一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明属于抗菌材料，具体地，涉及一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯（pp）具有密度低、化学稳定性好、电绝缘性能优异、加工性能良好且成本低廉等突出优势，被广泛应用于汽车工业、电子电器、家用电器、包装材料及医疗器械等领域。然而，单一聚丙烯材料亦存在明显的性能短板：其耐热性较差，低温冲击韧性不足，刚性相对有限，这些缺陷在一定程度上限制了其在高端应用场景中的使用。将聚丙烯与聚碳酸酯（pc）进行熔融共混制备pp/pc复合材料，是行之有效的改性策略，两者的复合能够实现性能上的优势互补：聚丙烯改善了聚碳酸酯熔体粘度大、加工困难的缺点，聚碳酸酯则弥补了聚丙烯耐热性和力学强度的不足。经过合理配方设计的pp/pc复合材料综合性能良好，已广泛应用于汽车内饰件、电子电器外壳、家用电器部件等领域。

2、随着应用场景的不断拓展，pp/pc复合材料在某些特定使用环境下对抗菌性能提出了明确需求，例如医疗卫生器械、公共设施接触面、食品接触材料及家电壳体等。赋予pp/pc复合材料抗菌能力的主流技术方案是在基体中添加抗菌剂。目前常用的抗菌剂包括银系无机抗菌剂、季铵盐类有机抗菌剂等。

3、然而，现有抗菌剂添加技术方案在应用于pp/pc复合材料时存在一个较大缺陷。聚丙烯为非极性聚合物，聚碳酸酯为极性聚合物，两者在热力学上属于不相容体系。即使通过添加增容剂等手段改善界面结合，pp与pc之间仍存在显著的相界面。在复合材料的加工成型、安装及长期使用过程中，相界面处易产生微观裂纹，这些微裂纹成为水分吸附和脏污残留的通道，进而形成菌类滋生的“抗菌死角”。更为棘手的是，pp/pc复合材料基体本身不具有抗菌能力，而外加的常规抗菌剂无法有效定向作用于这些相界面微裂纹内部，导致微裂纹处的菌类滋生难以被抑制。

4、针对这一问题，现有技术的通行做法是大量添加抗菌剂以提升整体抗菌能力。然而，这种做法非但不能有效解决微裂纹中的菌类滋生问题，反而会引入新的矛盾：大量抗菌剂颗粒在相界面处的聚集进一步恶化了pp与pc的相容性，加剧了相界面裂纹的产生和扩展，形成“添加抗菌剂-相界面劣化-微裂纹增多-抗菌死角增加-需要更多抗菌剂”的恶性循环。因此，开发一种能够定向作用于pp/pc相界面、同时兼具抑制微裂纹产生和长效抗菌功能的新型抗菌剂及其复合材料制备方法，具有重要的技术价值和现实意义。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种抗菌聚丙烯复合材料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种抗菌聚丙烯复合材料，基于pp/pc复合体系，引入一种改性季铵抗菌剂共混而成，具体地，该复合材料包括如下重量份组分：聚丙烯60-75份、聚碳酸酯25-33份、相容剂5-7份、改性季铵抗菌剂0.8-1.1份、抗氧剂0.2-0.3份、润滑剂0.5-0.7份和成核剂0.4-0.5份。

4、其中，改性季铵抗菌剂由如下步骤制成：

5、步骤a1：将氟代丙二酸二甲酯、3-二甲氨基丙胺和无水二氧六环预混，再加入钛酸四丁酯混匀，充氮保护后减压并升温进行胺酯交换反应，制成中间体；

6、进一步地，氟代丙二酸二甲酯和3-二甲氨基丙胺的用量摩尔比为1：2.2-2.4，钛酸四丁酯的用量为两者总量的0.5-0.8wt%。

7、优选地，氟代丙二酸二甲酯为2-氟丙二酸二甲酯和二氟丙二酸二甲酯中的一种。

8、步骤a2：将中间体、溴代烷烃和无水异丙醇预混，再加入碳酸钾并充氮保护，升温回流进行季铵化反应，制成改性季铵抗菌剂；

9、进一步地，中间体和溴代烷烃的用量摩尔比为1：2.7-3.2，碳酸钾的用量为溴代烷烃的0.55-0.7倍摩尔当量。

10、优选地，溴代烷烃的烷基链长度为c12-c18。

11、一种抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，具体为：将各组分混匀，混合物加入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出后经水冷、切粒、干燥，得到抗菌聚丙烯复合材料。

12、优选地，聚碳酸酯为双酚a型树脂原料，高效提升复合材料的强韧性，同时降低复合体系中的相界面。

13、进一步地，熔融共混的加工温区为190-255℃。

14、本发明的有益效果：

15、本发明的改性季铵抗菌剂不是单纯依靠随机分散来提高材料整体抗菌剂含量，而是精准作用于pp/pc复合材料的相界面缺陷。其分子中部的氟代酰胺结构具有较高极性，能够与pc相中的碳酸酯结构具有偶极作用以及极性相互作用，从而具有良好的相容性，双端长链烷基季铵盐结构一方面具有季铵盐抗菌活性，另一方面长链烷基与pp相具有较好的疏水相容性和链段缠结倾向，进而，该抗菌剂在pp相与pc相之间具有类似桥联分子的作用，可在一定程度上改善相界面结合，降低因两相极性差异导致的界面应力集中和微裂纹形成倾向。

16、本发明改性季铵抗菌剂中引入的氟结构能够降低分子的表面能，使其在熔融共混和成型冷却过程中具有向材料表面、相界面及局部高表面能区域迁移的趋势。pp/pc复合材料的表层相界面和微裂纹萌生区域通常为界面能较高且易吸附污染物的位置，所述抗菌剂能够在这些位置相对富集，从而使有限添加量的抗菌组分更集中地作用于细菌容易滞留和滋生的位置。与普通季铵盐抗菌剂相比，该定向富集特征有利于缓解微裂纹内部抗菌剂不足所形成的抗菌死角。

17、同时，季铵盐结构能够通过接触破坏细菌细胞膜而发挥抗菌作用；双端季铵盐的设置提高了单个分子的阳离子活性位点密度，长链烷基有助于其与细菌膜脂质层相互作用。氟代酰胺中心段、长链烷基端段及双季铵盐活性端之间形成协同：中心段增强对pc相及界面高极性区域的亲和，端段嵌入pp相并提供抗菌活性，氟结构促进表面/界面迁移并改善疏水疏油特性。由此，复合材料在受到弯折、摩擦或装配应力后，即使产生少量微裂纹，也能在裂纹附近保持较高的抗菌剂有效浓度，抑制水分和污物滞留后引起的局部细菌繁殖。

18、此外，氟结构带来的低表面能够改善季铵盐类抗菌剂易增加表面亲水性、易吸附污染物的不足，使制品表面兼具抗菌与一定的抗污、疏水疏油性能，减少脏污和水分在微裂纹中的残留。

1.一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份组分：聚丙烯60-75份、聚碳酸酯25-33份、相容剂5-7份、改性季铵抗菌剂0.8-1.1份、抗氧剂0.2-0.3份、润滑剂0.5-0.7份和成核剂0.4-0.5份；

2.根据权利要求1所述的一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，氟代丙二酸二甲酯和3-二甲氨基丙胺的用量摩尔比为1：2.2-2.4，钛酸四丁酯的用量为两者总量的0.5-0.8wt%。

3.根据权利要求2所述的一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，氟代丙二酸二甲酯为2-氟丙二酸二甲酯和二氟丙二酸二甲酯中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，中间体和溴代烷烃的用量摩尔比为1：2.7-3.2，碳酸钾的用量为溴代烷烃的0.55-0.7倍摩尔当量。

5.根据权利要求4所述的一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，溴代烷烃的烷基链长度为c12-c18。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌聚丙烯复合材料，其特征在于，聚碳酸酯为双酚a型聚碳酸酯。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体为：将各组分混匀，混合物加入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出后经水冷、切粒、干燥，得到抗菌聚丙烯复合材料。

8.根据权利要求7所述的一种抗菌聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，熔融共混的加工温区为190-255℃。