CN108948713A - 一种抗菌pc母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌PC母粒及其制备方法。所述抗菌PC母粒其原料按质量份计包括：PC树脂70‑100份、剑麻纤维或改性剑麻纤维10‑50份、阻燃剂5‑10份、增韧剂5～8份、分散剂1‑5份、抗菌剂1‑3份。本发明制备工艺简单，易于操作，制备出的抗菌PC母粒具有良好的分散性，表现出了优异的抗菌化能力、阻燃性能和力学性能，有较广阔的应用前景。

Description

一种抗菌PC母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种抗菌PC母粒及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，塑料制品的应用领域也在不断扩大，小到生活中常用的各种购物袋、垃圾袋、塑料桶以及包装袋等，大到汽车、家电、通信、高档工具等行业，塑料制品的应用领域在不断拓宽的同时也在慢慢向高级行业领域发展，相对于普通应用行业，高级领域的品质要求较高，就要求塑料制品有更好的质量。
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。然而由于PC合金材料自身的结构，其氧指数低，易燃烧、燃烧速度快、并伴有滴落现象，容易发生火灾且不易熄灭，这使其应用领域受到了极大地限制，尤其是在汽车功能件、家用电器方面
为了能提高塑料制品的性能，常用的方法是加入填充母粒进行改性。现阶段国内外在该领域主要围绕着如何提高填料在塑料基体中的分散能力、薄膜透明性、界面作用、力学性能、硬度性能、吸收率、抗冲击性能等综合性能进行展开。将无机填料(如碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石等)经适当表面处理，再加入载体树脂及分散剂，渗入到塑料基体中，制备成填充母粒最终用于塑料制品中。目前，对塑料及其制品的填充改性研究中，碳酸钙应用最为广泛的无机填料，但其吸油值大、产品吸光性高、产品表面会呈现亚面和雾面效果，且填充量过大会使产品的力学性能严重下降，往往不能满足高韧性、高力学强度、高韧性产品的需求。
因此，开发一种抗菌PC母粒有着重要的现实意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种抗菌PC母粒及其制备方法。
具体技术方案如下：
一种抗菌PC母粒，其原料按质量份计包括：PC树脂70-100份、剑麻纤维或改性剑麻纤维10-50份、阻燃剂5-10份、增韧剂5～8份、分散剂1-5份、抗菌剂1-3份。
优选的，一种抗菌PC母粒，其原料按质量份计包括：PC树脂70-100份、改性剑麻纤维10-50份、阻燃剂5-10份、增韧剂5～8份、分散剂1-5份、抗菌剂1-3份。
优选的，所述改性剑麻纤维制备方法为：将剑麻纤维加入至浓度为0.1-0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：(1-5)(g/mL)，超声处理后得到混合物；接着加入混合物质量1-3％的植物提取物，继续进行超声处理，过滤后得到过滤后的纤维，用水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性，干燥后得到改性剑麻纤维。
优选的，所述植物提取物包括薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物中的一种或多种。
进一步优选的，所述植物提取物由薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物按质量比(1-6)：(1-6)：(1-6)混合而成。
优选的，所述阻燃剂包括二乙基次磷酸锌、三聚氰胺磷酸酯、复合阻燃剂中的一种或多种。
优选的，所述复合阻燃剂按质量百分数由以下原料制备而成：磷酸三铵18-30％、偏硼酸钡1-4％、氢氧化镁6-12％、氧化钙1-3％、双季戊四醇8-15％、改性剂0.5-1.5％、余量为聚磷酸铵。
优选的，所述复合阻燃剂的制备方法为：按质量百分数比例称量各原料组分；先将磷酸三铵、聚磷酸铵混合，混匀后加入改性剂，置于50-95℃下进行搅拌，混匀后再加入偏硼酸钡、氢氧化镁、氧化钙、双季戊四醇，混匀后即得。
可选的，所述增韧剂为POE-g-GMA。
可选的，所述分散剂为甲基硅油和/或蒙旦蜡。
可选的，所述抗菌剂为纳米氧化锌或聚六亚甲基胍磷酸盐。
本发明还公开了抗菌PC母粒的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ.按质量份组成称取各原料组分，混匀后得到混合料；
Ⅱ.将上述混合料送入双螺杆挤出机进行造粒，经冷却、干燥后得到抗菌PC母粒。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明制备工艺简单，易于操作，制备出的抗菌PC母粒具有良好的分散性，表现出了优异的抗菌化能力、阻燃性能和力学性能，且对环境污染较小，有较广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例中各原料及设备介绍：
PC树脂，型号韩国三星HM-3301GL，购自苏州驰滕塑胶有限公司。
POE-g-GMA，甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的POE，型号SOG-02，佳易容相容剂有限公司。
纳米氧化锌，CAS号：1314-13-2，粒径200nm，河北鑫浪化工科技有限公司。
聚六亚甲基胍磷酸盐，CAS号：89697-78-9，型号：ANP-25P，广东奥纳新材料有限公司。
二乙基次磷酸锌，CAS号：284685-45-6，平均粒径小于40μm，型号FR-ZDP，购自广州市寅源新材料科技有限公司。
三聚氰胺磷酸酯，CAS号：20208-95-1，产品编号：M850103，购自上海麦克林生化科技有限公司
磷酸三铵，CAS号：10124-31-9，购自上海朋索生化科技有限公司。
偏硼酸钡，CAS号：13701-59-2，粒度325目，购自郑州市中原区源丰化工产品商行。
氢氧化镁，CAS号：1309-42-8，粒度325目，购自广州泽丹鹿贸易有限公司。
氧化钙，CAS号：73018-51-6，粒度125目，购自深圳市绿力科技有限公司。
双季戊四醇，CAS号：126-58-9，产品编号：D806414，购自上海麦克林生化科技有限公司。
硬脂酸，CAS号：57-11-4，产品编号：S108289，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
聚磷酸铵，CAS号：14728-39-3，平均聚合度大于200，型号APPⅡ，购自济南豪邦化工有限公司。
甲基硅油，CAS号：650-000，型号201，运动粘度(25℃)mm4/s为350±18，济南国邦化工有限公司。
薄荷叶，品种椒样薄荷，货号为bcxm041，由青岛百草香芳香植物有限公司提供。
芭蕉叶，芭蕉品种为西贡蕉，产地广西南宁。
桉木，品种巨尾桉，木片状，由福建省漳州市南靖国有林场提供。
剑麻纤维，规格90mm，一级品，购自广西龙州强力麻业有限公司。本发明实施例中在使用剑麻纤维前，先将其剪短成3mm长的短纤维。
薄荷提取物的制备方法为：取薄荷叶置于55℃下干燥48h，粉碎至80目，得到薄荷粉末；将上述薄荷粉末置于2L萃取槽中，加入薄荷粉末质量4倍的50wt％乙醇水溶液，超临界萃取2.5h，萃取压力为20MPa，萃取温度40℃，分离压力5MPa，分离温度35℃，得超临界萃取物和超临界萃余物；向上述超临界萃余物中加入超临界萃余物质量20倍的50wt％甲醇水溶液，置于60℃下超声处理20min，所述超声处理的超声功率为350W、超声频率为30kHz，得到超声提取液；合并上述超临界萃取物和超声提取液，经150目滤布过滤，所得滤液置于50℃、绝对压力为0.05MPa的条件下浓缩至含水量为4％，得到薄荷提取物。
芭蕉叶提取物的制备方法为：芭蕉叶进行清洗，清除泥土及杂物，剪成5cm×5cm左右的碎片，接着在80℃下干燥12h，粉碎至40目，得到干粉；向所得干粉中加入10w％的氢氧化钠水溶液，其中所述干粉与氢氧化钠水溶液的质量体积比为1:3(g/mL)，在80℃下提取45min，经80目滤布过滤，所得滤液置于50℃、绝对压力为0.08MPa的条件下浓缩至含水量为4％，得到所述芭蕉叶提取物。
桉木提取物的制备方法与芭蕉叶提取物的制备方法相同。
超声分散处理设备为VGT-1012F型纳米分散仪，购自深圳市威固特洗净设备有限公司。
超临界萃取设备为HY-OES-2L型超临界萃取机，购自东莞市海洋超声波科技有限公司。
超声处理设备为VS-040HAL型高频超声波清洗机，购自无锡沃信仪器制造有限公司。
研磨设备为JMF-80型胶磨机，购自广州恒东机械设备科技有限公司。
实施例1
一种抗菌PC母粒，由以下质量份计的原料组成：PC树脂85份、剑麻纤维15份、二乙基次磷酸锌2份、三聚氰胺磷酸酯2份、复合阻燃剂2份、POE-g-GMA 6份、甲基硅油3份、纳米氧化锌0.5份、聚六亚甲基胍磷酸盐0.5份。
所述复合阻燃剂的制备方法为：按质量百分数比例称取磷酸三铵20％、偏硼酸钡3％、氢氧化镁8％、氧化钙1％、双季戊四醇8％、硬脂酸1％、聚磷酸铵59％；先将磷酸三铵、聚磷酸铵混合，先置于30℃、500r/min的条件下搅拌20min，接着加入硬脂酸，在50℃、1000r/min的条件下搅拌5min，再加入偏硼酸钡、氢氧化镁、氧化钙、双季戊四醇，继续在30℃、500r/min的条件下搅拌40min，即得。
所述抗菌PC母粒的制备方法，包括以下步骤：
Ⅰ.按质量份组成称取并混合各原料组分，在300r/min、40℃的条件下搅拌20min，得到混合料；
Ⅱ.将上述混合物经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度190℃，二区温度210℃，三区温度230℃，四区温度240℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度240℃，八区温度240℃，九区温度240℃，十区温度250℃，机头温度260℃；螺杆转速为600转/分钟，长径比为40：1，在螺杆的剪切、混炼及输送下，经孔状口模流出，冷却至30℃后经切料机热切成3mm×3mm的圆柱状粒料，100℃下干燥30min，即得抗菌PC母粒。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：
所述抗菌PC母粒，由以下质量份计的原料组成：PC树脂85份、剑麻纤维15份、二乙基次磷酸锌3份、三聚氰胺磷酸酯3份、POE-g-GMA 6份、甲基硅油3份、纳米氧化锌0.5份、聚六亚甲基胍磷酸盐0.5份。
抗菌PC母粒
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：
所述抗菌PC母粒，由以下质量份计的原料组成：PC树脂85份、剑麻纤维15份、三聚氰胺磷酸酯3份、复合阻燃剂3份、POE-g-GMA 6份、甲基硅油3份、纳米氧化锌0.5份、聚六亚甲基胍磷酸盐0.5份。抗菌PC母粒
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：
所述抗菌PC母粒，由以下质量份计的原料组成：PC树脂85份、剑麻纤维15份、二乙基次磷酸锌3份、复合阻燃剂3份、POE-g-GMA 6份、甲基硅油3份、纳米氧化锌0.5份、聚六亚甲基胍磷酸盐0.5份。抗菌PC母粒
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：
所述抗菌PC母粒，由以下质量份计的原料组成：PC树脂85份、剑麻纤维15份、POE-g-GMA 6份、甲基硅油3份、纳米氧化锌0.5份、聚六亚甲基胍磷酸盐0.5份。抗菌PC母粒
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述剑麻纤维替换为改性剑麻纤维。
所述改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维加入至0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：3(g/mL)，在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理15min，得到混合物，接着向所得混合物中加入混合物质量1.5％的植物提取物，继续在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理20min，经80目滤布过滤得到过滤后的纤维，再用去离子水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性后置于80℃下干燥6h，得到改性剑麻纤维。
所述植物提取物由薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物按质量比1：1：1的质量比混合而成。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述剑麻纤维替换为改性剑麻纤维。
所述改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维加入至0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：3(g/mL)，在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理15min，得到混合物，接着向所得混合物中加入混合物质量1.5％的植物提取物，继续在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理20min，经80目滤布过滤得到过滤后的纤维，再用去离子水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性后置于80℃下干燥6h，得到改性剑麻纤维。
所述植物提取物由薄荷提取物、芭蕉叶提取物按质量比1：1的质量比混合而成。
实施例7
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述剑麻纤维替换为改性剑麻纤维。
所述改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维加入至0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：3(g/mL)，在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理15min，得到混合物，接着向所得混合物中加入混合物质量1.5％的植物提取物，继续在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理20min，经80目滤布过滤得到过滤后的纤维，再用去离子水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性后置于80℃下干燥6h，得到改性剑麻纤维。
所述植物提取物由芭蕉叶提取物、桉木提取物按质量比1：1的质量比混合而成。
实施例8
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述剑麻纤维替换为改性剑麻纤维。
所述改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维加入至0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：3(g/mL)，在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理15min，得到混合物，接着向所得混合物中加入混合物质量1.5％的植物提取物，继续在超声波频率为80kHz、超声波功率为500W的条件下超声波处理20min，经80目滤布过滤得到过滤后的纤维，再用去离子水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性后置于80℃下干燥6h，得到改性剑麻纤维。
所述植物提取物由薄荷提取物、桉木提取物按质量比1：1的质量比混合而成。
测试例1
抗菌性能测试：参考GB21551.2-2010规定，对实施例1-8中抗菌PC母粒的抗菌性能进行测试。检测用菌：大肠杆菌(ATCC25922)、白色念珠菌(ATCC10231)。具体测试结果见表1。
表1：抗菌性能测试结果表
由测试结果可知，本发明抗菌PC母粒具有优异的抗菌性能。
测试例2
氧指数测定：对实施例1-8以及对比例1中抗菌PC母粒的氧指数进行测试。
测试方法：先将实施例1-8以及对比例1中抗菌PC母粒和普通PC颗粒(牌号台湾奇美PC 110L，购自上海益千塑化科技有限公司)按10:90的质量比混合，采用常规方法在注塑机(型号AMC-350，购自深圳市中研深拓科技有限公司)上制成130mm×6.5mm×3mm的实验样片，普通PC颗粒也通过同样的方法制成相同规格PC样片，接着采用氧指数仪(型号HC22型，购自南京江宁分析仪器厂)，按照GBT 2406.2-2009规定的塑料用氧指数法测定氧指数，环境温度控制在25℃，检测结果如表2所示。
表2：氧指数测试结果表
比较表中测试结果可知，实施例1中阻燃剂由二乙基次磷酸锌、三聚氰胺磷酸酯、复合阻燃剂组成，所得PC样片的氧指数明显高于实施例2-4(二乙基次磷酸锌、三聚氰胺磷酸酯、复合阻燃剂任意二者复配)以及对比例1(未使用阻燃剂)。
测试例3
力学性能测试：将实施例1以及是实力5-8制得的抗菌PC母粒添加到PC树脂(型号韩国三星HM-3301GL，购自苏州驰滕塑胶有限公司)中，按常规工艺制成规格相同的PC塑料，其中所述母粒与PC树脂的质量比为20：80，然后按GB/T1040-2006的规定测试拉伸强度及断裂伸长率，测试仪器为LDX-100型拉力试验机(购自北京兰德梅克科技开发有限公司)，测试速度为50mm/min。结果如下表3所示。
表3：力学性能测试结果表
组别 拉伸强度/Mpa
PC树脂 30.1
实施例1 34.6
实施例5 51.6
实施例6 39.7
实施例7 44.8
实施例8 41.2
比较表中测试结果可知，实施例6-8中阻燃剂由薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物任意两种组分对剑麻纤维进行改性，所得PC塑料的力学性能明显高于实施例1(剑麻纤维未改性)；进一步地，实施例5采用由薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物组成的植物提取物对剑麻纤维进行改性，进一步提高了PC塑料的力学性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡依本发明专利构思所述的原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内；本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗菌PC母粒，其特征在于，其原料按质量份计包括：PC树脂70-100份、剑麻纤维或改性剑麻纤维10-50份、阻燃剂5-10份、增韧剂5～8份、分散剂1-5份、抗菌剂1-3份。
2.如权利要求1所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述改性剑麻纤维制备方法为：将剑麻纤维加入至浓度为0.1-0.3mol/L的氨水溶液中，其中所述剑麻纤维与氨水溶液的质量体积比为1：(1-5)(g/mL)，超声处理后得到混合物；接着加入混合物质量1-3％的植物提取物，继续进行超声处理，过滤后得到过滤后的纤维，用水对过滤后的纤维进行洗涤，洗涤至中性，干燥后得到改性剑麻纤维。
3.如权利要求2所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述植物提取物包括薄荷提取物、芭蕉叶提取物、桉木提取物中的一种或多种。
4.如权利要求1所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述阻燃剂包括二乙基次磷酸锌、三聚氰胺磷酸酯、复合阻燃剂中的一种或多种。
5.如权利要求4所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述复合阻燃剂按质量百分数由以下原料制备而成：磷酸三铵18-30％、偏硼酸钡1-4％、氢氧化镁6-12％、氧化钙1-3％、双季戊四醇8-15％、改性剂0.5-1.5％、余量为聚磷酸铵。
6.如权利要求5所述PC阻燃母粒，其特征在于，所述复合阻燃剂的制备方法为：按质量百分数比例称量各原料组分；先将磷酸三铵、聚磷酸铵混合，混匀后加入改性剂，置于50-95℃下进行搅拌，混匀后再加入偏硼酸钡、氢氧化镁、氧化钙、双季戊四醇，混匀后即得。
7.如权利要求1所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述增韧剂为POE-g-GMA。
8.如权利要求1所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述分散剂为甲基硅油和/或蒙旦蜡。
9.如权利要求1所述抗菌PC母粒，其特征在于，所述抗菌剂为纳米氧化锌或聚六亚甲基胍磷酸盐。
10.一种如权利要求1所述的抗菌PC母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
Ⅰ.按质量份组成称取各原料组分，混匀后得到混合料；
Ⅱ.将上述混合料送入双螺杆挤出机进行造粒，经冷却、干燥后得到抗菌PC母粒。
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