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抗菌聚丙烯专用树脂的开发

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

抗菌聚丙烯专用树脂的开发

摘 要: 通过筛选抗菌剂,研究了,新型高效有机型抗菌剂KJY一3、有机一无机银系复合型抗菌剂KJW一2添加量对抗菌聚丙烯(PP)专用树脂抗菌效果的影响及其抗菌原理、抗菌特性,分析了2种抗菌PP的热力学、物理机械性能及加工T艺对抗菌PP质量的影响。结果表明:KJY一3和KJW一2抗菌剂的适宜加入量分别为1 000,2 000 g生产的抗菌PP专用树脂抗菌性能高效、广谱、持久且安全;KJY一3和KJw一2抗菌PP常温冲击强度分别提高到78,82 J/m。

关键词: 聚丙烯高效有机扰菌剂; 有机一无机银系复合抗菌剂; 专用树脂

高性能化和功能化是当今新材料发展的两大方向。随着塑料及非织造布工业的发展,聚丙烯(PP)已成为人们日常生活和工作中最常见、使用最广泛的材料之一。由于其优异的性能和低廉的价格,应用越来越广泛。然而,普通PP制品易沾染细菌,对人类健康构成一定的威胁。目前在日本,抗菌塑料几乎覆盖PP等所有主要塑料品种。为减少因使用PP制品而发生的人与人、人与物、物与物之间的细菌交叉污染。提高人民生活健康水平,降低疾病传播,本课题对抗菌PP专用树脂进行开发和研制

1 实验部分

1.1 原料

PP,中国石化上海石油化工股份有限公司塑料事业部生产:抗菌剂KJY和KJW.自行复配和市售;抗氧剂、成核剂、过氧化物等,均为市售。

1.2 仪器与设备

GH一50DQ型混料机,北京塑料机械厂生产;STSH—Z72型双螺杆配混挤出造粒机.南京橡胶机械厂生产。987型熔体流动速率测定仪,美国Tinusolsen公司生产;DSC一10型差示扫描量热仪,美国TA仪器公司生产;偏光显微镜,德国LetizOrtho Plan公司生产:AGS一5KND型万能材料试验机、AJS一5000N型岛津拉力机,均为日本岛津公司生产;ASTM—D256型悬臂梁冲击试验机,日本东洋精机生产:API型低温冲击仪,美国Dynisw公司生产.

1.3 分析与测试

抗菌防霉性按QB/T 2591-2003测试,抗菌防霉长久性按JC/T 939-2004测试.

熔体流动速率按GB/T 3682-2000测试.拉伸性能按ASTM D 638-2008测试,弯曲模量按AS I D 790__2007测试,冲击强度按ASnI D 256—2006测试.

差示扫描量热法(DSC)分析:在氮气保护下,取少量试样,以10 oC/min升温至200℃ .然后以同样的速率冷却至室温,进行熔融及结晶测试。

偏光显微镜(POM)分析:以POM 的盖玻片为模板,取少量试样,230℃ ,20 min熔融后加压制成薄膜,然后降温到140℃ ,保温2 h:130℃ ,保温2 h;110℃ ,保温2 h;在烘箱中自然冷却至室温,观察PP球晶形态。

2 结果与讨论

2.1 抗菌剂的筛选

对有机型、有机分子组装型、无机银系型、有机一无机银系复合型等1O余种抗菌剂进行了研制、复配以及技术论证。经过反复的技术探索,结果对比,经济成本测算,最后基本确定KJY一1(有机分子组装型抗菌剂),KJY一2(有机杂环型抗菌剂),KJY一3(新型高效有机型抗菌剂),KJW一1(无机银系型抗菌剂),KlW一2(有机一无机银系复合型抗菌剂)为重点研究对象。

首先,对抗菌剂本身的熔点和分解起始温度进行考证;然后,按预先设计好的配方将PP基体、抗氧剂、抗菌剂和其他助剂在混合机中混合均匀:最后,在适宜的条件下挤出造粒。对造出的抗菌PP树脂进行物理机械性能测试;并取一定量抗菌成品粒料,用专用模具在液压压片机上压制成厚1.5 mm,长宽各为50 mm的试片,进行抗菌性能测试。

5个试样分解起始温度均为250

cjC以上。抗菌剂本身的熔点也符合最终产品工艺要求。KJY一3和KJW一2抗菌PP试样抗菌防霉效果优异,物理机械性能较好。因而选用KJY一3和KJW一2抗菌剂为进一步研究对象。

2.2 抗菌剂加入量与抗菌效果

当KJY一3抗菌剂加入量达到800 ug/g时,PP试样的抗菌率达90.0% 以上:随着加入量的增加,当达到1 000ug/g时,试样抗菌率超过99.0%。因而,KJY一3加入量以1 000 ug/g

为宜.

KJW一2抗菌剂加入量达到1 500 ug/g时.其抗菌率达到90.0%;当加入量达2 000 ug/g时.抗菌率达98.0% 以上;随着加入量的增加.当达到2 500 ug/g时,试样抗菌率超过99.9%。故KJW一2的适宜加人量为2 000ug/g。

2.3 抗菌原理

2.3.1 KJY一3型PP

一般细菌和真菌的细胞膜或细胞壁均含有带负电的蛋白质,抗菌基团带有正电,因为库仑力的作用而吸附到微生物细胞上,破坏细菌生长与繁殖的电荷环境,影响细胞正常的呼吸和代谢功能 。另外,此抗菌基团能消除细菌的一种重要的离子梯度,而细菌就是通过这种离子梯度获得营养。由于离子梯度的消除,细菌最终被饿死。从而,达到抗菌的目的.

2.3.2 W一2型PP

除前述的基本抗菌原理外,Ag十还能进一步穿透细胞壁进入细菌内,并与细菌中心巯基反应,使细菌蛋白质凝固,破坏细菌的细胞合成的活性,使细胞丧失分裂生殖能力而死亡。当细菌失去活性时Ag+又可从菌体中游离出来,重复进行抑菌活动,因此,其抑菌效果持久.

2.4 抗菌性能及特点

2.4.1 KJY一3型PP

KJY一3型PP抗菌效果持久:该抗菌基团不溶于水,与其他有机抗菌剂不同,它在杀死细菌的同时本身并未被消耗,保证了抗菌效果的长效性。根据建筑用抗细菌塑料管抗细菌性能标准(JC/T939-2004)检测,其抗菌效果不变。

KJY一3型PP高效广谱抗菌:抗菌基团是经过精心设计和优选,对日常生活环境常见的细菌、真菌、霉菌等都有优异的抑制效果,可有效抑制易导致常见病、多发病的细菌以及常造成的黑点、黏滑和臭气的霉菌。经检测.抗菌率均达99.9% 以上.防霉等级均为零级。另外,该抗菌剂消除了变色、透明度以及重金属问题。

2.4.2 KJW一2型PP

KJW一2型抗菌剂是化学活性较强的有机抗菌剂,通过与载有Ag+的载体表面基团的交联及载体本身所具有的表面作用.将抗菌剂以分子水平均匀分散,使有机物的热稳定性提高。同时,还发现有些有机物对Ag+发黄具有屏蔽作用,提高了A 对紫外光的稳定性,不易产生耐药性,化学稳定性好,耐温性好。

kJW一2型PP抗菌广谱性高:经检测,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽胞杆菌、荧光假单胞杆菌、枯草杆菌、白色念珠菌等数l0种致病微生物都有抑制和杀灭作用,抗菌率达到99.0% 以上。另对黑曲霉、黄曲霉、变色曲霉、橘青霉、绿色木霉、球毛壳霉、宛氏拟青霉、腊叶芽枝霉等多种霉菌有良好的抗击作用,其防霉等级均为零级。

KJW一2型PP抗菌持久性好:PP基料与抗菌剂以共混形式进行熔融造粒。抗菌剂在造粒或制品过程中均匀分散:成型后,在制品表面吸附的水化层,长时间缓慢地释放出Ag+,能长期保持有效的Ag+浓度。从而,具有抑菌性能稳定,杀菌作用时间长,使用方便等优点。根据JC/T 939-2004检测,其抗菌效果不变。另外,该抗菌剂能在很大程度上改进载银抗菌剂的变色问题,降低了抗菌剂的价格.

2.5 使用安全性

KJW一2和KJY一3型抗菌PP的毒理安全性由上海市疾病控制中心检测,经小鼠灌胃和家兔皮肤实验,未见中毒和皮肤刺激症状。鉴定结果为无毒、无刺激性物质。

2.6 KJW一2和KJY一3抗菌剂对材料结晶性能的影响

在小试基础上,进行了扩大试验及生产,制出了若干批抗菌PP树脂。KJw一2型PP的值最小,同型非抗菌PP最大。这表明KJW一2型PP结晶速率最快, 同型非抗菌PP结晶速率最慢。从而.KJW一2型PP球晶粒径最小,KJY一3型PP球晶粒径其次。抗菌试样的结晶度稍高于非抗菌试样,这是因为抗菌试样中存在纳米Ag和小分子抗菌剂。从而起到了晶核作用,使试样球晶粒径变小,同时提高了结晶度。

2.7 KJW 一2和KJY一3抗菌剂对材料力学性能的影响

由于抗菌功能团的进入,材料结晶速率加快,球晶变小,结晶度略有增加。因此,加入抗菌母粒不仅不会对材料的力学性能带来不利影响.而且能使材料的冲击强度等力学性能得到一定程度的改善。

2.8 造粒工艺对抗菌PP专用树脂质量的影响

二步法造粒工艺:首先用少量PP载体与抗菌剂混合制成高浓度抗菌母粒;然后,用抗菌母粒与大量PP基料共混,制备抗菌PP树脂。此工艺路线有利于抗菌剂在PP基料中的均匀分散。但中试发现,KJW一2型PP树脂有发黄现象。这是由于在制造母粒过程中,在高温、高剪切力下,抗菌剂高浓度的Ag+易生成氧化银或还原成金属银 ,故而使母粒变色,进而使最终物料呈微黄色。而采用一步法造粒,即将抗菌剂与PP以及其他抗氧剂等添加辅料一起共混造粒,经多次试验观察,物料基本不发黄。这是由于抗菌Ag+在整个过程体系中浓度很低.再加上有机抗菌剂的屏蔽作用,致使物料基本不变色。

造粒装置宜采用双螺杆挤压机,能使抗菌剂在基料中均匀分散,均匀混合。在不影响其他质量指标的情况下.螺杆挤压机各区温度应略微高些,这样更利于抗菌剂均匀分散。另外,较高的温度能使大分子中氢原子脱落,形成一些自由基团:同样在高温下,抗菌功能团也会产生一些自由基团。抗菌功能团部分能以化学键形式与PP大分子结合,从而能使抗菌PP专用树脂化学稳定性更加牢固,抗菌性能更持久。

3 结论

a)KJY一3和KJW一2抗菌剂的适宜加入量分别为1 000,2 000ug/g,生产的抗菌PP专用树脂抗菌性能高效、广谱、持久且安全。

b) KJY一3型PP和KJW一2型PP球晶粒径变小,结晶度提高,材料的力学性能得到改善。

C)经过适当的工艺和配方改进,可改善抗菌PP专用树脂的质量。

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