抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

背景技术

汽车作为常用的代步交通工具，与人们的日常接触十分密切。因此，保证安全舒适的车内环境与人们的健康息息相关，这就需要车内材料具备良好的阻燃性能、抗菌抗病毒性能及环保低散发性能等。其中，车内良好的抗菌抗病毒性能可以为人们提供病毒与致病菌无法入侵的空间，使带入车内的致病菌或病毒无法生存繁殖，避免持续、交叉传染。

汽车方向盘作为车内滋生细菌最多的区域之一，提高其材料的抗菌抗病毒性能尤为重要。一般制作汽车方向盘表面的材料有合成塑料、皮革、真皮、木制和铝合金等，合成塑料成本低，但手感和美观性不理想；皮革、真皮手感和外观较佳，但易老化、寿命短；铝合金质量轻、强度高，但美观度差。目前既具有耐用美观，又具有耐燃、抗菌抗病毒的汽车方向盘用复合材料仍然很少。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

本发明的技术方案如下：

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下原料组成：聚乙烯树脂、聚乳酸树脂、云母粉、α-氰基丙烯酸乙酯、乙撑双硬脂酸酰胺、磷酸二苯酯、抗菌剂。

优选的，抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂60-80重量份、聚乳酸树脂10-20重量份、云母粉2-6重量份、α-氰基丙烯酸乙酯1-3重量份、乙撑双硬脂酸酰胺2-5重量份、磷酸二苯酯1-5重量份、抗菌剂1-5重量份。

所述抗菌剂为金属抗菌剂或改性金属抗菌剂；优选的，所述抗菌剂为改性金属抗菌剂。

优选的，所述金属抗菌剂由以下方法制备而成：

将5-8重量份硝酸锌、8-12重量份硝酸银与2-6重量份偏钛酸加入到30-50重量份无水乙醇中，在70-80℃下超声处理2-5h，超声频率30-40kHz，超声功率400-600W；过滤，在100-120℃干燥10-20h；再置于500-700℃煅烧10-20h，冷却至室温，粉碎过8000-10000目筛，得到金属抗菌剂。

优选的，所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将5-8重量份硝酸锌、8-12重量份硝酸银与2-6重量份偏钛酸加入到30-50重量份无水乙醇中，在70-80℃下超声处理2-5h，超声频率30-40kHz，超声功率400-600W；过滤，在100-120℃干燥10-20h；再置于500-700℃煅烧10-20h，冷却至室温，粉碎过8000-10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取3-6重量份金属抗菌剂加到10-20重量份80-90wt％乙醇水溶液中，超声处理25-35min，超声频率30-40kHz，超声功率400-600W；再加入0.1-0.5重量份改性剂混合均匀，将pH值调至8-9，在70-80℃搅拌3-6h，搅拌速率100-200rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。

本发明以硝酸锌、硝酸银与偏钛酸为原料经高温煅烧得到复合金属抗菌剂，其中银、氧化锌与氧化钛能够协同作用，一方面氧化锌与氧化钛在光作用下产生大量强氧化自由基，加快细菌内活性成分的分解，抑制其生长繁殖；另一方面金属离子与细菌的蛋白质结合破坏生物活性，使细菌灭火；克服了单独使用银用于抗菌时，成本高且易受光和热影响的缺点，有效增强复合材料的抗菌性能。

优选的，所述改性剂由以下方法制备而成：

取15-20重量份1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、5-10重量份3,7,11-三甲基-1-十二烯与0.5-1.5重量份0.2-0.4wt％氯化钌的丙酮溶液加入到30-50重量份甲苯中混合均匀，将温度升至80-90℃，再滴加60-70重量份聚甲基氢硅氧烷，滴加速率为1.0-2.0g/min；滴加完毕后继续反应5-7h；在100-130℃下真空旋蒸处理2-3h，即得。

本发明通过1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、3,7,11-三甲基-1-十二烯与聚甲基氢硅氧烷反应制得改性剂，采用改性剂对金属抗菌剂进一步改性，有效抑制了金属抗菌剂易发生团聚的情况，使金属抗菌剂在基体材料中均匀分散，更好地发挥抗菌效果，原因可能是改性剂中的硅氧负离子与金属阳离子相互作用而结合在一起。此外，本发明的改性剂中由3,7,11-三甲基-1-十二烯形成的支链结构与基体材料相似相容，进一步提高改性金属抗菌剂的相容性与分散性。

进一步优选的，所述改性剂由以下方法制备而成：

取15-20重量份1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、2-6重量份3,7,11-三甲基-1-十二烯、1-3重量份3,7-二甲基-1-辛烯与0.5-1.5重量份0.2-0.4wt％氯化钌的丙酮溶液加入到30-50重量份甲苯中混合均匀，将温度升至80-90℃，再滴加60-70重量份聚甲基氢硅氧烷，滴加速率为1.0-2.0g/min；滴加完毕后继续反应5-7h；在100-130℃下真空旋蒸处理2-3h，即得。

本发明同时采用3,7,11-三甲基-1-十二烯与1-3重量份3,7-二甲基-1-辛烯制备改性剂，能够在其分子中形成不同类型的支链结构，促进改性金属抗菌剂与基体材料相似相容，在提高复合材料抗菌性能的同时，耐刮擦性能也得到提高。原因可能是不同类型的支链结构分布在改性剂分子中，有利于降低分子间的空间位阻效应，使改性金属抗菌剂更好地分散在基体材料中，还可以降低复合材料的摩擦系数，从而提高复合材料的耐刮擦性能。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料混合，将混合后的原料挤出造粒；

步骤二：将挤出的粒料烘干，热压成型，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

优选的，所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合10-20min，设定转速为100-300rpm；将混合后的原料加入挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为240-250℃，熔融段温度为250-260℃，均化段温度为260-270℃，机头温度为265-275℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为90-100℃，干燥时间为5-10h；热压成型，设定热压温度为260-270℃，热压压力为0.1-0.5MPa，热压时间为15-25min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

本发明的有益效果：本发明的抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料具有良好的力学性能、抗菌抗病毒性能及耐刮擦性能。以硝酸锌、硝酸银与偏钛酸为原料经高温煅烧得到复合金属抗菌剂，其中银、氧化锌与氧化钛能够协同作用，一方面氧化锌与氧化钛在光作用下产生大量强氧化自由基，加快细菌内活性成分的分解，抑制其生长繁殖；另一方面金属离子与细菌的蛋白质结合破坏生物活性，使细菌灭火；克服了单独使用银用于抗菌时，成本高且易受光和热影响的缺点，有效增强复合材料的抗菌性能。进一步，采用改性剂对金属抗菌剂进行改性，有效抑制了金属抗菌剂易发生团聚的情况，使金属抗菌剂在基体材料中均匀分散，更好地发挥抗菌效果；此外改性金属抗菌剂还可以降低复合材料的摩擦系数，提高复合材料的耐刮擦性能。

具体实施方式

本发明实施例中部分物质的具体参数如下：

聚乙烯树脂，牌号Trademark PE HD6954，购于深圳金王科技有限公司。

聚乳酸树脂，牌号Purac PLA Blend C，购于东莞焱兴塑胶原料有限公司。

聚甲基氢硅氧烷，CAS：63148-57-2，分子量2000，含氢1.6％，购于金锦乐(武汉)化工有限公司。

云母粉，1250目，购于上海跃江钛白化工制品有限公司。

α-氰基丙烯酸乙酯，CAS：7085-85-0，购于上海容立化学科技有限公司。

乙撑双硬脂酸酰胺，CAS：110-30-5，购于武汉乔峰化工科技有限公司。

磷酸二苯酯，CAS：838-85-7，购于南京克化化学科技有限公司。

1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯，CAS：1940193-03-2，购于武汉欣欣佳丽生物科技有限公司。

3,7,11-三甲基-1-十二烯，CAS：1189-36-2，购于湖北楚盛威化工有限公司。

3,7-二甲基-1-辛烯，CAS：4984-01-4，购于安徽泽升科技有限公司。

硝酸锌，CAS：7779-88-6，购于沈阳天罡化学试剂厂。

硝酸银，CAS：7761-88-8，购于国药集团化学试剂有限公司。

偏钛酸，CAS：12026-28-7，购于上海至鑫化工有限公司。

氯化钌，CAS：14898-67-0，购于湖北巨胜科技有限公司。

实施例1

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为改性金属抗菌剂；所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取5重量份金属抗菌剂加到15重量份87wt％乙醇水溶液中，超声处理30min，超声频率35kHz，超声功率500W；再加入0.3重量份改性剂混合均匀，将pH值调至8.2，在75℃搅拌5h，搅拌速率120rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。

所述改性剂由以下方法制备而成：

取18重量份1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、7重量份3,7,11-三甲基-1-十二烯与1重量份0.35wt％氯化钌的丙酮溶液加入到32重量份甲苯中混合均匀，将温度升至83℃，再滴加67重量份聚甲基氢硅氧烷，滴加速率为1.2g/min；滴加完毕后继续反应6.5h；在120℃下真空旋蒸处理2.5h，即得。

对比例1

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为金属抗菌剂；所述金属抗菌剂由以下方法制备而成：

将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂。

对比例2

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为改性金属抗菌剂；所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取5重量份金属抗菌剂加到15重量份87wt％乙醇水溶液中，超声处理30min，超声频率35kHz，超声功率500W；再加入0.3重量份聚甲基氢硅氧烷混合均匀，将pH值调至8.2，在75℃搅拌5h，搅拌速率120rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。

对比例3

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为改性金属抗菌剂；所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取5重量份金属抗菌剂加到15重量份87wt％乙醇水溶液中，超声处理30min，超声频率35kHz，超声功率500W；再加入0.3重量份改性剂混合均匀，将pH值调至8.2，在75℃搅拌5h，搅拌速率120rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。所述改性剂由1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯与3,7,11-三甲基-1-十二烯按质量比18:7混合而成。

对比例4

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为改性金属抗菌剂；所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取5重量份金属抗菌剂加到15重量份87wt％乙醇水溶液中，超声处理30min，超声频率35kHz，超声功率500W；再加入0.3重量份改性剂混合均匀，将pH值调至8.2，在75℃搅拌5h，搅拌速率120rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。

所述改性剂由以下方法制备而成：

取18重量份1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、7重量份3,7-二甲基-1-辛烯与1重量份0.35wt％氯化钌的丙酮溶液加入到32重量份甲苯中混合均匀，将温度升至83℃，再滴加67重量份聚甲基氢硅氧烷，滴加速率为1.2g/min；滴加完毕后继续反应6.5h；在120℃下真空旋蒸处理2.5h，即得。

实施例2

抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料，由以下重量份原料组成：聚乙烯树脂70重量份、聚乳酸树脂15重量份、云母粉5重量份、α-氰基丙烯酸乙酯2重量份、乙撑双硬脂酸酰胺3重量份、磷酸二苯酯3重量份、抗菌剂3重量份。

所述抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按配方将原料加入混合机中混合18min，设定转速为300rpm；将混合后的原料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，设定加料段温度为245℃，熔融段温度为255℃，均化段温度为265℃，机头温度为270℃；

步骤二：将挤出的粒料烘干，设定干燥温度为100℃，干燥时间为8h；热压成型，设定热压温度为265℃，热压压力为0.3MPa，热压时间为20min，得到抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料。

所述抗菌剂为改性金属抗菌剂；所述改性金属抗菌剂由以下方法制备而成：

(1)将6重量份硝酸锌、9重量份硝酸银与5重量份偏钛酸加入到40重量份无水乙醇中，在75℃下超声处理3h，超声频率35kHz，超声功率500W；过滤，在105℃干燥15h；再置于550℃煅烧12h，冷却至室温，粉碎过10000目筛，得到金属抗菌剂；

(2)取5重量份金属抗菌剂加到15重量份87wt％乙醇水溶液中，超声处理30min，超声频率35kHz，超声功率500W；再加入0.3重量份改性剂混合均匀，将pH值调至8.2，在75℃搅拌5h，搅拌速率120rpm；离心，干燥，得到改性金属抗菌剂。

所述改性剂由以下方法制备而成：

取18重量份1-烯丙基-3-[(4-甲氧基苄基)氧基]苯、4重量份3,7,11-三甲基-1-十二烯、3重量份3,7-二甲基-1-辛烯与1重量份0.35wt％氯化钌的丙酮溶液加入到32重量份甲苯中混合均匀，将温度升至83℃，再滴加67重量份聚甲基氢硅氧烷，滴加速率为1.2g/min；滴加完毕后继续反应6.5h；在120℃下真空旋蒸处理2.5h，即得。

测试例1

抗菌性能测试：按照标准GB/T 31402-2015《塑料塑料表面抗菌性能试验方法》对实施例1-2及对比例1-4的抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的抗菌性能进行检测。制成50mm×50mm×10mm的试样；检测用菌：大肠杆菌ATCC 8739、金黄色葡萄球菌ATCC 6538P，同一配方重复测试10个试样，取平均值。

表1抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的抗菌性能

测试例2

耐刮擦性能测试：按照标准Q/JLY J7110536C-2019《乘用车内外饰塑料件耐刮擦性试验规范》对实施例1-2及对比例2-4的抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的耐刮擦性能进行检测。制成80mm×80mm×10mm的试样；在23℃、相对湿度50％的环境下放置48h，先采用光泽度仪测得初始光泽度X

光泽度保持率(％)＝X

表2抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料的耐刮擦性能

比较实施例1与对比例1-4可以看出，本发明的抗菌抗病毒汽车方向盘用复合材料具有良好的抗菌性能及耐刮擦性能。以硝酸锌、硝酸银与偏钛酸为原料经高温煅烧得到复合金属抗菌剂，其中银、氧化锌与氧化钛能够协同作用，一方面氧化锌与氧化钛在光作用下产生大量强氧化自由基，加快细菌内活性成分的分解，抑制其生长繁殖；另一方面金属离子与细菌的蛋白质结合破坏生物活性，使细菌灭火；克服了单独使用银用于抗菌时，成本高且易受光和热影响的缺点，有效增强复合材料的抗菌性能。进一步，采用改性剂对金属抗菌剂进行改性，有效抑制了金属抗菌剂易发生团聚的情况，使金属抗菌剂在基体材料中均匀分散，更好地发挥抗菌效果；此外改性金属抗菌剂还可以降低复合材料的摩擦系数，提高复合材料的耐刮擦性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。