一种艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料及其制备方法

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种抗菌复合材料及其制备方法，尤其涉及一种艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂分子链中存在环氧基、醚键、以及羟基等活性基团，使环氧树脂表现出优异的特性，其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。环氧树脂以脂肪族、脂环族或芳香族等为基本骨架，且环氧基可以与多类固化剂发生不可逆的化学反应形成不溶、不熔的三维网状结构的高分子聚合物。但是环氧树脂本身抗菌性较差，细菌、病毒等致病性微生物是人类健康的主要杀手之一。为了提高环氧树脂的抗菌性，人们通常加入抗菌剂来改善其抗菌性能，常用抗菌剂主要分为无机、有机和天然抗菌剂三类。无机纳米抗菌剂由于较高的比表面能和长期稳定性而被广泛使用，如银、氧化锌和氧化亚铜等纳米颗粒(cn201610562103.6)，但由于其引入重金属离子，在医药方面受到了限制。有机抗菌剂主要含有一些季铵盐、酚羟基或卤素等官能团(cn105647453a),但不耐热和有一定的毒性等缺点也在应用方面受到限制。天然抗菌剂来源于天然的植物成分，环境友好且能够可持续发展，如cn103589095a公开了一种含天然抗菌剂的抗菌塑料，加入天然抗菌剂10-20份(其构成为：甘蔗粉40-50份、沸石5-15份、玻璃纤维2-5份、天然硅酸盐5-15份)，得到了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率可达70％以上的抗菌塑料；cn201510815702.x报道了用银杏叶提取物作为抗菌剂制备了环氧灌封胶；本课题组的cn201910208729.0也报道了用黄蒿挥发油制备抗菌环氧树脂；有研究用多种中草药抗菌，加入多种中草药前期也需要筛选来避免拮抗作用，比较复杂(cn104292760a；cn108795255a)，且仅针对所用材料；天然植物中，艾草价廉易得，有研究将其用于聚合物的复合，如有人利用注塑成型、螺杆挤出等制造抗菌防霉木塑复合保温板，但艾草加入只是起到防霉作用，抗菌剂为纳米银，但银的成本高，且所用设备及制造方法复杂(cn108485178a)；有研究用艾草作为填充剂，但由于所用聚合物的缘故，其中香草醛作为抗菌剂(cn107312285a)；也有将艾草纤维作为编织结构(cn112006377a)；然而目前采用的天然抗菌剂和环氧树脂复合的研究少，所用艾草多作为它用而难于起到抗菌作用，且目前天然抗菌剂和聚合物复合需要采用偶联剂等解决相容性和分散性问题，天然抗菌剂也存在长期使用易于失效等问题，使抗菌效果不够理想，因此具有局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料及其制备方法。艾草是天然抗菌剂，内部有许多有机的抗菌基团，如萜类、烯类、醇类、酮类等化学成分，利用艾草粉、艾绒、艾草精油或它们的混合物与环氧树脂进行复合，制备具有抗菌功能的环氧树脂。为了进一步提高艾草有效成分的长期有效性，采用有强吸附能力的蒙脱土来锚固艾草中的有效成分。并且艾草中所含的基团也可与环氧树脂反应，使艾草与环氧树脂结合牢固，促进固化，降低环氧固化活化能，使固化更容易，并可提高力学性能。该方法采用价廉易得的艾草做抗菌剂和蒙脱土作为锚固剂，制备环氧抗菌复合材料，工艺简单、绿色环保、实现长效抗菌，有利于工业化大规模生产。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料，包括以下重量百分比含量的各组分：

4、艾草5-20％；

5、蒙脱土0-8％；

6、环氧树脂30-85％；

7、固化剂9-40％；

8、促进剂0.9-2％；

9、消泡剂0-0.3％。

10、优选地，所述环氧树脂包括脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的至少一种。

11、优选地，所述艾草制品包括艾草粉、艾绒、艾草精油中的一种或多种。所述的艾草粉可以是北艾、海艾、蕲艾等品种在制作艾绒过程中残留下的艾叶细屑、叶柄及叶肉，或是将艾草的茎和根研磨成粉；艾草粉成分主要包括三萜类化合物、单萜类、黄酮类、酚类、多糖类以及部分微量元素；其中三萜类化合物中羽扇豆烷型多含有羽扇豆酮。所述的艾绒可以是北艾、海艾、蕲艾等品种的艾叶部分经过反复晒杵、捶打、粉碎，筛除杂质、粉尘后得到的软细如棉的绒状物；艾绒中所含化学成分的种类与艾叶成分基本相同，艾绒中含量较高成分有龙脑、石竹烯、刺柏脑、石竹素、侧柏酮、菊槐酮等。所述的艾草精油可以是北艾、海艾、蕲艾等新鲜艾草的叶子、茎的提取物，通过挤压法和溶剂提取法提炼萃取的挥发性芳香物质，一般为浅黄或绿黄色；艾草精油成分主要包括桉油精、石竹烯、樟脑、γ-松油醇、艾蒿酮、β-月桂烯，桉油精为艾草精油中含量较多的重要指标性成分。

12、所述艾草制品中龙脑(左)与石竹烯(右)的化学结构如下：

13、

14、所述艾草制品中桉油精(左)与三萜类化合物羽扇豆酮(右)的化学结构如下：

15、

16、优选地，所述艾草制品包括艾草粉、艾绒、艾草精油中的至少两种；更优选地，所述艾草制品为艾草粉、艾绒、艾草精油的组合。通过三者组合制备的艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料的抗菌效果最佳，抗菌稳定性也最佳。

17、优选地，所述固化剂包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、四乙烯五胺、聚酰胺、甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐中的至少一种。本发明采用的固化剂可与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，使线型树脂变成坚韧的体型固体。

18、优选地，所述促进剂包括苄基二甲胺、邻羟基苄基二甲胺、n-(2-羟基苯基)-n',n'-二甲基脲、n-(2-羟基-4-硝基苯)-n',n'-二甲基脲、间苯二酚、邻甲酚、乙酰丙酮金属盐、三氟化硼络合物、2-乙基-4-甲基咪唑及其盐中的至少一种。本发明采用的促进剂能加速环氧树脂固化、降低固化温度、缩短固化时间。

19、优选地，所述消泡剂包括改性有机硅、聚醚、矿物油类、醇类、脂肪酸及脂肪酸酯类、酰胺类、磷酸酯类、聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种。

20、优选地，所述蒙脱土包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙脱土中的至少一种类型。

21、优选地，所述蒙脱土的重量百分比含量为5-8％。

22、第二方面，本发明提供了一种艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料的制备方法，包括以下步骤：

23、(1)按重量份数计，将环氧树脂和消泡剂混合，搅拌均匀，得a组份；

24、(2)按重量份数计，将艾草制品、蒙脱土加入固化剂中，搅拌至分散均匀后，加入促进剂继续搅拌均匀，得b组份；

25、(3)将a组份和b组份混合，搅拌均匀后倒入模具中，固化后即得到艾草/蒙脱土/环氧树脂抗菌复合材料。

26、优选地，步骤(3)中，所述固化的条件为：60-120℃固化3-9h。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、1)本发明采用的艾草种植面积广泛，绿色环保，价廉易得。艾草成分主要包括三萜类化合物、龙脑、石竹烯、桉油精、单萜类、黄酮类、酚类、多糖类、樟脑以及部分微量元素等，可抑制细菌和真菌，可以将其用作天然抗菌剂。加入蒙脱土起到吸附艾草有效成分的作用，防止抗菌有效成分过快挥发，延长抗菌时间，且艾草含有可与环氧树脂发生化学反应的官能团，可以与环氧树脂有良好的结合从而制备抗菌复合材料，也可促环氧树脂固化，降低活化能。同时艾草与蒙脱土可以作为补强剂增强树脂的力学强度，也使绝缘性能进一步提升。

29、2)本发明适用于传统的环氧树脂的加工成型方法，制备工艺简单，所制备材料抗菌效果优异，有利于工业化大规模生产。