抗菌PVC木塑多层复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及抗菌PVC木塑多层复合材料及其制备方法。

背景技术

PVC木塑复合材料是以木纤维或植物纤维作为增强材料或填料，与聚氯乙烯复合而成的一种新型环保复合材料。PVC木塑复合材料很好的结合和发挥了木材和PVC高分子材料的优点，既克服了木材易变形、易开裂、不防水、不防腐等先天性缺点，也克服了塑料高分子材料易老化、不耐热、不易后期加工的缺陷。应用在室内装饰领域的PVC木塑复合材料制品占其总量的比重越来越高，其制品包括地板、建筑模板、门窗、装饰板、墙板、护栏等。

由于空气中漂浮着大量人们用肉眼观测不到的细菌，尤其在室内环境较为封闭的情况下，细菌很容易对人体造成侵害。而PVC木塑复合材料本身存在抗菌性不佳的缺陷，这就限制了其在室内装饰领域的应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了抗菌PVC木塑多层复合材料及其制备方法，解决了现有PVC木塑复合材料抗菌性不足的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

抗菌PVC木塑复合多层材料，包括PVC木塑复合层，所述PVC木塑复合层包括以下重量份的组分：PVC树脂80～120份、木粉15～35份、碳酸钙15～35份、负离子粉8～20份、硼酸锌6～16份、ACR4015～8份、稳定剂4～6份、润滑剂1～4份、碳酸氢钙1～3份以及锆类偶联剂1～2份。

优选的，所述负离子粉在投入制备PVC木塑复合层前先进行改性处理，改性方法为：1)分别研磨负离子粉与陶瓷粉备用；2)将研磨完成的负离子粉与陶瓷粉共混后分散在乙酸乙酯中，加入铝酸酯后进行超声震荡，制得悬浮液；3)将聚丙烯酸酯加热至熔融状态，并将悬浮液加入熔融聚丙烯酸酯中共混均匀；4)对共混材料进行冷却、造粒、研磨处理，制得改性负离子粉。

优选的，所述负离子粉与所述陶瓷粉的质量比为1：(0.1～0.3)。

优选的，所述乙酸乙酯、所述铝酸酯、所述负离子粉与所述陶瓷粉总重的质量比为(3.2～3.6)：(0.2～0.4)：1。

优选的，所述聚丙烯酸酯的添加量是所述负离子粉质量的4.6～5.4倍。

优选的，所述润滑剂包括PE蜡1～3份、硬脂酸0.5～1份。

优选的，所述稳定剂为钙锌稳定剂或有机锡稳定剂中的一种或两种的混合物。

优选的，还包括SBS聚乙烯复合层，所述SBS聚乙烯复合层包括以下重量份的组分：高密度聚乙烯55～65份、SBS 45～55份、三元乙丙橡胶15～20份、马来酸酐2～6份、稳定剂2～6份以及相容剂1～3份。

优选的，所述相容剂为丙烯酸型相容剂或马来酸酐接枝型相容剂。

抗菌PVC木塑多层复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

木粉前处理：在75～80℃温度下，对木粉干燥6～7.5h，再升温至85～90℃干燥9～9.5h，干燥过程中每隔3.2～3.6h进行放气除水；

PVC木塑复合层制备：按比例称取上述材料，先将PVC和木粉混合均匀，再放入预热至210～230℃的开炼机内混合，再按次序加入其他材料，混炼6～8min后，下辊冷却成片；

SBS聚乙烯复合层制备：分别将SBS、高密度聚乙烯、三元乙丙橡胶加热直至完全熔融状态，再将三者混合均匀后加入马来酸酐、稳定剂与相容剂混炼5～7min，下辊冷却成片；

多层复合材料制备：将SBS聚乙烯复合片作为内芯层，上层与下层用PVC木塑复合片包裹，再放置于模具中，先在180～200℃的平板硫化机上预热4～6min，闭合平板硫化机，在10～12MPa压力下利用余温热压4～6min，最后在室温下冷压定型，制得抗菌PVC木塑多层复合材料。

(三)有益效果

本发明提供了抗菌PVC木塑多层复合材料及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明通过向PVC木塑复合层配方体系中加入负离子粉以提升PVC木塑复合材料的抗菌性能，当PVC木塑复合材料应用在室内装饰领域时，其配方体系中的负离子不断释放至空气中，以对空气中的细菌起到抑制作用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例通过提供抗菌PVC木塑多层复合材料及其制备方法，解决了现有PVC木塑复合多层材料因抗菌性不佳限制了其在室内装饰领域应用的问题，实现了提升PVC木塑复合材料抗菌性能的效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

抗菌PVC木塑复合多层材料，包括PVC木塑复合层与SBS聚乙烯复合层；

PVC木塑复合层包括以下重量份的组分：PVC树脂80份、木粉15份、碳酸钙15份、负离子粉8份、硼酸锌6份、ACR4015份、钙锌稳定剂4份、PE蜡1份、硬脂酸0.5份、碳酸氢钙1份以及锆类偶联剂1份。

SBS聚乙烯复合层包括以下重量份的组分：高密度聚乙烯55份、SBS 45份、三元乙丙橡胶15份、马来酸酐2份、钙锌稳定剂2份以及丙烯酸型相容剂1份。

抗菌PVC木塑多层复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

木粉前处理：在75℃温度下，对木粉干燥6h，再升温至85℃干燥9h，干燥过程中每隔3.2h进行放气除水；

PVC木塑复合层制备：按比例称取上述材料，先将PVC和木粉混合均匀，再放入预热至210℃的开炼机内混合，再按次序加入其他材料，混炼6min后，下辊冷却成片；

SBS聚乙烯复合层制备：分别将SBS、高密度聚乙烯、三元乙丙橡胶加热直至完全熔融状态，再将三者混合均匀后加入马来酸酐、钙锌稳定剂与丙烯酸型相容剂混炼5min，下辊冷却成片；

多层复合材料制备：将SBS聚乙烯复合片作为内芯层，上层与下层用PVC木塑复合片包裹，再放置于模具中，先在180℃的平板硫化机上预热4min，闭合平板硫化机，在10MPa压力下利用余温热压4min，最后在室温下冷压定型，制得抗菌PVC木塑多层复合材料。

实施例2

抗菌PVC木塑复合多层材料，包括PVC木塑复合层与SBS聚乙烯复合层；

PVC木塑复合层包括以下重量份的组分：PVC树脂100份、木粉25份、碳酸钙25份、负离子粉14份、硼酸锌11份、ACR4016.5份、有机锡稳定剂5份、PE蜡2份、硬脂酸0.75份、碳酸氢钙2份以及锆类偶联剂1.5份。

SBS聚乙烯复合层包括以下重量份的组分：高密度聚乙烯60份、SBS 50份、三元乙丙橡胶17.5份、马来酸酐4份、钙锌稳定剂4份以及马来酸酐接枝型相容剂2份。

抗菌PVC木塑多层复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

木粉前处理：在80℃温度下，对木粉干燥7h，再升温至85℃干燥9h，干燥过程中每隔3.6h进行放气除水；

PVC木塑复合层制备：按比例称取上述材料，先将PVC和木粉混合均匀，再放入预热至220℃的开炼机内混合，再按次序加入其他材料，混炼7min后，下辊冷却成片；

SBS聚乙烯复合层制备：分别将SBS、高密度聚乙烯、三元乙丙橡胶加热直至完全熔融状态，再将三者混合均匀后加入马来酸酐、稳定剂与相容剂混炼6min，下辊冷却成片；

多层复合材料制备：将SBS聚乙烯复合片作为内芯层，上层与下层用PVC木塑复合片包裹，再放置于模具中，先在190℃的平板硫化机上预热5min，闭合平板硫化机，在11MPa压力下利用余温热压5min，最后在室温下冷压定型，制得抗菌PVC木塑多层复合材料。

实施例3

抗菌PVC木塑复合多层材料，包括PVC木塑复合层与SBS聚乙烯复合层；

PVC木塑复合层包括以下重量份的组分：PVC树脂120份、木粉35份、碳酸钙35份、负离子粉20份、硼酸锌16份、ACR4018份、有机锡稳定剂6份、PE蜡3份、硬脂酸1份、碳酸氢钙3份以及锆类偶联剂2份。

SBS聚乙烯复合层包括以下重量份的组分：高密度聚乙烯65份、SBS 55份、三元乙丙橡胶20份、马来酸酐6份、钙锌稳定剂6份以及马来酸酐接枝型相容剂3份。

抗菌PVC木塑多层复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

木粉前处理：在75℃温度下，对木粉干燥7.5h，再升温至90℃干燥9.5h，干燥过程中每隔3.6h进行放气除水；

PVC木塑复合层制备：按比例称取上述材料，先将PVC和木粉混合均匀，再放入预热至230℃的开炼机内混合，再按次序加入其他材料，混炼8min后，下辊冷却成片；

SBS聚乙烯复合层制备：分别将SBS、高密度聚乙烯、三元乙丙橡胶加热直至完全熔融状态，再将三者混合均匀后加入马来酸酐、钙锌稳定剂与马来酸酐接枝型相容剂混炼7min，下辊冷却成片；

多层复合材料制备：将SBS聚乙烯复合片作为内芯层，上层与下层用PVC木塑复合片包裹，再放置于模具中，先在200℃的平板硫化机上预热6min，闭合平板硫化机，在12MPa压力下利用余温热压6min，最后在室温下冷压定型，制得抗菌PVC木塑多层复合材料。

实施例4，与实施例2的区别之处在于，

负离子粉在投入制备PVC木塑复合层前先进行改性处理，改性方法为：1)在40℃下分别研磨负离子粉与陶瓷粉2h备用，负离子粉与陶瓷粉的质量比为1：0.2；2)将研磨完成的负离子粉与陶瓷粉共混后分散在乙酸乙酯中，加入铝酸酯后进行超声震荡，制得悬浮液，乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.4：0.3：1；3)将质量为负离子粉质量5倍的聚丙烯酸酯加热至熔融状态，并将悬浮液加入熔融聚丙烯酸酯中共混均匀，共混转速为450r/min；4)对共混材料进行冷却、造粒、研磨处理，制得改性负离子粉。

实施例5，与实施例4的区别之处在于，

不使用陶瓷粉对负离子粉进行改性。

实施例6，与实施例4的区别之处在于，

负离子粉与陶瓷粉的质量比为1：0.1。

实施例7，与实施例4的区别之处在于，

负离子粉与陶瓷粉的质量比为1：0.3。

实施例8，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.2：0.2：1。

实施例9，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.6：0.4：1。

实施例10，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3：0.3：1。

实施例11，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.8：0.3：1。

实施例12，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.4：0.1：1。

实施例13，与实施例4的区别之处在于，

乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.4：0.5：1。

实施例14，与实施例4的区别之处在于，

聚丙烯酸酯的质量是负离子粉质量的4.6倍。

实施例15，与实施例4的区别之处在于，

聚丙烯酸酯的质量是负离子粉质量的5.4倍。

实施例16，与实施例2的区别之处在于，

删除SBS聚乙烯复合层材料中的马来酸酐组分。

对比例1

删除PVC木塑复合层材料中的负离子粉组分。

性能检测试验

对由实施例1～16以及对比例1制备的PVC木塑复合多层材料进行取样，并对样品进行以下性能检测试验。

1、抗菌性测试

根据QB/T 2591-2003(抗菌塑料-抗菌性能试验方法和抗菌效果》进行检测，检测结果记录在表1中。

表1-样品抑菌性能检测数据

2、负离子粉分散性测试

通过扫描电镜法对实施例1～3、实施例8～15试样中负离子粉的分散情况进行观察，检测结果记录在表2中。

表2-样品中负离子粉分散情况观察结果

3、力学性能测试

冲击性能测试：根据GB/T1043.1-2008对样品进行摆锤冲击试验。

试验结果记录在表3中。

表3-样品力学性能检测数据

由实施例1～3结合实施例4并结合表1、表2、表3可知：在将负离子粉投入PVC木塑复合层配方体系之前对其进行改性处理，不仅可提升其抗菌性能，还可改善其在体系中的分散稳定性，将其添加至体系中制备的PVC木塑复合材料的力学性能也有一定的提升。

由实施例1～3结合实施例4、5并结合表1、表2、表3可知：由于陶瓷粉中的石英成分具有远红外性能，在改性负离子粉时添加陶瓷粉组分，有利于提升改性后的负离子粉的抗菌性能。由于陶瓷粉添加量有限，因此，其添加对PVC木塑复合材料的力学性能改善效果不大。

由实施例1～3结合实施例4、6、7并结合表1、表2、表3可知：负离子粉与陶瓷粉的质量比控制在一定的范围内，有利于确保陶瓷粉对负离子粉抗菌性能的改善促进作用，尤其当负离子粉与陶瓷粉的质量比为1：0.2时，其改善负离子粉抗菌性的作用效果发挥最好。

由实施例1～3结合实施例4、8～13并结合表1、表2、表3可知：乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比控制在(3.2～3.6)：(0.2～0.4)：1的范围内时，改性后的负离子粉投入体系后制备的复合材料具有优越的抑菌性与力学性能，且负离子粉在体系内只有1～2处极小范围团聚，说明负离子粉具有良好的分散稳定性，尤其当乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比为3.4：0.3：1，其分散性能最佳。当乙酸乙酯、铝酸酯、负离子粉与陶瓷粉总重的质量比超出上述范围时，由表中数据可知，负离子粉的体系分散稳定性呈下降趋势，且力学性能也出现下降趋势。

由实施例1～3结合实施例4、14、15并结合表1、表2、表3可知：聚丙烯酸酯的添加量控制在一定的范围内，有利于确保陶瓷粉对负离子粉抗菌性能的改善促进作用，尤其当聚丙烯酸酯的添加量是负离子粉的5倍时，其改善负离子粉抗菌性、力学性能的作用效果发挥最好。

由实施例1～3结合实施例4、16并结合表1、表2、表3可知：删除SBS聚乙烯复合层材料中的马来酸酐组分对PVC木塑复合多层材料的抗菌性能影响不大，主要影响其力学性能，由于负离子粉经上述改性后对复合多层材料的力学性能具有一定的提升作用，因此，从数据上看，删除马来酸酐后，PVC木塑复合多层材料的力学性能并未下降至实施例1～3的数据之下，但实际上，马来酸酐组分的删除对PVC木塑复合多层材料力学性能产生了负面影响。

由实施例1～3结合对比例1并结合表1、表2、表3可知：删除PVC木塑复合层配方体系中的负离子粉材料主要影响了其抗菌性能，其对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抑制能力明显下降，说明使用本发明的负离子粉对PVC木塑复合多层材料抗菌性能的提升具有显著的促进作用。

综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过向PVC木塑复合层配方体系中加入负离子粉以提升PVC木塑复合材料的抗菌性能，当PVC木塑复合材料应用在室内装饰领域时，其配方体系中的负离子不断释放至空气中，以对空气中的细菌起到抑制作用。

2、本发明在制备负离子粉的过程中，先对负离子粉进行研磨，以提高负离子粉的表面活性，从而提升其在乙酸乙酯中的分散性以及与聚丙烯酸酯的共混均匀度；陶瓷粉中的石英成分，通过干涉光产生远红外线，远红外线同样具有良好的杀菌作用，且可以不断释放，本发明使用陶瓷粉进一步提升PVC木塑复合材料的抗菌性能；使用铝酸酯对负离子粉表面的羟基进行改性，以提升其亲聚合物的性能，从而提升其在聚丙烯酸酯中的分散性；将负离子粉、陶瓷粉与聚丙烯酸酯共混，是因为聚丙烯酸酯与聚氯乙烯具有良好的相容性，有利于改善负离子粉与陶瓷粉添加至PVC木塑复合材料中分散性不佳的缺陷。

3、本发明中SBS聚乙烯复合层选用高密度聚乙烯、SBS与三元乙丙橡胶共混，SBS、三元乙丙橡胶主要用于为高密度聚乙烯增韧并提升其耐热性能；马来酸酐用于提升高密度聚乙烯的表面活性，从而提高SBS、三元乙丙橡胶三者之间的结合性，以此提高SBS聚乙烯复合材料体系的相容性，从而提升SBS聚乙烯复合层的整体性能。

4、本发明将SBS聚乙烯复合层作为内芯层，外层使用PVC木塑复合层覆盖，形成“三明治”型结构，相较于单层PVC木塑复合层具有更优异的力学性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。