无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料及其制备方法。称取聚丙烯原料、无卤阻燃剂以及改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀。然后将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制一定的温度以及螺杆转速，对产物进行造粒即得到无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒。采用本法制备的无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯，阻燃性能优良，抗菌性能以及抗老化性能良好，机械性能好，成本低，制备加工方便，适合工业化生产。
【专利说明】无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化工【技术领域】，具体涉及一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚合物因其具有生产成本低、机械性能好、无毒、质轻、耐腐蚀、电性能好、易加工、易回收等诸多优点，被广泛用于生产生活中。但其在使用过程中也会遇到各种各样的问题。
[0003]首先大多数高分子都属于易燃材料，一般聚合物的极限氧指数(LOI)只有17~20%，并且燃烧时会产生很多有毒且具有腐蚀性的气体和烟尘，因此，由其引起的火灾所造成的后果就更为严重。
[0004]其次塑料在加工、贮存和使用过程中，极易受内外因素的综合作用，引起化学结构的变化和破坏，从而导致其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值。目前发生老化的外界或环境因素主要是臭氧、紫外线、热、水等等。紫外线极易破坏高分子的长链结构，引发高分子链的降解，最终导致高分子机械、电等性能的下降，从而使其丧失使用价值，是现在塑料使用的第一大杀手。
[0005]另外随着生活水平的提高，人们越来越注意健康问题，但是环境破坏越来越严重，各种疾病的发生率越来越高。据统计，全世界每年死亡人数中大约有1700万人是因细菌感染而引起的。人们每天都有可能接触到各类带菌的物体，例如电话、洗衣机、电脑、电器开关等，都会成为细菌污染源和疾病传播源。为了解决这方面的问题，科学家们开始寻找一种新的方法使材料本身具有抗菌或杀菌的功能。抗菌塑料是抗菌材料中的一个分支，是一类具有抗菌和杀菌功能的材料，通常在塑料里添加一种或几种抗菌剂而制成，它可以在一定的时间内将粘在塑料上的细菌杀死或抑制其繁殖，与常规的化学和物理方法相比，使用抗菌塑料杀菌时效长，既经济又方便。由于塑料制品在日常生活中用量大、使用面广，所以开发抗菌塑料对改善人们的生活环境，减少疾病发生率、保护人们的身体健康等，都具有十分重要的现实意义。近20年来国内外投入了大量的人力物力，开发抗菌塑料产业，取得了显著的经济效益和社会效益。
[0006]膨胀型阻燃剂(IFR) —般是以P、N、C元素为核心成分的复合阻燃剂。通常由碳源(成炭剂)、酸源(脱水剂)和气源(膨胀剂)三部分组成。燃烧时，各组份间发生化学反应生成多孔膨胀炭层，该炭层能起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴作用，从而达到阻燃目的。本发明采用磷氮类膨胀型阻燃剂作为阻燃剂，该阻燃剂绿色、环保，燃烧过程中不产生有毒气体，且阻燃效率高，价格低廉。同时加入了少量纳米氧化锌作为阻燃协效剂，大幅度提高了阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量，这对于降低复合材料的成本，提高其机械性能等均有非常优异的效果。与此同时，纳米氧化锌做为N型半导体，具有吸收紫外线的功能，因此其对紫外线具有非常有效的屏蔽作用，用在高分子材料中可以起到非常良好的抗老化效果。除此之外纳米氧化锌还具有广谱的抗菌性能，广泛被用在抗菌高分子中，有文献报道纳米氧化锌对于白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均具有非常好的杀灭效果。因此，本发明中引入纳米氧化锌，不仅能提高阻燃效率，降低成本，同时还能使塑料具有较好的抗老化性以及高效的广谱杀菌效果。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的不足，提供一种无卤阻燃抗菌抗老化三重功效于一体的聚丙烯及其制备方法，采用本方法能制备出阻燃达到VO级别，符合国家抗菌材料标准GB/T20944-2008且抗老化性能良好的抗菌阻燃抗老化聚丙烯。
[0008]一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下:
首先称取100重量份的聚丙烯原料，5-40重量份的无卤阻燃剂，0.1-10重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀；然后将双螺杆挤出机预热至165-220°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为100-150r/min，将产物进行造粒即得到无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料。
[0009]所述无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐(MP)、聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)、三聚氰胺甲醛树脂包覆聚磷酸铵微胶囊(MFAPP)、环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊(EPAPP)、有机磷系阻燃剂、季戊四醇(PER)或双季戊四醇(DPER)中的一种或其组合。
[0010]所述纳米氧化锌为经偶联剂改性过的纳米氧化锌，其中纳米氧化锌的粒径为20_100nm。
[0011]所述改性纳米氧化锋的偶联剂为3_氨丙基二乙氧基硅烷、Y 一 (2, 3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-巯丙基三甲氧基硅烷、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、三羟酰基钛酸异丙酯、三硬脂酯基钛酸异丙酯、三(二辛基磷酰氧基)钛酸异丙酯、二(二辛基磷酰氧基)乙二撑钛酸酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、二 (二辛基焦磷酰氧基)羟乙酸钛酸酯、二羟酰基乙二撑钛酸脂、醇胺二磷酰氧基羟乙酸钛酸酯、醇胺二焦磷酰氧基羟乙酸钛酸酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯、四异丙基二(亚磷酸二月桂酯)钛酸酯中的一种。
[0012]一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料，根据上述任一所述方法制备得到。
[0013]采用上述方法制备的无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒与现有技术相比具有如下优点:
(1)纳米氧化锌抗菌广谱高效，与普通银系抗菌剂相比起来，价格要便宜非常多；
(2)纳米氧化锌一方面能够提供高效的抗菌效果，另一方面还能够赋予PP较好的抗老化效果，延长塑料的使用时间；
(3)纳米氧化锌与磷氮类膨胀型无卤阻燃剂有较好的复配效果，采用本配方，大大降低了阻燃剂的添加量，一方面降低了复合PP的成本，另一方面还能够提高复合PP的机械性倉泛;
(4)采用磷氮类膨胀型无卤阻燃剂与纳米氧化锌复配的方式，并同时让纳米氧化锌身兼多职，一方面降低了添加剂的种类，使得配方简明，加工简单；另一方面也降低了复合PP的成本。
【具体实施方式】
[0014]下面通过实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。
[0015]实施例1:
首先称取100重量份的PP原料，30重量份的无卤阻燃剂(聚磷酸铵:季戊四醇=2:1)，2重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀。然后将双螺杆挤出机预热至210°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120r/min，将产物进行造粒即得到无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒。该无卤阻燃抗菌抗老化PP母粒极限氧指数能达到29.5%，垂直燃烧能达到V-O级，对大肠杆菌的抗菌效果能够达到99.99%。
[0016]实施例2:
首先称取100重量份的PP原料，25重量份的无齒阻燃剂(三聚氰胺磷酸盐:双季戊四醇=2:1)，5重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀。然后将双螺杆挤出机预热至200°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为110r/min，将产物进行造粒即得到无齒阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒。该无齒阻燃抗菌抗老化PP母粒极限氧指数能达到28%，垂直燃烧能达到V-O级，对大肠杆菌的抗菌效果能够达到99.999%。
[0017]实施例3:
首先称取100重量份 的PP原料，40重量份的无卤阻燃剂(三聚氰胺焦磷酸盐:季戊四醇=2:1)，1.5重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀。然后将双螺杆挤出机预热至220°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为130r/min，将产物进行造粒即得到无齒阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒。该无齒阻燃抗菌抗老化PP母粒极限氧指数能达到30.5%，垂直燃烧能达到V-O级，对大肠杆菌的抗菌效果能够达到99.99%。
[0018]实施例4:
首先称取100重量份的PP原料，30重量份的无卤阻燃剂(聚磷酸铵)，I重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀。然后将双螺杆挤出机预热至210°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为lOOr/min，将产物进行造粒即得到无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯母粒。该无卤阻燃抗菌抗老化PP母粒极限氧指数能达到32%，垂直燃烧能达到V-O级，对大肠杆菌的抗菌效果能够达到99.9%。
【权利要求】
1.一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 首先称取100重量份的聚丙烯原料，5-40重量份的无卤阻燃剂，0.1-10重量份的改性纳米氧化锌，并将这些原料混合均匀；然后将双螺杆挤出机预热至165-220°C，将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为100-150r/min，将产物进行造粒即得到无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述无卤阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐(MP)、聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)、三聚氰胺甲醛树脂包覆聚磷酸铵微胶囊(MFAPP)、环氧树脂包覆聚磷酸铵微胶囊(EPAPP)、有机磷系阻燃剂、季戊四醇(PER)或双季戊四醇(DPER)中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化锌为经偶联剂改性过的纳米氧化锌，其中纳米氧化锌的粒径为20-100nm。
4.根据权利要求1所述无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性纳米氧化锋的偶联剂为3-氨丙基二乙氧基硅烷、Y 一 (2, 3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-巯丙基三甲氧基硅烷、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、三羟酰基钛酸异丙酯、三硬脂酯基钛酸异丙酯、三(二辛基磷酰氧基)钛酸异丙酯、二(二辛基磷酰氧基)乙二撑钛酸酯、 三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、二 (二辛基焦磷酰氧基)羟乙酸钛酸酯、二羟酰基乙二撑钛酸脂、醇胺二磷酰氧基羟乙酸钛酸酯、醇胺二焦磷酰氧基羟乙酸钛酸酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯、四异丙基二(亚磷酸二月桂酯)钛酸酯中的一种。
5.一种无卤阻燃抗菌抗老化聚丙烯复合材料，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到。
【文档编号】C08K5/3492GK103992562SQ201410206925
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】何丹农, 徐少洪, 陈超 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司