑的聚丙烯體系，弓丨入柔性聚合物很容易在無機抗菌劑粒子表面形成包覆層，降低無機抗菌劑的抗菌效率。因此，簡單的在無機抗菌劑/聚丙烯體系中添加柔性聚合物，雖然在一定程度上提高聚丙烯的韌性，但是在很大程度上以犧牲無機抗菌劑的抗菌效率為代價。因此，在保證無機抗菌劑優(yōu)異抗菌性能的同時，如何提高聚丙烯力學性能是抗菌聚丙烯材料研究的難點之一。
[0006]很多研究者采用在聚丙烯基體中引入超長鏈高分子，利用超長分子鏈在基體中形成物理纏結的骨架結構，當材料受到外力作用時，基體中這種纏結的骨架吸收并傳遞沖擊能，以起到增強增韌的作用。例如，利用分子量極高的聚乙烯改性聚丙烯，使其與聚丙烯熔融共混形成線形互穿網絡或物理交聯(lián)網絡，當材料在外力作用下，網絡發(fā)生大變形，吸收外界能量，起到增強增韌的效果。但超高分子量聚乙烯分子量很長，彼此之間相互纏結，即使在熔點溫度以上，也保持彈性體的狀態(tài)而不具有流動性。
[0007]本發(fā)明采用線性低密度聚乙烯為載體，添加一定低分子量的烷烴與超高分子量聚乙烯熔融共混生成低粘度的超高分子量聚乙烯母粒；采用納米氧化鋅或二氧化鈦作為無機抗菌劑，然后將聚丙烯、超高分子量聚乙烯母粒、無機抗菌劑、接枝聚丙烯及其它助劑通過雙螺桿擠出機熔融共混擠出得到增強增韌抗菌聚丙烯材料。針對制備增強增韌抗菌聚丙烯材料的要求，本發(fā)明具有如下特性:(I)選擇納米氧化鋅或二氧化鈦作為無機抗菌劑；(2)選擇具有超長分子鏈的超高分子量聚乙烯作為有機填料，并利用線性低密度聚乙烯作為載體與超高分子量聚乙烯熔融共混擠出，制備得到超高分子量聚乙烯母粒；(3)在有效提高聚丙烯抗菌活性和力學強度的前提下，盡可能使用少量的無機抗菌劑和超高分子量聚乙烯母粒。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0009]第一方面，本發(fā)明涉及一種增強增韌抗菌聚丙烯組合物，包括如下重量百分比含量的各組分:
[0010]
【權利要求】
1.一種增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，包括如下重量百分比含量的各組分:聚丙烯54~87.7%,偶聯(lián)改性無機抗菌劑0.5~5%,超高分子量聚乙烯母粒10~30%,接枝聚丙烯I~8%,分散劑0.2~1%，穩(wěn)定劑0.2~1%，抗氧劑0.4~1%。
2.如權利要求1所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯母粒是由如下重量百分比含量的各組分組成:超高分子量聚乙烯30~50%,線性低密度聚乙烯30~40%，無機粉體10~15%,相容劑10~15%。`
3.如權利要求2所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為150~500萬。
4.如權利要求2所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述線性低密度聚乙烯密度為0.92g / cm3，熔融指數(shù)為24g / IOmin0
5.如權利要求2所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述無機粉體為碳酸鈣、滑石粉、碳纖維、玻璃纖維、二氧化硅、鈦酸鉀晶須中的一種或幾種。
6.如權利要求2所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述相容劑為液體石蠟，數(shù)均分子量為100~200g / mol。
7.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述聚丙烯為均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的一種或是二者的組合物；所述聚丙烯的熔融指數(shù)為I~25g / IOmin0
8.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述偶聯(lián)改性無機抗菌劑是采用偶聯(lián)劑進行表面改性的無機抗菌劑，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑的一種或幾種。
9.如權利要求8所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述無機抗菌劑為納米無機抗菌劑、復合雜化納米無機抗菌劑中的一種或幾種。
10.如權利要求8所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述表面改性溫度為60~70°C，偶聯(lián)劑用量為無機抗菌劑重量的0.5~2%。
11.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述接枝聚丙烯為馬來酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚丙烯中的一種或幾種的組合物。
12.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述分散劑為乙撐基雙硬脂酰胺、硬脂酸單甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的一種或幾種。
13.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為有機錫類穩(wěn)定劑。
14.如權利要求13所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為月桂酸二丁基錫、馬來酸二丁基錫、硫醇二丁基錫中的一種或幾種。
15.如權利要求1~6中任一項所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物，其特征在于，所述抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑；所述主抗氧劑為受阻酚類抗氧劑、硫酯類抗氧劑中的一種或幾種，所述輔抗氧劑為亞磷酸鹽類抗氧劑、酯類抗氧劑中的一種或幾種。
16.一種如權利要求1所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: A、將所述聚丙烯、偶聯(lián)改性無機抗菌劑、超高分子量聚乙烯母粒、接枝聚丙烯、分散劑、穩(wěn)定劑及抗氧劑在高速混合器中混合15~20分鐘； B、將混合后的原料加入雙螺桿擠出機中，經熔融擠出后冷卻造粒，即得；擠出工藝為:一區(qū)溫度180~190°C，二區(qū)溫度180~190°C，三區(qū)溫度190~200°C，四區(qū)溫度190~200°C，五區(qū)溫度190~200°C，六區(qū)溫度200~210°C，七區(qū)溫度200~210°C，八區(qū)溫度210~220°C，九區(qū)溫度210~220°C，機頭溫度200~210°C，螺桿轉速200~250轉/分鐘，壓力18~25MPa。
17.如權利要求16所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物的制備方法，其特征在于，所述偶聯(lián)改性無機抗菌劑是以乙醇或異丙醇作為分散劑，采用偶聯(lián)劑對無機抗菌劑進行表面改性制備而得；所述表面改性溫度為60~70°C，偶聯(lián)劑用量為無機抗菌劑重量的0.5~2%。
18.如權利要求16所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯母粒是由如下重量百分比含量的各組分組成:
19.如權利要求18所述的增強增韌抗菌聚丙烯組合物的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯母粒是通過如下步驟制備而得的:將所述超高分子量聚乙烯、線性低密度聚乙烯、無機粉體及相容劑在高速混合器中混合均勻，然后將混合物經雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出工藝為:一區(qū)溫度190~200°C，二區(qū)溫度190~200°C，三區(qū)溫度200~210°C，四區(qū)溫度200~210°C，五區(qū)溫度200~210°C，六區(qū)溫度210~220°C，七區(qū)溫度210~220°C，八區(qū)溫度215~225°C，九區(qū)溫度215~225°C，機頭溫度200~220°C，螺桿轉速200~250轉/ min，熔體壓力20~25MPa。
【文檔編號】C08L23/14GK103627088SQ201310633384
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權日:2013年12月2日
【發(fā)明者】劉思俊, 徐少洪, 陳超, 趙斌, 劉光武, 金彩虹, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司