本發(fā)明涉及高分子材料，具體為一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯(pp)是通過丙烯聚合而成的一種無色、無臭、無毒、半透明的熱塑性通用塑料，由于其實用經(jīng)濟(jì)，目前已發(fā)展成為全球第二大熱塑性樹脂，在汽車、家電、包裝、醫(yī)療、纖維以及建材等行業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。普通pp存在的最大缺陷之一是極易產(chǎn)生靜電，聚丙烯的非極性結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電絕緣性能，在工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用中，其表面極易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致吸塵、電擊、燃燒甚至爆炸，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來了危害，據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，靜電是造成火災(zāi)和爆炸的主要原因之一，全世界每年因靜電造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。

2、因此，如何減少和消除聚丙烯塑料及其制品的的靜電危害，已成為當(dāng)前急需解決的技術(shù)課題。同時，隨著塑料改性技術(shù)的發(fā)展，聚丙烯廣泛應(yīng)用于食品包裝、紡織、生物醫(yī)藥、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域要求避免細(xì)菌的感染和傳播疾病。且隨著健康消費意識逐漸深入人心，應(yīng)用抗菌性聚丙烯等塑料制品的市場前景廣闊。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，包括以下制備步驟：

3、(1)將去離子水升溫至78～90℃，同時滴加過氧化氫和3-溴-4-乙烯基吡啶，80℃下反應(yīng)2.5～4h，冷卻至室溫，先用甲醇溶解，再用無水乙醚沉淀，倒掉上清液，60℃真空干燥18～30h，得羥基化3-溴-4-乙烯基吡啶；

4、(2)將分子量為4×103的端羧基聚丙烯與羥基化3-溴-4-乙烯基吡啶溶解在環(huán)己酮中，加入2-氯-1-甲基碘代吡啶和三乙胺，升溫至120℃，反應(yīng)8.5～11h，冷卻至室溫，過濾，取固體，以甲醇為抽提劑，抽提40～60h，60℃真空干燥18～30h，得嵌段共聚物；

5、(3)將嵌段共聚物溶于環(huán)己酮中，加入溴乙烷，回流反應(yīng)4h，過濾，取固體，60℃干燥5～10h，加入分子量為9×104的聚丙烯、二甲苯，升溫至80～110℃，30～70rpm攪拌30～50min，120℃干燥2～5h，得改性聚丙烯；

6、(4)將多壁碳納米管進(jìn)行瞬時氧化火焰處理，火焰溫度為1500～2800℃，隨后加入多壁碳納米管質(zhì)量50～100倍的10wt％酒石酸鉀鈉水溶液，21khz超聲8～15min，升溫至40℃，60～120rpm攪拌20～40min，以4ml/min滴加多壁碳納米管質(zhì)量5～10倍的銀氨溶液，繼續(xù)攪拌10～20min，用去離子水洗滌3～8次，70℃真空干燥10～15h，得碳納米管負(fù)載納米銀；

7、(5)將碳納米管負(fù)載納米銀、改性聚丙烯按質(zhì)量比10:0.5～1.5混合，升溫至170～188℃，進(jìn)行熔融共混，轉(zhuǎn)速為15～30rpm，時間為10～20min，隨后經(jīng)退火、擠出造粒，得抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒。

8、進(jìn)一步的，步驟(1)所述滴加的速率為1～3ml/min。

9、進(jìn)一步的，步驟(1)所述去離子水、過氧化氫、3-溴-4-乙烯基吡啶的質(zhì)量比為15:8～11:2.5～3.5。

10、進(jìn)一步的，步驟(2)所述分子量為4×103的端羧基聚丙烯的制備方法：將分子量為9×104的聚丙烯、95wt％硝酸水溶液按質(zhì)量比1:4混合，升溫至110℃回流，150～300rpm攪拌8h，冷卻至室溫，依次用水、丙酮沖洗至洗液ph為6，50～80℃干燥7～10h，即得。

11、進(jìn)一步的，步驟(2)所述分子量為4×103的端羧基聚丙烯、羥基化3-溴-4-乙烯基吡啶、環(huán)己酮、2-氯-1-甲基碘代吡啶、三乙胺的質(zhì)量比為1:2～3:50:2～3:2。

12、進(jìn)一步的，步驟(3)所述嵌段共聚物、環(huán)己酮、溴乙烷、分子量為9×104的聚丙烯、二甲苯的質(zhì)量比為0.3:6:0.6:8～10:50～100。

13、進(jìn)一步的，步驟(4)所述銀氨溶液的制備方法：將2wt％硝酸銀水溶液、2wt％氨水溶液按質(zhì)量比1:0.5混合，再用氨水調(diào)節(jié)溶液ph為11，升溫至35～45℃，混勻即得。

14、進(jìn)一步的，步驟(1)、步驟(2)和步驟(4)所述真空干燥的真空度皆為0.2～1kpa。

15、進(jìn)一步的，步驟(5)所述退火的工藝參數(shù)：溫度為120～180℃、壓力為270～370mpa、時間為80～150min。

16、進(jìn)一步的，步驟(5)所述擠出造粒的工藝參數(shù)：螺桿直徑為20mm、長徑比為25:1、三段及機頭溫度分別為170、180、200、220℃、剪切速率為80～150rpm。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

18、本發(fā)明的改性聚丙烯顆粒先由兩親性嵌段共聚物對聚丙烯進(jìn)行改性制得，再填充碳納米管負(fù)載納米銀，最后進(jìn)行退火處理，以實現(xiàn)抗菌、抗靜電的效果。

19、首先，利用過氧化氫引發(fā)3-溴-4-乙烯基吡啶，使其發(fā)生自由基聚合，同時氧化其末端基團(tuán)實現(xiàn)羥基化，接著，與雙端羧基低分子量的聚丙烯發(fā)生酯化反應(yīng)，在聚丙烯主鏈引入3-溴-4-乙烯基吡啶的鏈段，形成兩親性嵌段共聚物，通過溴乙烷，與3-溴-4-乙烯基吡啶鏈段中啶環(huán)上的氮原子反應(yīng)，生成季銨鹽，從而實現(xiàn)使基體抗菌性、抗靜電性，由此對聚丙烯進(jìn)行共混改性，由于聚丙烯鏈段的存在，大分子改性劑難以脫離基體，實現(xiàn)長效抗菌，且在加工過程中，在朝向空氣的一側(cè)富集、排列，通過吸收水分和自身離子作用，在基體表面形成連續(xù)、均勻的導(dǎo)電層，實現(xiàn)長效抗靜電。

20、其次，采用火焰熱處理對多壁碳納米管進(jìn)行表面改性，通過瞬時的高溫氧化火焰，除去表面吸附的低分子、油污和弱界面層，使表面產(chǎn)生大量的自由基和離子體，進(jìn)而形成極性基團(tuán)，與銀離子相互作用，從而負(fù)載納米銀顆粒，兩者相互接觸形成隧道效應(yīng)，增強基體的導(dǎo)電性，提升抗靜電、抗菌的性能，接著，填充于聚丙烯基體中，并進(jìn)行退火處理，在較高的退火溫度下，聚丙烯中部分無定形區(qū)的分子鏈隨著時間的延長逐漸解凍，發(fā)生固態(tài)鏈的滑移并螺旋形成結(jié)晶鏈，使得非晶區(qū)的分子鏈移動能力越強，發(fā)生重排結(jié)晶，從而促進(jìn)填料在聚丙烯基體中良好的分散性，并形成較小的微界面，實現(xiàn)長效抗靜電、抗菌性能，同時通過加壓，3-溴-4-乙烯基吡啶上的溴原子被分解出，從而增強基體的抗菌性，與此同時，增加體系密度，分子鏈間距減小，固定納米填料，增強整個體系的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高抗靜電與抗菌的耐久性。

技術(shù)特征：

1.一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述滴加的速率為1～3ml/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述去離子水、過氧化氫、3-溴-4-乙烯基吡啶的質(zhì)量比為15:8～11:2.5～3.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述分子量為4×103的端羧基聚丙烯的制備方法：將分子量為9×104的聚丙烯、95wt％硝酸水溶液按質(zhì)量比1:4混合，升溫至110℃回流，150～300rpm攪拌8h，冷卻至室溫，依次用水、丙酮沖洗至洗液ph為6，50～80℃干燥7～10h，即得。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述分子量為4×103的端羧基聚丙烯、羥基化3-溴-4-乙烯基吡啶、環(huán)己酮、2-氯-1-甲基碘代吡啶、三乙胺的質(zhì)量比為1:2～3:50:2～3:2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述嵌段共聚物、環(huán)己酮、溴乙烷、分子量為9×104的聚丙烯、二甲苯的質(zhì)量比為0.3:6:0.6:8～10:50～100。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述銀氨溶液的制備方法：將2wt％硝酸銀水溶液、2wt％氨水溶液按質(zhì)量比1:0.5混合，再用氨水調(diào)節(jié)溶液ph為11，升溫至35～45℃，混勻即得。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(2)和步驟(4)所述真空干燥的真空度皆為0.2～1kpa。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述退火的工藝參數(shù)：溫度為120～180℃、壓力為270～370mpa、時間為80～150min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述擠出造粒的工藝參數(shù)：螺桿直徑為20mm、長徑比為25:1、三段及機頭溫度分別為170、180、200、220℃、剪切速率為80～150rpm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抗靜電抗菌改性聚丙烯顆粒的制備方法，涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用過氧化氫使得3?溴?4?乙烯基吡啶的末端基團(tuán)實現(xiàn)羥基化，從而與端羧基聚丙烯發(fā)生酯化反應(yīng)，形成兩親性嵌段共聚物，并通過溴乙烷，實現(xiàn)季銨化，從而實現(xiàn)抗菌性、抗靜電性，由此對聚丙烯進(jìn)行共混改性，實現(xiàn)長效抗菌和抗靜電，通過瞬時氧化火焰改性多壁碳納米管，從而與銀離子相互作用，提升抗靜電、抗菌的性能，填充于聚丙烯基體中，并進(jìn)行退火處理，促進(jìn)填料在基體中的分散，同時通過加壓，增強整個體系的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高抗靜電與抗菌的耐久性。

技術(shù)研發(fā)人員：孫桂松,陶文慶,孔垂松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇松上科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9