一种抗菌PBT材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种抗菌pbt材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸丁二酯（pbt）为线性饱和结晶树脂，具有优异的力学、电气、耐化学腐蚀以及低吸湿性能，是一种综合性能优良的塑料。pbt树脂还具有易结晶，成型速度快；有良好的物理性能，机械强度高，尺寸稳定，抗疲劳性较好等优点，以及分子链中无双键，耐候性、耐磨损性能优异的特点，从而使pbt材料被广泛应用于电子电器、汽车工业、机械、仪器仪表以及家用电器等领域。但是，纯的pbt树脂在室温下的冲击韧性较差并且容易燃烧使得其应用受到较大限制。此外，人们对于健康安全意识的提高，使得传统pbt材料制备的塑料不再满足人们的需求，而抗菌塑料的开发和应用为保护人类健康树起了一道绿色屏障，对于改善人类生存环境，减少疾病，保护全民健康具有重要意义。因此，需要研究者们开发出一种具有优异抗菌性能、阻燃性能以及抗冲增韧的pbt材料。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种抗菌pbt材料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种抗菌pbt材料，包括以下重量份数的原料：pbt树脂100份，增溶剂8-12份，阻燃聚丙烯酸酯5-8份，复合抗菌剂8-15份，抗氧剂1-2份，润滑剂0.5-1份；

4、所述复合抗菌剂由以下步骤制备：

5、步骤a1、将n，n-二甲基丁胺加入反应器中，并加热至45℃，缓慢加入2-氯十二烷-1-胺，反应10-12h，待反应结束后，将混合物在分液漏斗中静置12h，分离下层液体，旋蒸、冷冻干燥8h，即得端氨基季铵盐；

6、进一步地，n，n-二甲基丁胺和2-氯十二烷-1-胺的物质的量比为1：1。

7、步骤a2、将氧化铜纳米粒子加入ph为8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中超声处理30min，加入盐酸多巴胺搅拌反应2-3h，待反应结束后，离心、洗涤，并在60℃下干燥8h，即得氧化铜@pda；

8、进一步地，氧化铜纳米粒子、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液和盐酸多巴胺的用量比为0.1-0.2g：200ml：0.5-0.8g。

9、步骤a3、将端氨基季铵盐加入含有去离子水的烧杯中，将其超声分散均匀，然后加入氧化铜@pda，并在室温下搅拌12-24h，待反应结束后，离心、洗涤，即得复合抗菌剂；

10、进一步地，端氨基季铵盐、去离子水和氧化铜@pda的用量比为2-4g：100ml：0.5-0.7g。

11、所述阻燃聚丙烯酸酯由以下步骤制备：

12、步骤b1、将烯丙胺和三乙胺加入含有二氯甲烷的烧瓶中，然后将10-氯-9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物在0-5℃条件下缓慢加入烧瓶中，搅拌1h，然后升高温度至室温，继续搅拌10-14h，待反应结束后，过滤、洗涤，并在60℃下真空干燥12h，即得阻燃单体；

13、进一步地，烯丙胺、三乙胺、二氯甲烷和10-氯-9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的用量比为0.052-0.152mol：0.05-0.15mol：500ml：0.05-0.15mol。

14、步骤b2、向反应器中加入去离子水、十二烷基磺酸钠、碳酸钾、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、阻燃单体和甲基丙烯酸烯丙酯搅拌混合均匀，向反应器中通入20min氮气，然后向体系中加入过硫酸铵，反应2-3h，待反应结束后，即得种子乳液；

15、进一步地，去离子水、十二烷基磺酸钠、碳酸钾、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、阻燃单体、甲基丙烯酸烯丙酯和过硫酸铵的用量比为40g：0.3-0.5g：0.2-0.4g：20-30g：5-10g：8-10g：0.5-1g：0.1-0.3g。

16、步骤b3、将去离子水、过硫酸铵、十二烷基磺酸钠和种子乳液加入反应器中，在氮气条件下搅拌15-25min，再缓慢滴加甲基丙烯酸甲酯和2-（2-环氧乙烷基）乙酸1-甲基乙烯酯混合液，滴加完成后，将反应器转移至水浴锅中，并升温至65-85℃，继续反应30-45min，待反应结束后，加入0.25wt%硫酸镁溶液，在55-75℃下破乳，经反复洗涤、抽滤、烘干，即得阻燃聚丙烯酸酯；

17、进一步地，去离子水、过硫酸铵、十二烷基磺酸钠、种子乳液、甲基丙烯酸甲酯、2-（2-环氧乙烷基）乙酸1-甲基乙烯酯和硫酸镁溶液的用量比为50g：0.1-0.2g：0.05-0.1g：40-50g：10-15g：5-8g：5-15ml。

18、一种抗菌pbt材料的制备方法包括以下步骤：

19、将pbt树脂、增溶剂、阻燃聚丙烯酸酯、复合抗菌剂、抗氧剂和润滑剂加入反应器中以800-1000rpm的转速搅拌均匀，然后将混合物送入双螺杆挤出机挤出，经拉条、冷切、切粒、干燥处理，即得抗菌pbt材料。

20、本发明的有益效果：

21、本发明提供的pbt材料具有优异的抗菌性能、阻燃性能以及抗冲增韧性能，可以用于制备日用品、卫浴、咖啡器皿等，具有广泛的应用前景；该pbt材料中添加的复合抗菌剂利用金属离子和季铵盐阳离子协同发挥抗菌作用；添加的阻燃聚丙烯酸酯则是利用其特殊的核壳结构增加了基体的韧性，阻燃单体的存在则增加了基体的阻燃性能。

22、复合抗菌剂中，首先，在碱性条件下利用盐酸多巴胺在氧化铜纳米粒子表面自聚合形成具有良好生物相容性的聚多巴胺，使其作为反应桥梁；其次，利用聚多巴胺中游离-oh与端氨基季铵盐中-nh2发生反应生成酰胺结构，从而将阳离子季铵盐结构包覆在氧化铜纳米粒子表面。复合抗菌剂通过金属离子和季铵盐阳离子协同作用，提高了基体的抗菌性能，氧化铜纳米粒子可以产生cu2+离子，与带负电荷的细菌细胞膜接触，cu2+穿透细胞膜进入细胞内部与蛋白质上的活性基团发生反应，从而破坏蛋白质造成细菌死亡或丧失分裂增殖能力；此外，季铵盐分子能够吸附细菌，将分子结构中的长链烷基插入细胞膜，改变细胞膜的通透性，破坏膜结构，从而导致细胞内物质泄露而死亡。

23、阻燃聚丙烯酸酯中，首先，利用烯丙胺中的-nh2和10-氯-9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物中的-cl反应合成含有端双键结构的阻燃单体；其次，利用一步乳液聚合法制备了含有阻燃单体的种子乳液；最后，以甲基丙烯酸甲酯和2-（2-环氧乙烷基）乙酸1-甲基乙烯酯作为壳层单体，通过半连续乳液聚合法将其接枝在种子乳液表面形成核壳结构。该阻燃聚丙烯酸酯中含有的阻燃单体，使其在基体中具有优异的阻燃性能，聚合物中的交联剂（甲基丙烯酸烯丙酯）能够使基体的内部交联网络结构更加紧密，在燃烧后形成的炭层更加致密，使其能够有效抑制热量的传导以及氧气的扩散，从而实现阻燃效果；含有磷元素和氮元素能够协同阻燃，磷元素燃烧时能分解生成磷酸和多磷酸促进炭层的形成，氮元素能够生成不可燃气体，降低基体中可燃气体的浓度，在气相中实现阻燃。阻燃聚丙烯酸酯拥有的核壳结构弹性体表面含有环氧基，能够与pbt树脂中的羟基或羧基反应，从而提高基体的韧性，这是由于接枝后的树脂在受到冲击时，弹性体在其中起应力集中作用，应力集中在弹性体上可以产生大量银纹，进而形成剪切带，使冲击力被吸收，从而阻止基体被破坏；此外，弹性体还能够通过自身变形和空缺作用阻止银纹的增长，防止银纹变成裂纹使基体被破坏，从而实现抗冲增韧作用。