一种建筑用长效抗菌复合板材及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种建筑用长效抗菌复合板材及其制备方法。


背景技术：

2.新冠肺炎疫情让人民群众普遍认识到抗菌、抑菌、灭菌的重要性。医院、养老院、幼儿园、大型冷库及其他公众建筑，已日益要求提供具有抗菌(杀菌)功能，同时兼具优良的耐化性能的材料。目前所采用的解决方案大多是每隔一段时间在建筑内饰表面喷洒具有一定化学侵蚀性的灭菌液以达到灭菌及消毒的效果。但是食品储存用冷库中，定期消毒很难实施，而人流拥挤的医院等公众建筑，即使实施定期消毒也很难预防后进入者带来有害菌，并在下次消毒前有害菌大量繁殖传播；而隐蔽角落或被遮挡处也难以通过喷洒灭菌液进行消毒，从而使得定期消毒失效，难以达到所需的预期。
3.为解决上述问题，一些生产厂家已采用在建筑用无机板材表面刷涂一层带有抗菌功能的涂层，来改善抗菌性能。这些带抗菌涂层的无机板材在市场上常称之以无机预涂抗菌板，其基材多采用硅酸钙板，表面涂履多采用含少量有机抗菌剂的聚酯体系，在紫外光固化或加热固化后形成抗菌涂层表面，并使其具有一定的防火性、抗老化性、耐水性；但是，这种方法还存在一些不足：
4.(1)硅酸钙板材具有一般水泥材料的易碎的脆性，重量高，水泥成分复杂，石棉，重金属和二氧化硅晶体等毒性成分分离难度大；
5.(2)抗菌涂层在大温差及潮湿环境下易脱落剥离，抗菌效率随清洁次数增多明显下降，抗菌性能保持时间短等。
6.上述不足影响了该材料在实际工程项目中的使用，故需要更优的解决方案。


技术实现要素：

7.本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种建筑用长效抗菌复合板材及其制备方法，本发明所描述的建筑用长效抗菌复合板材，在兼具热塑性高分子有机层优异物理性能的同时，利用玻璃微珠承载的阴离子抗菌剂，实现了长效缓释抗菌的功能，并通过无机填料的添加，显著提高了刚度和热稳定性；进而与无机板层压粘接制备的复合材料板材，具有良好的阻燃性能、隔音隔热性能及材料刚度优异，便于建筑安装使用。
8.本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
9.一种建筑用长效抗菌复合板材，包括有机层、胶粘层和无机层；所述胶粘层将有机层和无机层复合在一起；所述有机层由包括以下重量份的原料制成：抗菌剂1
‑
5份、热塑性高分子树脂颗粒80
‑
85份、阻燃剂1
‑
10份、无机填料1
‑
30份、抗氧剂0.05
‑
0.1份、稳定剂0.05
‑
0.1份、表面处理剂0.1
‑
1份、润滑剂0.1
‑
0.2份。
10.需要说明的是，该复合板材为一种无机层与有机层复合的多层结构板，无机层和有机层之间具有胶粘层，将两者牢固结合。该多层复合材料兼具了有机和无机材料的优点，
互相弥补各自的缺点，形成一种完整性能的特种复合板材。
11.优选的，所述热塑性高分子树脂颗粒是聚碳酸酯(pc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰胺树脂(pa)、聚四氟乙烯(ptfe)中的一种或几种。在本发明中优选聚碳酸酯(pc)材料为高分子树脂基材。
12.优选的，所述抗菌剂为银离子抗菌剂。
13.需要说明的是，抗菌剂可以是天然抗菌剂、有机合成的抗菌剂，以及无机抗菌剂。其中无机抗菌剂具有广谱的抗菌性，且耐温好，不产生抗药性，是较好的选择。其中，银离子抗菌剂综合效果显著。尤其是将银离子通过离子交换方式负载到无机载体上，不仅改善了使用中材料的老化变色问题，也降低了银离子的释放速度，提高了银离子抗菌剂的稳定性。当把该类抗菌剂分散到有机热塑性树脂中后，银离子抗菌剂能够长期稳定的被有机热塑性树脂包裹，并缓慢释放银离子，这些银离子迁移到有机热塑性高分子树脂表面，能够实现长效抗菌的功能。在本发明中优选采用玻璃微珠承载的银离子抗菌剂。
14.优选的，所述无机填料为滑石粉。
15.需要说明的是，除了用各种长度或类型的玻纤来增强热塑性高分子树脂体系，也可以采用添加无机填料的方式来增加材料的多项力学性能和热力学性能，包括刚度、抗蠕变性、热变形温度、收缩率等。常用的无机填料包含碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、硅灰石、钛白粉等。对任何无机填料，其粒径和粒径分布是重要的技术指标，通常粒径越小、分布越窄，填充效果越好。所以本发明中优选滑石粉作为无机填料。
16.优选的，所述阻燃剂为有机硅类和磺酸盐类阻燃剂。
17.需要说明的是，阻燃剂可以是一种或几种添加型阻燃剂或者化学键合的反应型阻燃剂。典型的阻燃剂包括磷酸烷基酯类、磺酸盐类、脂肪族卤代烃类、有机硅类阻燃剂等；或者是有机氮系阻燃剂和磷系阻燃剂的复合协同配方，如三聚氰胺和多聚磷酸酯混合组成的阻燃剂，或者季戊四醇磷酸酯的三聚氰胺盐、环磷酰胺聚合物等。本发明中优选有机硅类和磺酸盐类阻燃剂。
18.优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂ao
‑
60与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量比1：1的复配物。
19.需要说明的是，有机层热塑性高分子材料体系中常使用的助剂品种主要是抗氧剂、稳定剂和表面处理剂。抗氧剂、稳定剂的作用是改善材料的加工热稳定性和使用过程中的耐热耐光老化性。
20.优选的，所述表面处理剂为偶联剂、硬脂酸中的一种。
21.需要说明的是，表面处理剂可以改变玻纤、无机填料等的表面活性，使之由亲水性转化为亲油性，以利于和载体树脂混合。本发明中优选硅烷偶联剂或硬脂酸作为表面处理剂。
22.优选的，所述无机层为氧化镁水泥板。
23.需要说明的是，无机层可以使用无机硅酸钙板、石膏板或者氧化镁水泥板。其中氧化镁板作为一种新型水泥材料，具有更高机械强度和刚性(高于硅酸钙水泥)，高防火阻燃性能，隔热隔音性能优异，材料无毒无污染，可100％回收。所以本发明中优选氧化镁水泥板作为无机层。
24.优选的，所述胶粘层使用的胶粘剂为丙烯酸类或环氧树脂类胶粘剂。
25.需要说明的是，有机层与无机层中间用胶粘剂复合，常用的胶粘剂有丙烯酸、环氧树脂、聚氨酯。丙烯酸基胶粘剂主要用于粘合金属、复合材料和大部分热塑性材料，他们只需极少的表面处理或底涂且在室温下就可固化。丙烯酸树脂除了可以提升粘接组件间的结构强度，还具有抗冲击性、耐低温与高温性能以及可观的使用疲劳寿命。环氧基胶粘剂可用于金属、塑料、复合材料、混凝土、木材和泡沫。环氧树脂粘接强度高且耐化学腐蚀，其固化速度较慢，但通常可以通过加热加速固化。聚氨酯基胶粘剂常用于粘合预涂了底漆的金属。所以本发明中优选丙烯酸类或环氧树脂类胶粘剂作为复合层(胶粘层)。
26.本发明还提供一种建筑用长效抗菌复合板材的制备方法，包括下列步骤：
27.s1：按重量份分别称取干燥的热塑性高分子树脂颗粒、无机填料、抗菌剂、表面处理剂，加入高速混合机中混合均匀，然后按重量份称取阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂，再一起搅拌5～20分钟，混合均匀后出料；
28.s2：将步骤s1中的物料加入双螺杆挤出机中，在260℃～280℃下充分融熔共混后挤出、冷却造粒；
29.s3：将步骤s2所制备的塑料粒子再通过单螺杆挤出机，在250℃～270℃下进行熔融塑化，随后进入扁形机头，使得物料沿着机头宽度方向均匀分布，再经口模挤出板材，在牵引装置牵引下经辊筒组压光、定厚、冷却，再经切边装置整形，最后由切割装置切成所需长度的高分子片材；
30.s4：将步骤s3中制备的具有抗菌效果的高分子片材与准备好的无机层板材，分别通过涂胶辊，在高分子片材与无机层板材相对的表面上涂覆胶粘剂，然后在一对复合辊间加压复合，最后制得所需的长效抗菌复合板材
31.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
32.1.本发明的复合板材为一种无机层与有机层复合的多层结构板，有机层使用含有缓释银离子玻璃微珠的高分子抗菌材料，无机层使用无机硅酸钙板、石膏板或者氧化镁水泥板；在无机层和有机层之间具有胶粘层，将两者牢固结合，使得该多层复合板兼具了有机和无机材料的优点，各层相互弥补各自的缺点，形成一种完整性能的特种复合板材。
33.2.本发明中，将含有银离子的有机高分子抗菌材料作为装饰面材，具有轻便抗冲击，装饰性优异，机械和化学性能调整空间大和耐污抗菌性能高的特点；将无机材料所形成的无机层作为底层基材，具有高机械强度和刚性，极高防火阻燃性能，优异的隔热隔音性能，且材料来源广泛，成本低廉，经济效益高。
34.3.本发明的有机层含有热塑性高分子树脂、抗菌剂、阻燃剂、加工助剂等，并且添加适量的无机填料或玻纤可以提高热塑性高分子树脂材料的刚度和弯曲模量等性能。
35.4.本发明的建筑用长效抗菌复合板材，在兼具热塑性高分子有机层优异物理性能的同时，利用玻璃微珠承载的阴离子抗菌剂，实现了长效缓释抗菌的功能，并通过无机填料的添加，显著提高了刚度和热稳定性；进而与无机板层压粘接制备得到复合材料板材，具有良好的阻燃性能、材料刚度和隔音隔热性能，便于建筑安装使用。
36.5.本发明还可以根据产品需求，利用印刷或配色，在热塑性高分子层制备出带有不同纹理、颜色或图案造型的制品；并最终赋予制品抗菌、阻燃、轻质、抗冲、高模量、隔音降噪等特点，从而在建筑装饰等领域具有广泛的应用前景。
37.6.本发明制得的建筑用长效抗菌复合板材通过测试，其抗菌效率高，可达到99％
以上，且抗菌时间长。
38.7.本发明制得的建筑用长效抗菌复合板材其阻燃性能，按照建筑防火标准gb/t 8624
‑
2012版测试要求，其阻燃级别达到b1(b
‑
s2
‑
d0)级别，同时满足烟雾浓度及烟雾毒性的要求；并且本发明的复合板材按照gb/t 17657
‑
2013标准检测，未检出甲醛，安全性高。
具体实施方式
39.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
41.实施例1
42.一种建筑用长效抗菌复合板材，包括有机层、胶粘层和无机层；所述胶粘层将有机层和无机层复合在一起；
43.所述有机层由包括以下重量份的原料制成：抗菌剂1
‑
5份、热塑性高分子树脂颗粒80
‑
85份、阻燃剂1
‑
10份、无机填料1
‑
30份、抗氧剂0.05
‑
0.1份、稳定剂0.05
‑
0.1份、表面处理剂0.1
‑
1份、润滑剂0.1
‑
0.2份。
44.进一步的，在另一个实施例中，所述热塑性高分子树脂颗粒为聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯中的一种或几种。
45.进一步的，在另一个实施例中，所述抗菌剂为银离子抗菌剂。
46.进一步的，在另一个实施例中，所述无机填料为滑石粉。
47.进一步的，在另一个实施例中，所述阻燃剂为有机硅类和磺酸盐类阻燃剂。
48.进一步的，在另一个实施例中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂ao
‑
60与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量比1：1的复配物。
49.进一步的，在另一个实施例中，所述表面处理剂为偶联剂、硬脂酸中的一种；所述偶联剂优选硅烷偶联剂。
50.进一步的，在另一个实施例中，所述无机层为氧化镁水泥板。
51.进一步的，在另一个实施例中，所述胶粘层使用的胶粘剂为丙烯酸类或环氧树脂类胶粘剂。
52.进一步的，在另一个实施例中，所述的建筑用长效抗菌复合板材的制备方法，包括下列步骤：
53.s1：按重量份分别称取干燥的热塑性高分子树脂颗粒、无机填料、抗菌剂、表面处理剂，加入高速混合机中混合均匀，然后按重量份称取阻燃剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂，再一起搅拌5～20分钟，混合均匀后出料；
54.s2：将步骤s1中的物料加入双螺杆挤出机中，在260℃～280℃下充分融熔共混后挤出、冷却造粒；
55.s3：将步骤s2所制备的塑料粒子再通过单螺杆挤出机，在250℃～270℃下进行熔
融塑化，随后进入扁形机头，使得物料沿着机头宽度方向均匀分布，再经口模挤出板材，在牵引装置牵引下经辊筒组压光、定厚、冷却，再经切边装置整形，最后由切割装置切成所需长度的高分子片材；
56.s4：将步骤s3中制备的具有抗菌效果的高分子片材与准备好的无机层板材，分别通过涂胶辊，在高分子片材与无机层板材相对的表面上涂覆胶粘剂，然后在一对复合辊间加压复合，最后制得所需的长效抗菌复合板材。
57.实施例2
58.一种建筑用长效抗菌复合板材，由有机层、胶粘层和无机层构成；所述有机层的热塑性高分子树脂颗粒为聚碳酸酯(pc)和聚四氟乙烯(ptfe)的混合颗粒，胶粘层的胶粘剂为环氧类胶粘剂，无机层为氧化镁水泥板；所述胶粘层将有机层和无机层复合在一起；
59.所述有机层由包括以下重量份的原料制成：聚碳酸酯82份、银离子抗菌剂1份、磺酸盐类阻燃剂0.6份、聚四氟乙烯(ptfe)0.2份、滑石粉16份、硅烷偶联剂1份、抗氧剂0.1份、稳定剂0.1份、润滑剂0.2份。
60.本实施例中，所述的聚碳酸酯熔体指数mfr为7；所述的滑石粉为塑料挤出级，平均尺寸10微米；所述的聚四氟乙烯(ptfe)为粉末状纯粉型；所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂ao
‑
60与亚磷酸酯类抗氧剂168按质量比1：1的复配物；所述无机氧化镁水泥板为6毫米厚度，表面平整光滑。
61.上述配方按照如下步骤制备：
62.s1：按重量份分别称取干燥的聚碳酸酯、银离子抗菌剂、聚四氟乙烯、滑石粉、硅烷偶联剂，加入高速混合机中混合均匀，然后按重量份称取抗氧剂、稳定剂、润滑剂、磺酸盐类阻燃剂加入高速混合机中搅拌5～20分钟，混合均匀后出料；
63.s2：将步骤s1的物料加入双螺杆挤出机中，在270℃下充分融熔共混后挤出、冷却造粒。
64.s3：将步骤s2所制备的塑料粒子再通过单螺杆挤出机在260℃下进行熔融塑化，随后进入扁形机头，使得物料沿着机头宽度方向均匀分布，再经口模挤出片材，在牵引装置牵引下经辊筒组压光、定厚、冷却，再经切边装置整形，最后切割成0.8毫米厚度的具有抗菌效果的高分子片材；
65.s4：将步骤s3中制备的片材与准备好的无机氧化镁水泥板，分别通过涂胶辊，在高分子片材与无机氧化镁水泥板相对的表面上涂覆环氧类胶粘剂，然后在一对复合辊间加压复合，最后即得本发明的多层长效抗菌复合板材。
66.本发明的长效抗菌复合板材是针对建筑场合使用，尤其是医疗卫生及冷链运输等建筑市场，因而针对这些市场，需要做如下性能测试：
67.(1)抗菌性：由于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别代表了革兰氏阳性和阴性菌，代表了大部分菌种，因而测试也主要针对这两个细菌进行。
68.(2)耐久性：由于板材的使用场合中，不可避免会接触到各种消毒水或者消毒灯等设备，因而板材在遭受侵害之后，持久抗菌性是否可以保持也是一个关键。
69.(3)阻燃性：在一些场合中，比如建筑行业，做为建筑材料是要达到一定的阻燃级别才可以投入使用的，比如至少要达到gb8624b1的要求。
70.(4)安全性(接触)：板材是否含甲醛及重金属等有害物质。
71.经测试，本发明的建筑用长效抗菌复合板材性能指标表征结果如下：
72.(1)抗菌性：用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌按照iso22196：2011标准分别进行测试，其抗菌活性值分别为2.9和2.1，抗菌效率都达到了99％以上。(2)耐久性测试：根据gbt21866
‑
2008标准，将送检样品置于紫外灯下，照射100小时后，重复进行抗菌测试，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率都大于99％，按标准分类为i级。
73.(3)阻燃性：按照建筑防火标准gb/t 8624
‑
2012版测试要求，本发明的复合板材阻燃级别达到b1(b
‑
s2
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d0)级别，同时满足烟雾浓度及烟雾毒性的要求。
74.(4)安全性：本发明的复合板材按照gb/t 17657
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2013标准检测，未检出甲醛，符合无毒害要求。
75.综上所述，本发明的建筑用长效抗菌复合板材，在兼具热塑性高分子有机层优异物理性能的同时，利用玻璃微珠承载的阴离子抗菌剂，实现了长效缓释抗菌的功能，并通过无机填料的添加，显著提高了刚度和热稳定性；进而与无机板层压粘接制备的复合材料板材，具有良好的阻燃性能、材料刚度和隔音隔热性能，便于建筑安装使用。经性能测试，本发明的建筑用长效抗菌复合板材抗菌效率高，可达到99％以上，且抗菌时间长；板材也不含甲醛等有害物质，安全性高。
76.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。