本發(fā)明公開了一種負載納米銀碳纖維制備抗菌塑料的方法，屬于抗菌塑料制備技術領域。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展和進步以及物質(zhì)生活水平的日益提高，人們對生活、工作環(huán)境，尤其是衛(wèi)生環(huán)境的要求越來越高。近幾年來，抗菌塑料作為一種功能塑料已被越來越多的人們所接受已廣泛應用于國民經(jīng)濟中的各個行業(yè)，市場前景廣闊。
抗菌塑料是一類在使用環(huán)境中本身對沾污在塑料上的細菌、霉菌、醇母菌、藻類甚至病毒等起抑制或殺滅作用的塑料，通過抑制微生物的繁殖來保持自身清潔。目前，抗菌塑料主要通過在普通塑料中添加少量抗菌劑的方法獲得。
目前所添加的抗菌劑一般以有機抗菌劑和無機抗菌劑為主。有機抗菌劑包括天然和合成兩大系列，天然抗菌劑主要是從動植物中提煉精制而成的，例如山崳、孟宗竹、薄荷、檸檬葉等的提取物，蟹和蝦中提煉的聚六亞甲基胍等，有機抗菌劑滅菌速度快，能有效殺抑霉菌，但其除使用的安全性較差外，還存在分解溫度低，耐熱性差，加工過程中分解、析出的可能性較大，使用壽命短的問題；無機抗菌劑是通過無機抗菌劑中重金屬離子易與蛋白質(zhì)結合，當生長在塑料表面的微生物接觸到塑料中的抗菌成分時，金屬離子將強烈吸附細菌，由于金屬離子與細菌細胞中酶的結合，破壞了酶的空間結構和活性，使微生物的新陳代謝不可能進行，從而起到殺菌和抑菌的作用，因此無機抑菌劑具有長效、不產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點，但是現(xiàn)有無機抗菌劑粒徑較大，會使制品表面光潔度及機械性能有所下降，同時大多數(shù)無機抗菌劑為重金屬離子，對人體毒性較大，還會對環(huán)境造成污染。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術問題：針對現(xiàn)有的抗菌塑料主要通過添加抗菌劑獲得，而現(xiàn)有抗菌劑存在耐溫性差易析出，抗菌劑粒徑較大，會使制品表面光潔度及機械性能變差，且會對人體健康和環(huán)境造成危害的缺陷，提供一種對碳纖維結構改性后負載納米銀，并對負載納米銀的碳纖維進行改性，改性后添加在塑料原料中制備得到抗菌塑料，本發(fā)明先對碳纖維進行改性后與硝酸銀溶液，在氮氣氣氛下經(jīng)紫外光照射，制備得碳纖維負載納米銀，再將其與六偏磷酸鈉與硬脂酸攪拌反應，對負載納米銀碳纖維進一步進行改性，防止抗菌劑在高溫下析出，最后將所得改性負載納米銀碳纖維與聚氯乙烯、脲醛樹脂、氧化鋅等物質(zhì)混合后擠出造粒，即可得抗菌塑料，本發(fā)明制得的抗菌塑料具有廣譜抗菌作用，對細菌的抑制作用好，同時耐溫性好，在高溫下抗菌粒子不易析出，且利用碳纖維作為抗菌載體，不會對人體健康造成危害，具有廣闊市場前景。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：
（1）稱取60～80g碳纖維加入到300～400mL乙酸乙酯中，超聲處理20～30min后抽濾得濾渣，將濾渣按質(zhì)量比1:10加入到質(zhì)量分數(shù)8%對氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25～30KHz超聲頻率下超聲分散5～10min，分散后靜置浸泡1～2h，浸泡后離心分離得沉淀物，并用70～80℃熱水洗滌3～5次后放入烘箱中，在100～120℃溫度下干燥5～7h，干燥后研磨，過300～320目篩，得改性碳纖維粉末；
（2）將上述改性碳纖維粉末按質(zhì)量比1:20加入到質(zhì)量分數(shù)10%硝酸銀溶液中，攪拌均勻后通入氮氣，通入量為3～5L/min，通入15～25min后密封，在紫外光下光照10～15min，照射后離心分離得沉淀物，放入烘箱中，在60～80℃溫度下干燥6～8h，即可得到負載納米銀碳纖維；
（3）稱取5～10g上述負載納米銀碳纖維加入到100～120g去離子水中，再加入1～3g六偏磷酸鈉，加入后用超聲分散儀超聲分散10～15min，分散后加入5～10g硬脂酸，用質(zhì)量分數(shù)5%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0后放入水浴鍋中，升溫至80～85℃，保溫攪拌反應3～5h，反應結束后冷卻至室溫，抽濾得濾渣，用質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液洗滌濾渣3～5次后放入烘箱中，在90～100℃溫度下干燥8～10h，干燥后即可得到改性負載納米銀碳纖維；
（4）按重量份數(shù)計，選取40～50份聚氯乙烯、20～25份低密度聚乙烯、3～5份鈦酸酯、5～10份上述改性負載納米銀碳纖維、8～10份脲醛樹脂、3～5份氧化鋅、4～6份羥丙基甲基纖維素，依次加入雙螺桿擠出機中，設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為100～120r/min，第一段擠出溫度為150～180℃，第二段為190～210℃，第三段為220～240℃，在此溫度下擠出造粒，即可得抗菌塑料。
本發(fā)明的應用方法是：按質(zhì)量比1：20～1：50，將本發(fā)明制得的抗菌塑料與給水管材所用的聚氯乙烯載體樹脂攪拌混合3～5min，隨后將所得混合料倒入單螺桿擠出機料斗中進行干燥預熱1～2h，待單螺桿擠出機和雙層共擠復合模具溫度達160～220℃時，啟動擠出機將抗菌塑料擠出定型，制成抗菌塑料管坯，最后將管坯真空定徑、牽引、切割工藝即可得抗菌塑料管材。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的抗菌塑料具有優(yōu)異的耐高溫性能，耐高溫度達200～250℃，同時用本發(fā)明抗菌塑料制備的產(chǎn)品強度較高，缺口沖擊強度達8.5～9.5KJ/m2，拉伸強度達180～185MPa，彎曲強度達190～210 MPa，斷裂伸長率為80～120%，且本發(fā)明塑料具有較強的抗菌作用，尤其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有超強抑制作用，抑制率在99.5%以上，同時對普通細菌的抑制率均在95.0～98.0%，使用2～4年后，產(chǎn)品的抗菌性能未出現(xiàn)明顯下降，具有長效、穩(wěn)定的抗菌性能。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明制得的抗菌塑料綠色環(huán)保，利用納米粉體作為抗菌載體，不會對人體健康和環(huán)境造成危害，且塑料耐高溫性能好，強度較高；
（2）本發(fā)明制得的抗菌塑料具有長久的抗菌、滅菌作用，各種成分顆粒粒徑小，在抗菌塑料中分散均勻，有效增強了塑料抗菌性能，可廣泛應用于制備各種抗菌塑料器具中。
具體實施方式
首先稱取60～80g碳纖維加入到300～400mL乙酸乙酯中，超聲處理20～30min后抽濾得濾渣，將濾渣按質(zhì)量比1:10加入到質(zhì)量分數(shù)8%對氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25～30KHz超聲頻率下超聲分散5～10min，分散后靜置浸泡1～2h，浸泡后離心分離得沉淀物，并用70～80℃熱水洗滌3～5次后放入烘箱中，在100～120℃溫度下干燥5～7h，干燥后研磨，過300～320目篩，得改性碳纖維粉末；隨后將上述改性碳纖維粉末按質(zhì)量比1:20加入到質(zhì)量分數(shù)10%硝酸銀溶液中，攪拌均勻后通入氮氣，通入量為3～5L/min，通入15～25min后密封，在紫外光下光照10～15min，照射后離心分離得沉淀物，放入烘箱中，在60～80℃溫度下干燥6～8h，即可得到負載納米銀碳纖維；再稱取5～10g上述負載納米銀碳纖維加入到100～120g去離子水中，再加入1～3g六偏磷酸鈉，加入后用超聲分散儀超聲分散10～15min，分散后加入5～10g硬脂酸，用質(zhì)量分數(shù)5%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0后放入水浴鍋中，升溫至80～85℃，保溫攪拌反應3～5h，反應結束后冷卻至室溫，抽濾得濾渣，用質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液洗滌濾渣3～5次后放入烘箱中，在90～100℃溫度下干燥8～10h，干燥后即可得到改性負載納米銀碳纖維；最后按重量份數(shù)計，選取40～50份聚氯乙烯、20～25份低密度聚乙烯、3～5份鈦酸酯、5～10份上述改性負載納米銀碳纖維、8～10份脲醛樹脂、3～5份氧化鋅、4～6份羥丙基甲基纖維素，依次加入雙螺桿擠出機中，設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為100～120r/min，第一段擠出溫度為150～180℃，第二段為190～210℃，第三段為220～240℃，在此溫度下擠出造粒，即可得抗菌塑料。
實例1
首先稱取60g碳纖維加入到300mL乙酸乙酯中，超聲處理20min后抽濾得濾渣，將濾渣按質(zhì)量比1:10加入到質(zhì)量分數(shù)8%對氨基苯甲酸乙醇溶液中，在25KHz超聲頻率下超聲分散5min，分散后靜置浸泡1h，浸泡后離心分離得沉淀物，并用70℃熱水洗滌3次后放入烘箱中，在100℃溫度下干燥5h，干燥后研磨，過300目篩，得改性碳纖維粉末；隨后將上述改性碳纖維粉末按質(zhì)量比1:20加入到質(zhì)量分數(shù)10%硝酸銀溶液中，攪拌均勻后通入氮氣，通入量為3L/min，通入15min后密封，在紫外光下光照10min，照射后離心分離得沉淀物，放入烘箱中，在60℃溫度下干燥6h，即可得到負載納米銀碳纖維；再稱取5g上述負載納米銀碳纖維加入到100g去離子水中，再加入1g六偏磷酸鈉，加入后用超聲分散儀超聲分散10min，分散后加入5g硬脂酸，用質(zhì)量分數(shù)5%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0后放入水浴鍋中，升溫至80℃，保溫攪拌反應3h，反應結束后冷卻至室溫，抽濾得濾渣，用質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液洗滌濾渣3次后放入烘箱中，在90℃溫度下干燥8h，干燥后即可得到改性負載納米銀碳纖維；最后按重量份數(shù)計，選取40份聚氯乙烯、20份低密度聚乙烯、3份鈦酸酯、5份上述改性負載納米銀碳纖維、8份脲醛樹脂、3份氧化鋅、4份羥丙基甲基纖維素，依次加入雙螺桿擠出機中，設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min，第一段擠出溫度為150℃，第二段為190℃，第三段為220℃，在此溫度下擠出造粒，即可得抗菌塑料。
本實例操作簡便，使用時，按質(zhì)量比1：20，將本發(fā)明制得的抗菌塑料與給水管材所用的聚氯乙烯載體樹脂攪拌混合3min，隨后將所得混合料倒入單螺桿擠出機料斗中進行干燥預熱1h，待單螺桿擠出機和雙層共擠復合模具溫度達160℃時，啟動擠出機將抗菌塑料擠出定型，制成抗菌塑料管坯，最后將管坯真空定徑、牽引、切割工藝即可得抗菌塑料管材。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的抗菌塑料具有優(yōu)異的耐高溫性能，耐高溫度達200℃，同時用本發(fā)明抗菌塑料制備的產(chǎn)品強度較高，缺口沖擊強度達8.5KJ/m2，拉伸強度達180MPa，彎曲強度達190 MPa，斷裂伸長率為80%，且本發(fā)明塑料具有較強的抗菌作用，尤其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有超強抑制作用，抑制率在99.6%，同時對普通細菌的抑制率均在95.0%間，使用2年后，產(chǎn)品的抗菌性能未出現(xiàn)明顯下降，具有長效、穩(wěn)定的抗菌性能。
實例2
首先稱取70g碳纖維加入到350mL乙酸乙酯中，超聲處理25min后抽濾得濾渣，將濾渣按質(zhì)量比1:10加入到質(zhì)量分數(shù)8%對氨基苯甲酸乙醇溶液中，在28KHz超聲頻率下超聲分散8min，分散后靜置浸泡1h，浸泡后離心分離得沉淀物，并用75℃熱水洗滌4次后放入烘箱中，在110℃溫度下干燥6h，干燥后研磨，過310目篩，得改性碳纖維粉末；隨后將上述改性碳纖維粉末按質(zhì)量比1:20加入到質(zhì)量分數(shù)10%硝酸銀溶液中，攪拌均勻后通入氮氣，通入量為4L/min，通入20min后密封，在紫外光下光照13min，照射后離心分離得沉淀物，放入烘箱中，在70℃溫度下干燥7h，即可得到負載納米銀碳纖維；再稱取8g上述負載納米銀碳纖維加入到110g去離子水中，再加入2g六偏磷酸鈉，加入后用超聲分散儀超聲分散13min，分散后加入8g硬脂酸，用質(zhì)量分數(shù)5%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0后放入水浴鍋中，升溫至83℃，保溫攪拌反應4h，反應結束后冷卻至室溫，抽濾得濾渣，用質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液洗滌濾渣4次后放入烘箱中，在95℃溫度下干燥9h，干燥后即可得到改性負載納米銀碳纖維；最后按重量份數(shù)計，選取45份聚氯乙烯、23份低密度聚乙烯、4份鈦酸酯、8份上述改性負載納米銀碳纖維、9份脲醛樹脂、4份氧化鋅、5份羥丙基甲基纖維素，依次加入雙螺桿擠出機中，設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為110r/min，第一段擠出溫度為165℃，第二段為200℃，第三段為230℃，在此溫度下擠出造粒，即可得抗菌塑料。
本實例操作簡便，使用時，按質(zhì)量比1：35，將本發(fā)明制得的抗菌塑料與給水管材所用的聚氯乙烯載體樹脂攪拌混合4min，隨后將所得混合料倒入單螺桿擠出機料斗中進行干燥預熱1h，待單螺桿擠出機和雙層共擠復合模具溫度達190℃時，啟動擠出機將抗菌塑料擠出定型，制成抗菌塑料管坯，最后將管坯真空定徑、牽引、切割工藝即可得抗菌塑料管材。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的抗菌塑料具有優(yōu)異的耐高溫性能，耐高溫度達225℃，同時用本發(fā)明抗菌塑料制備的產(chǎn)品強度較高，缺口沖擊強度達9.0KJ/m2，拉伸強度達183MPa，彎曲強度達200 MPa，斷裂伸長率為90%，且本發(fā)明塑料具有較強的抗菌作用，尤其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有超強抑制作用，抑制率在99.7%，同時對普通細菌的抑制率均在96.5%間，使用3年后，產(chǎn)品的抗菌性能未出現(xiàn)明顯下降，具有長效、穩(wěn)定的抗菌性能。
實例3
首先稱取80g碳纖維加入到400mL乙酸乙酯中，超聲處理30min后抽濾得濾渣，將濾渣按質(zhì)量比1:10加入到質(zhì)量分數(shù)8%對氨基苯甲酸乙醇溶液中，在30KHz超聲頻率下超聲分散10min，分散后靜置浸泡2h，浸泡后離心分離得沉淀物，并用80℃熱水洗滌5次后放入烘箱中，在120℃溫度下干燥7h，干燥后研磨，過320目篩，得改性碳纖維粉末；隨后將上述改性碳纖維粉末按質(zhì)量比1:20加入到質(zhì)量分數(shù)10%硝酸銀溶液中，攪拌均勻后通入氮氣，通入量為5L/min，通入25min后密封，在紫外光下光照15min，照射后離心分離得沉淀物，放入烘箱中，在80℃溫度下干燥8h，即可得到負載納米銀碳纖維；再稱取10g上述負載納米銀碳纖維加入到120g去離子水中，再加入3g六偏磷酸鈉，加入后用超聲分散儀超聲分散15min，分散后加入10g硬脂酸，用質(zhì)量分數(shù)5%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0后放入水浴鍋中，升溫至85℃，保溫攪拌反應5h，反應結束后冷卻至室溫，抽濾得濾渣，用質(zhì)量分數(shù)80%乙醇溶液洗滌濾渣5次后放入烘箱中，在100℃溫度下干燥10h，干燥后即可得到改性負載納米銀碳纖維；最后按重量份數(shù)計，選取50份聚氯乙烯、25份低密度聚乙烯、5份鈦酸酯、10份上述改性負載納米銀碳纖維、10份脲醛樹脂、5份氧化鋅、6份羥丙基甲基纖維素，依次加入雙螺桿擠出機中，設置雙螺桿轉(zhuǎn)速為120r/min，第一段擠出溫度為180℃，第二段為210℃，第三段為240℃，在此溫度下擠出造粒，即可得抗菌塑料。
本實例操作簡便，使用時，按質(zhì)量比1：50，將本發(fā)明制得的抗菌塑料與給水管材所用的聚氯乙烯載體樹脂攪拌混合5min，隨后將所得混合料倒入單螺桿擠出機料斗中進行干燥預熱2h，待單螺桿擠出機和雙層共擠復合模具溫度達220℃時，啟動擠出機將抗菌塑料擠出定型，制成抗菌塑料管坯，最后將管坯真空定徑、牽引、切割工藝即可得抗菌塑料管材。經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的抗菌塑料具有優(yōu)異的耐高溫性能，耐高溫度達250℃，同時用本發(fā)明抗菌塑料制備的產(chǎn)品強度較高，缺口沖擊強度達9.5KJ/m2，拉伸強度達185MPa，彎曲強度達210 MPa，斷裂伸長率為120%，且本發(fā)明塑料具有較強的抗菌作用，尤其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有超強抑制作用，抑制率在99.8%，同時對普通細菌的抑制率均在98.0%間，使用4年后，產(chǎn)品的抗菌性能未出現(xiàn)明顯下降，具有長效、穩(wěn)定的抗菌性能。