CN103044795A - 一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法，该材料由以下按重量百分比计的原料组成：聚苯乙烯96～98%，TiO2/ZnO复合抗菌粒子1～3%，偶联剂0.2～1%，分散剂0.2～1%，抗氧剂0.1～1%。其制备方法为：将除聚苯乙烯以外的组分用高速混料机进行预混合；再将预混合混匀的物料与聚苯乙烯一起放入高速混料机进行混合；最后将混匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却造粒制得。本发明的聚苯乙烯材料具有优异的抗菌性能和良好的透明性，并且对基体树脂原有的力学性能影响很小，具有广阔的应用前景。

Description

一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
聚苯乙烯（PS）作为五大通用塑料之一，具有质轻、价廉、尺寸稳定性和电性能好、制品透明、易于加工成型等优点，广泛应用于汽车、家用电器、仪表外壳、儿童玩具、办公用品、运动器材、包装等领域。但是聚苯乙烯制品在加工生产、运输、储存和使用过程中易被微生物污染，对人们的身体健康会造成一定的危害。随着人们生活水平和健康意识的不断提高，对聚苯乙烯的抗菌性能要求愈发强烈，特别是作为日常生活用品和儿童用品使用时。因此，开发具有抗菌性能的聚苯乙烯材料，对人们的身体健康及环保事业有着十分重要的现实意义。
目前对抗菌聚苯乙烯的研究还比较少，中国专利CN 102276937A发明了一种抗菌聚苯乙烯组合物，使用聚胍/聚硅酸盐作为复合抗菌剂，虽然组合物具有优异的抗菌性能，但由于复合抗菌剂的制备过程相当复杂，难以工业化生产，存在明显的缺陷。
二氧化钛（TiO2）因具有无毒、无味、无刺激性，稳定性强等特点，近年来作为一种新型的抗菌材料备受人们关注。如中国专利CN 101659773A公开了一种纳米TiO2-聚苯乙烯微球复合物及其制备方法，然而其制备过程包括对纳米TiO2改性、制备聚苯乙烯微球和TiO2在聚苯乙烯微球表面吸附，难以规模化生产。此外由于纳米TiO2的杀菌性能主要是利用太阳光、照明灯中的紫外光激发使电子发生跃迁，对光利用率不高，特别是在光缺乏的环境中，其抗菌作用较弱，因此需要对其进行改性及优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌透明聚苯乙烯材料及其制备方法，其中抗菌粒子分散均匀，制得的聚苯乙烯材料具有优异的抗菌性能和良好的透明性，能更好地满足现实对材料的抗菌和使用要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种抗菌透明聚苯乙烯材料，由下列重量百分比计的原料配制成：
Figure BDA00002601492900021
其中所述的聚苯乙烯为通用级聚苯乙烯（GPPS）和高抗冲聚苯乙烯（HIPS）中的一种或两种组合。
所述的复合抗菌粒子是以锐钛矿型纳米二氧化钛（TiO2）粒子为基质，掺杂10%纳米氧化锌（ZnO），采用球磨法使两者混合均匀而得到。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或几种组合。
所述的分散剂为聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或两种组合。
所述的抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
上述抗菌透明聚苯乙烯材料的制备方法如下：
1）将复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂放入高速混料机中进行预混合，混料时间为5～10分钟；
2）将步骤1）混合均匀的物料与聚苯乙烯一起放入高速混料机进行混合，混料时间为5～15分钟；
3）将步骤2）混合均匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却造粒制得，其工艺为：一区180～190℃，二区190～200℃，三区200～210℃，四区195～205℃，压力为12～18MPa。
为了改善聚苯乙烯的抗菌性能，本发明的技术方案是先对纳米TiO2粒子进行ZnO掺杂处理，降低TiO2电子跃迁的禁带宽度，使其吸收光波发生红移，增加光的响应范围，从而提高在阳光或照明光下的光催化活性。抗菌粒子通过与偶联剂和分散剂的预混合步骤，增加了在聚苯乙烯基体中的分散程度，最终提高材料的抗菌性能。
本发明的优点是：
1、本发明通过对纳米TiO2粒子进行掺杂ZnO处理，提高了TiO2粒子在光缺乏环境中的抗菌能力，在较弱的可见光作用下就具有较强的抗菌作用，从而制备得到具有优异抗菌性能的聚苯乙烯材料。
2、通过与偶联剂和分散剂的预混合步骤，有效提高了抗菌粒子在基体树脂中的分散程度，大大提高了聚苯乙烯材料的透明性和抗菌性能。
3、本发明提出的抗菌透明聚苯乙烯材料对聚苯乙烯本身的力学性能影响很小，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在实施例及对比例复合材料配方中，聚苯乙烯选用扬子巴斯夫公司生产的HIPS，商品牌号为466F。纳米TiO2粒子选用锐钛矿二氧化钛，其粒径≤5nm，比表面积＞200m2/g。纳米ZnO粒子：上海化工有限公司生产。偶联剂选用硅烷偶联剂（KH550，市售）。分散剂选用聚乙烯蜡（市售）。主抗氧剂为Ciba公司产的1010，商品牌号为Irganox 1010，化学名称为四[β-（3，5-二叔丁基4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）。辅抗氧剂为Ciba公司产的168，商品牌号为Irgafos 168，化学名称为三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯。
将复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂放入高速混料机中进行预混合，混料5～10分钟；再将预混合混匀的物料与聚苯乙烯一起放入高速混料机进行混合，混料5～15分钟；最后将混匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却造粒制得聚苯乙烯材料，其工艺为：一区180～190℃，二区190～200℃，三区200～210℃，四区195～205℃，压力为12～18MPa。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法制备的粒子材料，在90～100℃的鼓风烘箱中干燥2～3小时，然后再将干燥好的粒子在注射成型机上进行注射成型制样。
拉伸性能测试：按ISO 527-2标准进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度为50mm/min。
弯曲性能测试：按ISO 178标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm。
简支梁冲击强度测试：按ISO 179标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。
热变形温度测试：按ISO 75标准进行，试样尺寸为120×10×4mm，载荷为0.45MPa。
透光率测试：按GB/T 2410-1998标准进行。
抗菌性能参照QB/T 2591-2003《抗菌塑料—抗菌性能试验方法和抗菌效果》（贴膜法）测试，检测菌种：大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
实施例及对比例的配方及各项性能测试结果见下各表：
表1实施例1～3及对比例1～7材料配方表（重量%）
Figure BDA00002601492900041
表2实施例1～3及对比例1～7测试结果
Figure BDA00002601492900042
从表中可以看出，对比例2～4填充纳米TiO2粒子的聚苯乙烯材料的抗菌性能明显不如实施例1～3，这是由于复合抗菌粒子中掺杂的部分纳米ZnO增强了材料的抗菌效果。对比例5～7由于没有加入偶联剂（KH550）和分散剂（聚乙烯蜡），聚苯乙烯材料的力学性能、透光率及对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率都有大幅度下降，这主要是由于抗菌粒子表面能高，在聚苯乙烯树脂中团聚造成的。而实施例1～3通过填充复合抗菌粒子，添加偶联剂和分散剂制备得到的聚苯乙烯材料具有优异的抗菌效果，并且对材料原有性能影响很小，保持了良好的力学性能和透光率。

Claims (7)

1.一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：由下列重量百分比计的原料配制成：
Figure FDA00002601492800011
2.根据权利要求1所述的一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的聚苯乙烯为通用级聚苯乙烯和高抗冲聚苯乙烯中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的复合抗菌粒子是以锐钛矿型纳米二氧化钛粒子为基质，掺杂10%纳米氧化锌，采用球磨法使两者混合均匀而得到。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡和聚丙烯蜡中的一种或两种组合。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌透明聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅助抗氧剂。
7.一种制备权利要求1所述的抗菌透明聚苯乙烯材料的方法，其特征在于：其步骤如下：
1）将复合抗菌粒子、偶联剂、分散剂和抗氧剂放入高速混料机中进行预混合，混料时间为5～10分钟；
2）将步骤（1）混合均匀的物料与聚苯乙烯一起放入高速混料机进行混合，混料时间为5～15分钟；
3）将步骤（2）混合均匀的物料经双螺杆挤出机熔融挤出后冷却造粒制得，其工艺为：一区180～190℃，二区190～200℃，三区200～210℃，四区195～205℃，压力为12～18MPa。
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