抗菌HDPE树脂的制备及其性能研究

摘要

高密度聚乙烯(HDPE)韧性好、价格低廉,易成型加工、耐化学腐蚀性好。在各个领域的应用范围不断扩大,已成为消费量最大的的通用塑料之一。而高密度聚乙烯本身不具有抗菌功能,制品表面易感染、滋生着大量细菌、霉菌,成为致病菌在人与人、人与物、物与物之间的传播源,严重危害人们的健康,因此研发具有抗菌功能的高密度聚乙烯对阻断疾病的传播途径、消除传染源具有重要的现实意义。
　　 抗菌HDPE研究最多的是无机抗菌剂或有机小分子抗菌剂与HDPE共混制备的抗菌材料。由于聚乙烯树脂与抗菌剂相容性差,抗菌剂在聚乙烯树脂中不仅难以均匀分散,抗菌HDPE在使用过程中会出现抗菌剂不断渗出,造成抗菌性能劣化,作为包装材料与制品也会对被包装产品造成二次污染。
　　 有机抗菌剂中季鳞盐是近年来研究较多的一类。这类抗菌剂带有电性较强的正电荷,因此对于带负电荷菌体有更强的吸附作用,引起微生物细胞壁结构损害并使内容物漏出来,呈现出好的杀菌、抑菌性能。
　　 为了克服共混型抗菌HDPE的缺点,研制出抗菌性能优良的抗菌HDPE,本工作以HDPE、自己合成的4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻等为主要原料,采用连续熔融反应法及稀释反应体系法制备出了季鏻盐与HDPE分子链形成化学键连接的抗菌HDPE。研究了抗菌剂添加量、反应温度及引发剂用量等工艺条件与制得的抗菌HDPE的接枝率、抗菌性能、力学性能及熔体流动性的关系,得到如下主要结果与结论:
　　 (1)本工作合成的4-乙烯苄基三丁基氯化鏻在空气中起始降解温度是293℃,在氩气中的起始降解温度为343℃就,具有良好地加工稳定性。最小抗菌浓度为:金黄色葡萄球菌为60mg/L,大肠杆菌为15mg/L。
　　 (2)连续熔融反应法制备抗菌HDPE,每100克HDPE加入4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻最少于3.2g时,接枝率随其加入量的增大而增大,当添加量为3.2g时接枝率达到0.306％,再增加加入量接枝率基本不变。加入4.26克4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻时,接枝率随着引发剂用量的增加出现先增大后减小的趋势,引发剂加入量为0.15g时,接枝率达到最大值0.305%,提高反应挤出温度,接枝率相应提高,当反应温度达到220℃接枝率达到最大值0.312%。稀释反应体系法两种配方制备的抗菌HDPE其接枝率分别为4.8%和1.9%。
　　 (3)连续熔融反应法制备的抗菌HDPE,随着4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻加入量增加,抗菌性能提高,当加入量大于4.26克时,对大肠杆菌、金色葡萄球菌的抗菌率均在99%以上,抗霉菌性能为0级。稀释反应体系法制得的抗菌HDPE对大肠杆菌、金色葡萄球菌的抗菌率均在99%以上,抗霉菌性能为0级。
　　 (4)连续熔融反应法制备的抗菌HDPE的熔体流动速率,随着4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻加入量的增大明显减小,H3.20、H4.26和H5.33的熔体流动速率分别为3.81g/10min、2.73g/10min及2.43g/10min。随着引发剂添加量增大逐渐减小,每100gHDPE引发剂加入量为0.10g、0.20g及0.25g时熔体流动速率分别为7.07g/10min、2.67g/10min和1.46 g/10min。随着反应温度的提高变小,当温度为190℃时为5.31g/10min,230℃时为2.96g/10min。稀释反应体系法制备的抗菌HDPE熔体流动速率降低不明显。
　　 (5)与原料HDPE相比,连续熔融反应法制备的抗菌HDPE的力学性能有一定程度降低,H4.26力学性能降低不明显或降低程度在误差范围之内。
　　 (6)使用4-乙烯基苄基三丁基氯化鏻通过化学反应制备的抗菌HDPE与添加苄基三丁基氯化鏻制备的共混型抗菌HDPE相比,在不同介质中浸泡迁移量明显降低。