一种高效抗菌聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种高效抗菌聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯（PC）由于具有突出的抗冲击和耐蠕变性能，较高的拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率、刚性、耐热性、耐寒性能以及抗紫外线、耐老化性能好和容易加工成型等特点，在汽车部件、薄膜、家庭用品以及光学媒介等领域具有广泛的应用。但是PC的抗菌性能差，对于抗菌性要求较高的方面无法应用。因此，研究出具有高效抗菌聚碳酸酯复合材料对扩大其应用领域具有重要的价值。

塑料在加工和使用过程中容易滋生细菌，传统的灭菌方法容易改变材料原有化学结构，降低使用寿命，而且有可能再次滋生细菌，所以制备自身具有杀菌功能的塑料极其重要。塑料用抗菌剂主要可以分为天然、无机、有机、复合抗菌剂等四种类型。不同的抗菌剂对同种病原菌的抗菌作用机理和有效性的不同，同种抗菌剂对于不同的病原菌的抗菌作用机制和抑制范围也不同。复合抗菌剂可克服单一抗菌剂的抗菌性能缺点，结合其他抗菌剂抗菌性能方面的优点，发挥两者的协同效应，使之具有更强的抗菌功能并可延长材料的抗菌时间。

聚六亚甲基胍盐酸盐（PHMG）是一种新型高效的有机抗菌杀毒剂，具有极强的杀菌和抑菌性能。聚六亚甲基胍盐酸盐外观为白色粉末状固体，易溶于水，溶于水后为无色至淡黄色液体；其水溶液不燃、不爆、无味，对大多数金属材料几乎无腐蚀作用，使用安全，分解温度超过400℃，因此，能很好的应用于聚碳酸酯的注塑成型工艺。在自然环境中可降解，不会对环境造成二次污染。将其制成复合抗菌剂或化学改性后添加到高分子材料中，或直接化学键合到高分子材料分子链上都可以使材料获得良好且持久的抗菌性能，并且具有高效、对人身无毒害性等优点。以减少细菌、病毒等微生物对人身造成的危害，因此有较好的应用前景。

纳米Fe

PHMG和纳米Fe

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效抗菌聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效抗菌聚碳酸酯复合材料，按重量份数计，其所用原料为：PC 80份、POE-g-MAH 5份、玻璃纤维5份、复合抗菌剂1-10份、邻苯二甲酸二辛脂0.5份；其中所述复合抗菌剂为PHMG-ECH@Fe

所述复合抗菌剂的制备方法包括以下步骤：

1）PHMG-ECH的制备：在室温下，将一定质量的PHMG（聚六亚甲基胍盐酸盐）溶于去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加一定量的EDC（1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺）水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入一定量的ECH（环氧氯丙烷），室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

其中，步骤1）中所用PHMG溶液、EDC水溶液与ECH的体积比为100:10:3；其中，所述PHMG溶液的浓度为0.1mol/L，所述EDC水溶液的浓度为0.1mol/L。

步骤2）中所用PHMG-ECH和纳米Fe

步骤3）中所用TA与PHMG-ECH@Fe

所述高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备方法包括以下步骤：

a）将复合抗菌剂加入到邻苯二甲酸二辛脂中，混合均匀后，将其与PC、POM-g-MAH、玻璃纤维于高速搅拌机中混合均匀，再于100℃烘箱中干燥6h；

b）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；

c）将所得抗菌母粒在真空干燥箱中干燥，再进行注塑成型，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

其中，步骤a）中所述高速搅拌机的转速为300 r/min，温度为60℃。

步骤b）中所用挤出机的挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min。

步骤c）中所述干燥的温度为100℃，时间为6 h；注塑成型时，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40MPa。

本发明的有益效果在于：本发明采用PHMG-ECH@Fe

PHMG和纳米Fe

附图说明

图1为纳米Fe

图2为纳米Fe

图3为本发明制备的PHMG-ECH@Fe

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

1. 复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

1）PHMG-ECH的制备：在容量为250ml的烧杯中，将2.117g的PHMG于室温下溶于100ml去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加10ml、0.1mol/L的EDC水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入3mL的ECH，室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃真空干燥箱中干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

2. 高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备：

1）将2重量份PHMG-ECH@Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

实施例2

1. 复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

1）PHMG-ECH的制备：在容量为250ml的烧杯中，将2.117g的PHMG于室温下溶于100ml去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加10ml、0.1mol/L的EDC水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入3mL的ECH，室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃真空干燥箱中干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

2. 高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备：

1）将4重量份PHMG-ECH@Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

实施例3

1. 复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

1）PHMG-ECH的制备：在容量为250ml的烧杯中，将2.117g的PHMG于室温下溶于100ml去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加10ml、0.1mol/L的EDC水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入3mL的ECH，室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃真空干燥箱中干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

2. 高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备：

1）将6重量份PHMG-ECH@Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

实施例4

1. 复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

1）PHMG-ECH的制备：在容量为250ml的烧杯中，将2.117g的PHMG于室温下溶于100ml去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加10ml、0.1mol/L的EDC水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入3mL的ECH，室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃真空干燥箱中干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

2. 高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备：

1）将8重量份PHMG-ECH@Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

实施例5

1. 复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

1）PHMG-ECH的制备：在容量为250ml的烧杯中，将2.117g的PHMG于室温下溶于100ml去离子水中，在恒温水浴锅中磁力搅拌15min使其充分溶解，得PHMG溶液；向该溶液中缓慢滴加10ml、0.1mol/L的EDC水溶液，滴加完成后继续搅拌15min，之后再加入3mL的ECH，室温搅拌15min后将水浴温度升至80℃，并保温搅拌6h，再通过真空蒸馏回收产物，并经60℃真空干燥箱中干燥24h，得PHMG-ECH；

2）PHMG-ECH@Fe

3）PHMG-ECH@Fe

2. 高效抗菌聚碳酸酯复合材料的制备：

1）将10重量份PHMG-ECH@Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到高效抗菌聚碳酸酯复合材料。

对比例1

1）将90重量份PC、5重量份POM-g-MAH、5重量份玻璃纤维在高速搅拌机中，以60℃、300 r/min的转速混合均匀，再于100℃烘箱中干燥6h；

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到聚碳酸酯复合材料。

对比例2

1）将80重量份PC、5重量份POM-g-MAH、5重量份玻璃纤维、8重量份的PHMG、0.5重量份邻苯二甲酸二辛脂于高速搅拌机中，以60℃、300 r/min的转速混合均匀，再于100℃烘箱中干燥6h；

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到抗菌聚碳酸酯复合材料。

对比例3

1）将80重量份PC、5重量份POM-g-MAH、5重量份玻璃纤维、8重量份Fe

2）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

3）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到抗菌聚碳酸酯复合材料。

对比例4

1）Fe

2）将80重量份PC、5重量份POM-g-MAH、5重量份玻璃纤维、8重量份Fe

3）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

4）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到抗菌聚碳酸酯复合材料。

对比例5

1）Fe

2）将80重量份PC、5重量份POM-g-MAH、5重量份玻璃纤维、4重量份的PHMG、4重量份Fe

3）将干燥后的物料加入双螺杆挤出机中，经挤出造粒得到抗菌母粒；挤出温度为：第一段275℃、第二段270℃、第三段270℃、第四段260℃、第五段255℃；螺杆转速为10 r/min；

4）将所得抗菌母粒在100℃真空干燥箱中干燥6 h，再进行注塑成型，从进料口到出料口的注塑温度分别为300℃、290℃、285℃、275℃、265℃，注塑压力为135 MPa，保压压力为40 MPa，即得到抗菌聚碳酸酯复合材料。

根据GB/T 31402-2015标准测试所得复合材料的抗菌性能，测试结果见表1。按表2标准对所得复合材料进行力学性能测试，结果见表3。

表1

表2 性能测试指标及其标准

表3 力学性能测试结果

由表3结果可见，随着复合抗菌剂PHMG-ECH@Fe

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。