PP/Nano-TiO2/CCA纳米复合强抗菌材料的制备及表征

摘要

抗菌性能达不到强抗菌要求是目前聚丙烯（PP）复合抗菌材料研究存在的一个普遍问题。因此，如何在抗菌剂含量较低情况下制得综合性能优良的强抗菌PP复合材料具有十分重要的意义。 本工作利用叶绿素的光合作用原理，将叶绿素铜酸（CCA）与偶联剂改性后的Nano-TiO2复合制备一种新型复合抗菌剂（GNano-TiO2/CCA），通过CCA将吸收的可见光光能传递给Nano-TiO2，改善Nano-TiO2的光能利用率，从而提高Nano-TiO2的光催化抗菌效率。将复合抗菌剂与 PP 热机械熔融共混制得PP/GNano-TiO2/CCA 复合抗菌材料。通过对复合抗菌材料的抗菌性能、力学性能、熔体流动速率(MFR)、流变性能、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）进行表征，研究了未改性 Nano-TiO2、不同偶联剂改性 Nano-TiO2以及 CCA 与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）改性 Nano-TiO2制备的复合抗菌剂Nano-TiO2/CCA对PP复合材料综合性能的影响；通过傅里叶转换红外光谱分析（FTIR）、透射电镜分析（TEM）、水接触角分析（WCA）、活化指数等表征手段，分别研究了四种偶联剂对Nano-TiO2的改性效果，主要结论如下： （1）分别用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、KH570、钛酸酯偶联剂NDZ-105、硬脂酸四种不同的偶联剂改性Nano-TiO2，并制备了PP/GNano-TiO2复合材料，结果表明KH570改性Nano-TiO2制备的复合材料对大肠杆菌的抗菌性能、综合力学性能和热性能最好。当GNano-TiO2含量为2%时，其抗菌率达到90.6%，具备抗菌作用，但未达到强抗菌作用；其拉伸性能、断裂伸长率、冲击强度和弯曲模量分别为 29.7MPa、612%、80.1kJ/m2、820MPa，比改性前分别提高11.8%、33.0%、13.0%、27.7%；经过KH570和钛酸酯偶联剂 NDZ-105 改性后的复合材料的热分解起始温度分别达到了 426℃、424℃。 （2）对比 PP/Nano-TiO2和 PP/GNano-TiO2复合抗菌材料的性能发现，在Nano-TiO2含量为0wt%-2.0wt%的范围内，随着Nano-TiO2添加量增大，两种复合抗菌材料的抗菌率均出现先增大后减小的趋势；Nano-TiO2 含量相同时，PP/GNano-TiO2的抗菌性能、力学性能及热稳定性均明显优于PP/Nano-TiO2的抗菌性能，流变性能基本不变；当 Nano-TiO2含量在 1.5wt%时，PP/Nano-TiO2的抗菌率达到 73.2%，并不具备抗菌作用；当 GNano-TiO2 含量为 1.0wt%时，PP/GNano-TiO2的抗菌率达到91.3%，具备抗菌作用，但不具备强抗菌作用。 （3）将CCA加入至抗菌剂Nano-TiO2中制备复合抗菌剂Nano-TiO2/CCA，使PP/GNano-TiO2/CCA复合材料的抗菌率明显提升，但力学性能略有下降，熔体流动速率略有提高。当Nano-TiO2含量在1wt%且Nano-TiO2与CCA的质量配比为6:1时，复合材料的抗菌率达到了99.9%，具备强抗菌作用，而拉伸强度和冲击强度分别下降5%和10%，但仍然高于纯PP。随CCA所占GNano-TiO2比例的增加，复合材料的储能模量（G'）、损耗模量（G"）和复数黏度（η*）呈降低的趋势，但不明显。随 CCA 所占 GNano-TiO2 比例的增大，PP/GNano-TiO2/CCA 复合材料的结晶峰温度和起始结晶温度先升高后降低，但对其熔融温度影响较小，复合材料的分解温度有不同程度的下降，但不明显，CCA的加入对复合材料的热稳定性影响很小。

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