一種耐刮擦抗菌高性能阻燃PP複合材料及其製備方法與流程
2023-07-07 19:17:01 1
本發明屬於高分子材料技術領域，特別是指一種耐刮擦抗菌高性能阻燃PP複合材料及其製備方法。
背景技術：
隨著現代科技的發展，人們對材料性能的要求越來越高，尤其對通用塑料聚丙烯(PP)材料。PP主要用於汽車、家電、管材、醫療、食品等領域，但由於PP材料的耐磨性較差、阻燃性能差、抗菌性能不好，這些缺點大大限制了PP複合材料在一些特殊領域上的應用。
將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)接枝到納米氫氧化鋁，再用它改性聚丙烯，製得的PP不但耐磨性、阻燃性能、抗菌性能得到了改善，物理性能較原來也得到了提高，該方法至今尚未見於報導。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種耐刮擦抗菌高性能阻燃PP複合材料及其製備方法，以提高PP複合材料的耐磨性、阻燃性及其它物理性能。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種耐刮擦抗菌高性能阻燃PP複合材料，由以下重量份的組份製成：
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵及十二烷基苯磺酸鈉；
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、甲基丙烯酸甲酯及納米氫氧化鋁混合後在60-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
所述改性納米氫氧化鋁的直徑為60-100nm。
所述甲基丙烯酸甲酯、所述納米氫氧化鋁、所述過硫酸鈉、所述三氯化鐵及所述十二烷基苯磺酸鈉的質量比為20-30：40-50：0.2-0.4：1-3：0.1-0.3。
所述抗菌劑為無機銀系抗菌劑NOVARON AG300。
所述抗氧劑為三(2,4-二叔丁基)亞磷酸苯酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯甲基)苯中的一種或幾種的混合。
所述潤滑劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或硬脂酸鉀中的一種或多種。
上述任一項所述的耐刮擦抗菌高性能阻燃PP複合材料的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取40份-60份的PP、30份-50份改性納米氫氧化鋁、8份-12份抗菌劑、0.1份-0.5份抗氧劑、0.1份-0.3份潤滑劑混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料。
優選地，所述步驟2)具體為：將步驟1)中得到的混合料投入到雙螺杆擠出機的料鬥中擠出造粒，即得到PP複合材料，其中，所述雙螺杆擠出機包括順次排布的六個溫度區，一區溫度140～180℃，二區溫度180～200℃，三區溫度180～200℃，四區溫度180～200℃，五區溫度180～200℃，六區溫度180～200℃，機頭溫度180～200℃,螺杆轉速200～280r/min。
本發明的有益效果是：
本技術方案在納米氫氧化鋁上接枝了PMMA，在納米氫氧化鋁表面形成包覆層，降低納米氫氧化鋁粒子的表面能，有利於納米氫氧化鋁在PP基體中的分散，防止它的團聚，提高PP複合材料的阻燃性和材料物理性能。
PMMA接枝納米氫氧化鋁有利於提高納米氫氧化鋁和PP基體的界面粘結，它會形成模量梯度的界面過渡層，更有利於應力的傳遞，這有利於提高材料的物理性能。
本技術方案的PMMA本身硬度就高，它的存在提高了PP複合材料的耐摩擦性能。
抗菌劑NOVARON AG300的加入提高了PP複合材料的抗菌性能。
具體實施方式
以下通過實施例來詳細說明本發明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發明的技術方案，而不能解釋為是對本發明技術方案的限制。
本發明的各實施例中所用的原料如下：
PP(型號Z30S)，大慶煉化；MMA,國藥集團上海化學試劑有限公司；納米氫氧化鋁，山東淄博吉領工貿；硬脂酸鈣，湖北中料化工；硬質酸鈉，湖北興銀河化工；硬脂酸鉀，鄭州邦諾化工；抗菌劑(型號NOVARON AG300)，日本東亞合成公司；抗氧劑(型號Irganox168、Irganox1010、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；十二烷基苯磺酸鈉，濟南凱信化工；過硫酸鈉,濟南豐樂化工；三氯化鐵，湖北盛世環保科技。
本發明所用的測試儀器如下：
ZSK30型雙螺杆擠出機，德國W&P公司；JL-1000型拉力試驗機，廣州市廣才實驗儀器公司生產；HTL900-T-5B型注射成型機，海太塑料機械有限公司生產；XCJ-500型衝擊測試機，承德試驗機廠生產；QT-1196型拉伸測試儀，東莞市高泰檢測儀器有限公司；QD-GJS-B12K型高速攪拌機，北京恆奧德儀器儀表有限公司。
首先改性納米氫氧化鋁的製備：
製備例1
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉；MMA、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為20：40：0.2：1：0.1。
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、MMA、納米氫氧化鋁投入至三口燒瓶中，在160-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
製備例2
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉；MMA、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為30：50：0.4：3：0.3。
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、MMA、納米氫氧化鋁投入至三口燒瓶中，在160-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
製備例3
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉；MMA、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為25：45：0.3：2：0.2。
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、MMA、納米氫氧化鋁投入至三口燒瓶中，在160-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
製備例4
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉；MMA、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為20：50：0.3：3：0.2。
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、MMA、納米氫氧化鋁投入至三口燒瓶中，在160-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
製備例5
所述改性納米氫氧化鋁的製備方法，包括以下步驟：
1)稱取一定量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉；MMA、納米氫氧化鋁、過硫酸鈉、三氯化鐵、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為22：48：0.4：2：0.2。
2)將過硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、MMA、納米氫氧化鋁投入至三口燒瓶中，在160-180℃的油浴反應6-12h，然後再加入三氯化鐵破乳6-10h，過濾洗滌既得到改性納米氫氧化鋁。
實施例1
1)稱取40份PP、30份製備例1所製得的改性納米氫氧化鋁、8份NOVARON AG300、0.1份Irganox1330和0.4份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料P1。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度140℃，二區溫度180℃，三區溫度180℃，四區溫度180℃，五區溫度180℃，六區溫度180℃，機頭溫度180℃,螺杆轉速200r/min。
實施例2
1)稱取60份PP、50份製備例2所製得的改性納米氫氧化鋁、12份NOVARON AG300、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬質酸鈣混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料P2。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度180℃，二區溫度200℃，三區溫度200℃，四區溫度200℃，五區溫度200℃，六區溫度200℃，機頭溫度200℃,螺杆轉速280r/min。
實施例3
1)稱取50份PP、40份製備例3所製得的改性納米氫氧化鋁、10份NOVARON AG300、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬質酸鈣和0.3份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料P3。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度160℃，二區溫度190℃，三區溫度190℃，四區溫度190℃，五區溫度190℃，六區溫度190℃，機頭溫度190℃,螺杆轉速240r/min。
實施例4
1)稱取55份PP、45份製備例4所製得的改性納米氫氧化鋁、11份NOVARON AG300、0.2份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.5份硬質酸鈉混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料P4。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度175℃，二區溫度200℃，三區溫度200℃，四區溫度200℃，五區溫度200℃，六區溫度200℃，機頭溫度200℃,螺杆轉速230r/min。
實施例5
1)稱取45份PP、40份製備例5所製得的改性納米氫氧化鋁、9份NOVARON AG300、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸鈣和0.5份硬質酸鋅混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料P5。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度170℃，二區溫度195℃，三區溫度195℃，四區溫度195℃，五區溫度195℃，六區溫度195℃，機頭溫度195℃,螺杆轉速250r/min。
對比例1
1)稱取55份PP、40份納米氫氧化鋁、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.1份硬脂酸鉀、0.4份硬脂酸鋅混合併攪拌均勻，得到混合料；
2)將步驟1)中得到的混合料擠出造粒，即得到PP複合材料D1。
其中雙螺杆擠出機各區溫度及螺杆轉速分別為：一區溫度170℃，二區溫度195℃，三區溫度195℃，四區溫度195℃，五區溫度195℃，六區溫度195℃，機頭溫度195℃,螺杆轉速250r/min。
性能測試：
將上述實施例1-5及對比例1製備的PP複合材料用注塑機製成樣條測試，測試數據如下表：
表1各實施例及對比例產品性能測試
從上表可以看出，從表中還可以看出實施例1-5的物理性能、耐摩擦性能、抗菌性能、阻燃性能要好於對比例1。這大大擴展了PP複合材料的應用領域，具有非常重要的意義。
以上僅是本發明的優選實施方式的描述，應當指出，由於文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。