抗菌玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料及制备方法

摘要

一种抗菌玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料及制备方法，属高强、高韧抗菌聚丙烯复合材料及制备工艺。其原料按重量份计：聚丙烯60～100，纳米粒子和弹性体粒子0.5～50，玻璃纤维10～40。本发明通过对纳米粒子表面处理，增强粒子在聚丙烯基体中的分散性，并且通过单螺杆往复式挤塑机的强剪切作用打散纳米粒子的软团聚，使得纳米粒子更好的在基体中分散，通过光催化效应得到良好的抗菌性能，并与弹性粒子POE、玻璃纤维协同作用，大幅度提高材料的强度、韧性。因此，本发明不仅保持聚丙烯的良好综合性能，而且同时大幅度提高材料的强度和韧性，并具有抗菌性能，可用作汽车内饰件材料、汽车保险杠等。

说明书

一、技术领域

本发明的抗菌玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料及制备方法，属高强、高韧抗菌聚丙烯复合材料及制造工艺。

二、背景技术

聚丙烯(PP)是三大通用塑料之一，其原料丰富、价格低廉、工艺简便，并有较好的综合性能，在通用塑料中很有发展潜力，但由于其冲击韧性低、收缩率大而在一定程度上限制了它更广泛的应用。近年来随着高分子材料科学的进步和加工技术的发展，人们在改善PP的强度和韧性方面做了大量研究。一般采用在聚丙烯中同时添加弹性体、刚性粒子多元共混或弹性体与HDPE、LDPE等共混在提高拉伸强度、弯曲强度的同时提高韧性，但强度提高不明显，或者是微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料(中国专利CN1328084A)，但是仍然很难同时具有高强度和高韧性。

三、发明内容

本发明的目的在于，研制一种具有抗菌性能的高强度和高韧性的抗菌玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料。

本发明的抗菌玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料的组成成份按重量份计，聚丙烯60-100，纳米粒子和弹性体粒子0.5-50，玻璃纤维10-40。

本发明通过对纳米粒子表面处理，增强粒子在聚丙烯基体中的分散性，并且通过单螺杆往复式挤塑机的强剪切作用打散纳米粒子的软团聚，使得纳米粒子更好的在基体中分散，通过光催化效应得到良好的抗菌性能，并与弹性粒子POE、玻璃纤维协同作用，大幅度提高材料的强度、韧性。

玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料的制备方法：

1、纳米粒子表面处理的方法：在硅烷偶联剂KH-550中按比例1∶2～1∶8加入无水乙醇与去离子水的混合物，其中无水乙醇∶去离子水为10∶1-2∶1，用冰醋酸和氨水调节pH值3-7，再置于磁力控温搅拌器上控温20-60℃，搅拌60～120min，往水解好的硅烷和纳米氧化锌混合物中按体积比1∶20～1∶80加入无水乙醇。将混合物置于机械搅拌器上以60-150r/min的速度搅拌1～3小时，将搅拌好的氧化锌/硅烷混合物置于设定温度的鼓风干燥箱中干燥，温度设定30-80℃；

2、纳米粒子与玻璃纤维、聚丙烯复合制备聚丙烯基复合材料：经过表面与处理的纳米粒子先与20～60重量％聚丙烯用高混机500-3000r/min混合3～15分钟后由单螺杆往复式挤塑机挤出，再与聚丙烯混合，加入玻璃纤维用双螺杆挤塑机混炼挤出后，冷却、切粒、干燥后得到本发明。

玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料具有良好的力学性能，其强度σ_拉＝75～80MPa，σ_压＝90～95MPa，冲击强度a_k＝45～50kJ/m²，拉伸强度可提高2～3倍，冲击韧性可提高1～6倍。本发明的优点在于经过表面处理的纳米粒子通过我们所采用的挤出方法可以很好的分散在基体中，并与基体有一定的结合强度，与玻璃纤维协同作用，使材料同时大幅度提高材料的强度和韧性，并由于纳米氧化锌的光催化作用使材料拥有优良的抗菌性能。

四、具体实施方式

本发明所述的纳米粒子是经过一定表面处理的氧化锌或氧化锌与碳酸钙，平均粒径在10-100nm。以及弹性体POE或POE与SBS组成的复合粒子。

本发明所述的聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、均聚聚丙烯或其他聚丙烯中的一种或两种至三种混合。

本发明所述的玻璃纤维是直径为2～11μm，长径比为30～300的无碱或中碱玻璃纤维。

下面通过实施例来说明本发明的具体实施方式：

实施例1：以造5公斤聚丙烯母料，填充纳米氧化锌的量为1％，POE的量为10％，硅烷KH-550的量为2％样品为例：

1.按试验所需的比例称取偶联剂1克，置于小烧杯中。

2.往称量好的硅烷中按1∶5的比例加入无水乙醇与去离子水的混合物，其中无水乙醇∶去离子水＝9∶1，即无水乙醇4.5克，去离子水0.5克。

3.将硅烷混合物用冰醋酸和氨水调节pH值3-7，再置于磁力控温搅拌器上控温35℃，搅拌90min。

4.在搅拌同时称取表面经过预处理的纳米氧化锌50克，置于容积为500mm的大烧杯中。

5.往水解好的硅烷混合物中按1∶40的体积比加入无水乙醇。将该混合物与纳米粒子混合置于机械搅拌器上以90r/min的速度搅拌1.5小时。

6.将搅拌好的氧化锌/硅烷混合物置于鼓风干燥箱中干燥，温度设定60℃。

7.待干燥至出现板状龟裂时，将混合物移至真空干燥箱中进行进一步干燥，温度也设定在60℃，直至样品完全干燥。

8.将处理好的纳米氧化锌与500克POE、2000克聚丙烯高混机1500r/min混合8分钟后挤出。

9.将挤出的料与1500克聚丙烯倒入加料口，与1500克玻璃纤维一同用双螺杆挤出机混炼得到玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料。

实施例2：以造5公斤聚丙烯母料，填充纳米氧化锌的量为2％，纳米碳酸钙的量为20％，POE的量为10％，硅烷KH-550的量为4％样品为例：

1.按试验所需的比例称取偶联剂4克，置于小烧杯中。

2.往称量好的硅烷中按1∶5的比例加入无水乙醇与去离子水的混合物，无水乙醇18克，去离子水2克。

3.将硅烷混合物用冰醋酸和氨水调节pH值3-7，再置于磁力控温搅拌器上控温40℃，搅拌100min。

4.在搅拌同时称取表面经过预处理的纳米氧化锌100克，置于容积为800mm的大烧杯中。

5.往水解好的硅烷混合物中按1∶60的体积比加入无水乙醇。将该混合物与纳米粒子混合置于机械搅拌器上以100r/min的速度搅拌2小时。

6.将搅拌好的氧化锌/硅烷混合物置于鼓风干燥箱中干燥，温度设定60℃。

7.待干燥至出现板状龟裂时，将混合物移至真空干燥箱中进行进一步干燥，温度也设定在60℃，直至样品完全干燥。

8.将处理好的纳米氧化锌与500克POE、1000克纳米碳酸钙、2000克聚丙烯高混机1200r/min混合6分钟后挤出。

9.将挤出的料与1500克聚丙烯倒入加料口，与1000克玻璃纤维一同用双螺杆挤出机混炼得到玻璃纤维/纳米粒子/聚丙烯复合材料。