光催化抗菌生物质木塑复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其是一种光催化抗菌生物质木塑复合 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 生物质（木塑）复合材料是指以木本、禾本和藤本植物及林产品废弃物等可再生生 物质资源为原材料，通过物理、化学和生物工程学等高技术手段，加工制造为性能优异，环 境友好，品种多样，附加值高，用途广泛并能替代石化、矿产资源产品，具有现代科技特点的 一类新型材料。该材料具有五大优点，即：原料多样化；制备可塑化；产品环保化；应用经济 化和再生低碳化。生物质（木塑）复合材料所具有的各种优点广泛应用于建筑、装修、家具、 交通、物流、包装等领域。
[0003] 目前木塑抗菌材料广泛采用季铵盐活性抗菌剂和恶唑烷酮类活性抗菌剂，例如， 中国专利201010118850. 3中公开了一种高性能抗菌木塑复合材料及其制备方法，其将含 有季铵盐活性抗菌单体和恶唑烷酮类活性抗菌单体的无水乙醇溶液喷洒在植物纤维表面， 经搅拌、干燥、氮化及C〇60辐射进行表面接枝改性植物纤维粉，再将改性植物纤维粉与塑 料共混而得复合材料。上述抗菌剂以其缓释、长效、低毒、安全的抗菌性被广泛采用，但其杀 菌效果对部分微生物效果不好，特别是对某些病毒；而且受有机物影响较大；木塑复合材 料在加热成型过程中会释放有毒物质对人体有一定的危害；木塑复合材料中含有的钙、镁、 铝等金属离子对季铵盐类抗菌剂有拮抗作用。这些问题都将给木塑的应用带来不良的影 响。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种抗菌与杀菌效果好、安全无毒的光催化抗菌 生物质木塑复合材料；本发明还提供了一种光催化抗菌生物质木塑复合材料的制备方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明主要由下述重量份数的成分组成：热塑性塑料25~ 75份；木质粉料15~75份；无机填充物5~20份；改性纳米TiO 2载Ag+、Cu2+复合抗菌剂 1~10份；阻燃剂1~5份；润滑剂1~10份；偶联剂1~8份。
[0006] 本发明所述热塑性塑料为为聚乙烯（PE )、聚丙烯（PP )、聚苯乙烯（PS )、聚氯乙 烯（PVC )中的一种或几种，其为5~80目的粒状或片状颗粒，水分小于0. 5wt%。
[0007] 本发明所述木质粉料为木粉、植物秸杆粉、植物种壳中一种或几种，其粒径为 40~60目，长径比为8~14,水分小于2wt%，燃烧灰分小于3wt%。
[0008] 本发明所述无机填充物为滑石粉、碳酸钙、粉煤灰和高炉灰中的一种或两种，其粒 径为1000目至15 μ m。
[0009] 本发明所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺、三聚氰胺脲氰酸盐和十溴二 苯醚中的一种或几种。
[0010] 本发明所述润滑剂为中塑光禹（北京)化学品科技有限公司生产的SUNLUB1400、美 国Struktol公司生产的TWP104、硬脂酸及硬脂酸盐、PE赌(聚乙稀赌）中的一种或几种。 [0011] 本发明所述偶联剂为马来酸酐接枝聚乙烯、PA系列高效润滑分散相容偶联剂、双 (二辛基焦磷酸酯）羟乙酸酯钛酸酯中的一种或两种。
[0012] 本发明所述改性纳米TiO2载Ag+、Cu2+复合抗菌剂由下述工艺制备而成：首先 将硫酸氧钛配制成的Ti 4+浓度为0. 1~lmol/L的溶液，然后在溶液中加入尿素，搅拌使 其溶解为均匀的溶液A，其中反应物摩尔配比为Ti0S04:C0(NH 2)2=l:2 ;配置浓度为0. 1~ 0. 2mol/L硝酸银溶液、0. 12mol/L硝酸铜和0. lmol/L的磷酸溶液，将三种溶液混合成溶液 B ;将100mL溶液B滴入强烈搅拌的200ml溶液A中，同时加入200ml、0.0 lmol/L聚乙二醇 PEG2000或KR-138S (双（二辛基焦磷酸酯）羟乙酸酯钛酸酯）为表面改性剂，形成混合溶 液；将混合溶液加热到80~120°C反应，得到白色沉淀；将白色沉淀陈化2~5h后离心分 离，水洗至无 S042_，再用无水乙醇洗涤，干燥、600~800°C煅烧，得到改性纳米TiO2载Ag+、 Cu2+抗菌剂粉体。
[0013] 本发明所述复合材料还含有增韧剂、抗氧剂、光/热稳定剂、着色剂中的一种或几 种。
[0014] 本发明方法的工艺步骤如下所述：（1)预混合：将改性纳米TiO2载Ag+、Cu 2+复合 抗菌剂粉体与无机填充物、偶联剂及阻燃剂经高速搅拌机混合制成抗菌助剂混合物； (2) 混合：将除步骤（1)外其他原料加入至高混机高速混合升温至80~KKTC，然后加 入抗菌助剂混合物，混合升温至110~130°C，均匀混合后下料至冷混机混合冷却至50°C， 得到混合物料； (3) 造粒：将混合物料挤出机中进行混炼、塑化、挤出胶块状物料，胶块状物料经风冷式 螺旋粉碎机破碎至小于40目粒径，得到木塑复合材料颗粒； (4 )挤出成型：将木塑复合材料颗粒加入至挤出机中进行塑化挤出、冷却定型而制得所 述的复合材料。
[0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用改性纳米1102载4 8+、Cu2+ 复合抗菌剂粉体与(废旧）PE塑料、（废）杨木粉及其它助剂为原料，解决了木塑复合材料霉 腐真菌感染和白蚁等昆虫危害，而且环境友好、减少资源浪费。本发明采用纳米TiO 2载八8+、 Cu2+复合抗菌剂粉体，具有抗菌与杀菌效果迅速高效，安全无毒、无耐药菌产生、彻底、持久、 稳定和广谱抗菌性等特点，同时具有TiO 2光催化抗菌防霉和Ag+、Cu2+抗菌杀菌的双重长效 性的特点。
[0016] 本发明采用KR-138S对纳米1102载48+、Cu 2+复合抗菌剂粉体进行了改性，得到 改性纳米1102载Ag+、Cu2+复合抗菌剂粉体；采用该复合抗菌粉体材料，银器小的比表面积 和强吸附性能，使纳米抗菌功能基团与塑料颗粒及木粉充分混合，制成纳米抗菌生物质（PE 木塑）复合材料。本发明采用化学共沉淀法制备Ag+、Cu2+参杂纳米TiO 2粉体，可获得连续 致密、颗粒尺寸为10~60nm的1102多晶锐钛矿型载Ag+、Cu 2+纳米粉体；本抗菌剂不但利 用Ag+、Cu2+抗菌杀菌功能，还利用了纳米TiO 2的光催化抗菌抑菌功能，实现了长时高效的 多重杀菌功能。本发明还利用了 Cu2+取代部分Ag+，解决了 Ag+变色，降低了成本，提高了抗 菌活性，增强了抗菌能力。本发明中的锐钛矿型纳米1102具有比表面积大、高分散性、氧化 活性高、稳定性强、对人体无毒理化性能，以及对细菌、病毒细胞的分解和降解见效快、耐久 性好、无二次污染的特点，且具有广谱抗菌性等抗菌功能。
[0017] 本发明方法将废旧热塑性塑料、废木质粉料与纳米TiO2载Ag+、Cu2+复合抗菌剂粉 体及其它助剂以不同比例经高速混合、低温混炼、塑化、挤出成型，经常规木塑制备工艺处 理，工艺简单，不改变原有工艺，且形成的抗菌生物质（PE木塑)复合材料各方面的性能均明 显提尚。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0019] 实施例1 :本光催化抗菌生物质木塑复合材料采用下述原料配比以及制备方法。
[0020] 本生物质木塑复合材料由下述成分构成：废旧PE塑料35份，废杨木粉70份，滑石 粉12份，改性纳米TiO 2载Ag+Xu2+复合抗菌剂粉体3份，氢氧化铝2份，美国Struktol公 司生产的TWP104 6份，双（二辛基焦磷酸酯）羟乙酸酯钛酸酯5份，增韧剂5份，抗氧剂5 份，光/热稳定剂4份，着色剂4份。
[0021] 制备工艺：（1)分别取改性纳米TiO2载Ag+、Cu2+复合抗菌剂粉体、润滑剂、阻燃 剂、无机填充物加入到高速搅拌机中进行高速混合，充分混合均匀，得到抗菌助剂混合物， 出料备用； (2)分别取废旧PE塑料、废木粉和润滑剂、其它添加剂加入到高混机机中进