一种高硬度抗菌木塑的制备方法与流程

1.本发明涉及建筑复合材料技术领域，具体地涉及一种高硬度抗菌木塑的制备方法。

背景技术：

2.木塑广泛应用于室外环境中，比如公园、户外泳池边等。虽然木塑物理性能较好，也具有一定的化学稳定性，但其组成中含有大量的木粉，但如果长期处于潮湿环境的话，比如泳池边上的地板，就会比较容易产生细菌，而泳池边的地板，大多数游泳者会出现手或者脚与地板直接接触的情况，不排除出现细菌感染的可能性。因此对于木塑产品，在一些应用场景下存在着抗菌的需求。
3.专利申请号为cn201910102958.4的专利文件公开了一种软触感抗菌木塑复合材料及其制备方法，该专利的技术方案通过向纳米氧化银、纳米氧化锌等抗菌剂来赋予木塑材料抗菌性能，该方案中抗菌剂为独立的粉体结构，且添加量较少，在生产过程中容易出现抗菌剂分散不均匀的现象，导致产品的抗菌效果不稳定。
4.专利申请号为cn201510263910.3的专利文件公开了一种抗菌木塑复合材料及其制备方法，该专利的技术方案通过将壳聚糖与纳米银复合制备得到壳聚糖-纳米银复合抗菌剂，并用该复合抗菌剂预处理木质纤维粉表面，再将预处理后的木质纤维粉与塑料基体、辅料及加工助剂等共混制得木塑复合材料，利用纳米银的天然抗菌作用可以使木塑复合材料对大肠埃希氏杆菌、金黄葡萄球菌和铜绿假单胞菌具有良好抗性。该方案将抗菌剂与木质纤维粉进行与处理，使抗菌剂能随木质纤维粉在木塑材料中均匀分散，然而该方案中使用的壳聚糖-纳米银复合抗菌剂填充至木塑中会对木塑的整体物理性能产生影响，当抗菌剂添加量较少时往往起不到明显的抗菌效果，而添加较多时又会导致木塑的物理强度下降。

技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种高硬度抗菌木塑的制备方法，使抗菌剂能够在木塑中均匀分散，同时对木塑本身的物理性能影响较小。
6.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高硬度抗菌木塑的制备方法，包括以下步骤：s1、将包括30~40份基质树脂、100~120份芯层填料、4~8份增容剂、3~7份润滑剂、0.2~0.6份抗氧剂在内的物料加入到高速混合机中高速混合得到芯层混合料，随后将芯层混合料投入至挤出机中制得芯层物料颗粒；s2、将包括8~12份面层填料、20~25份基质树脂、1~2份相容剂、0.2~0.5份润滑剂、0.6~1.2份抗氧剂、0.6~1.2份抗紫外剂和1~3份载银陶瓷粉在内的物料加入到高速混合机中高速混合得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中制得面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层
前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。
7.本发明制备的高硬度抗菌木塑包括芯层和面层两部分，其中芯层部分为主体，其材料中不添加抗菌剂，包覆层中则添加有抗菌剂。由于木塑质地相较于实木更加致密，吸水率低，因此容易滋生细菌或者霉变的部位基本处于表层，芯层部分基本接触不到水分，因此仅需设置一抗菌面层包覆在芯层外周即可实现木塑材料的抗菌，由于抗菌剂的成本远高于木粉、石粉等填料，通过设置芯层和面层的方法可以降低成本，且面层的厚度通常要远小于芯层，进一步地减少了抗菌剂的用量。由于银离子具有良好的抑菌效果，银基抗菌剂目前受到了广泛的关注，一些现有技术也提出了银基抗菌剂在木塑产品中的应用，然而现有技术中的应用方式往往存在着一些问题。一些方案直接将纳米氧化银粉体等作为添加材料与木塑原料混合，希望纳米氧化银在木塑中均匀分散并起到抑菌作用，然而银作为贵金属，其成本高昂，在直接添加纳米氧化银时往往只能添加少量占比，否则成本会大幅提高失去市场竞争力，而少量占比的纳米氧化银在木塑中的分散性不能保证，往往导致木塑的面层抑菌效果不佳。一些技术方案采用改性的方式提高纳米银材料的分散性，改性后的纳米银存在一些能与其他材料亲和的极性基团，使纳米银在体系中的相容性更好，然而添加改性纳米银本质上与直接添加纳米银区别不大，均是使纳米银直接分散在木塑体系中，同样存在纳米银添加量与成本之间的矛盾关系，且若不考虑成本问题添加大量的改性纳米银，纳米银引入的极性基团会影响木塑本身的物理性能，导致木塑的结构强度下降。因此本发明采用了新的方案，即先将纳米银负载至陶瓷粉上，随后将载银陶瓷粉以填料的形式添加至木塑原料中，将纳米银的分散性问题转化为载银陶瓷粉的分散性问题，而载银陶瓷粉中，陶瓷粉的比重远大于纳米银，因此相同价格的纳米银材料转化为载银陶瓷粉后相比直接使用会极大地提升抗菌剂在木塑原料中的质量占比，因此分散性问题可以更容易解决。同时，由于陶瓷粉本身可作为一种高强度填料，与常见的碳酸钙等填料能够以一定比例混用，对木塑的整体结构强度不会产生较大影响，从而获得高硬度抗菌木塑。从另一方面，以陶瓷粉作为载体的纳米银在木塑中可以实现缓释效果，不容易在使用过程中流失，从而使木塑保持更长时间抗菌效果。
8.进一步地，所述的包覆层厚度与芯层厚度之比为1：（5~10）。
9.进一步地，所述的基质树脂选自聚烯烃树脂或聚氯乙烯树脂。
10.进一步地，所述载银陶瓷粉的银负载量为0.15~0.3%。
11.进一步地，所述的载银陶瓷粉制备方法如下：（1）将氮化硅多孔陶瓷粉加入至15~20%的氢氧化钠溶液中，在40~50℃下搅拌处理1~2h，随后过滤、洗涤、干燥得到预处理陶瓷粉；（2）配制0.1~0.3mol/l的银氨溶液，将预处理陶瓷粉分散至银氨溶液中，抽真空处理5~10min，并搅拌0.5~1h；（3）向分散有预处理陶瓷粉的银氨溶液中加入还原剂水溶液，静置0.5~3h，随后将预处理陶瓷粉过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到载银陶瓷粉。
12.进一步地，所述的还原剂选自水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠、葡萄糖、抗坏血酸中的一种或多种。
13.进一步地，步骤（3）中焙烧的温度为300~400℃，焙烧时间为3~4h。
14.进一步地，所述的增容剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。
15.因为氮化硅陶瓷具有高强度、低密度、耐高温、耐磨等物理性质，本发明优选地使用氮化硅多孔陶瓷粉作为载体。碳化硅多孔陶瓷粉现有技术中提供了多种生产方式，例如添加造孔剂发，即在在陶瓷胚体中添加造孔剂使其占据一定的体积，并在后续的排胶和烧结工艺中将造孔剂去除，使造孔剂原本占据的空间形成空隙，本发明直接采用现有市售的氮化硅多孔陶瓷粉即可，因此不再对氮化硅多孔陶瓷粉的具体生产工艺进行赘述。
16.本发明在对氮化硅多孔陶瓷粉进行负载前，首先用浓氢氧化钠容易进行预处理。氮化硅在强碱环境下会缓慢腐蚀，本发明利用该原理使氮化硅的表面以及内部孔隙发生少量腐蚀溶解，形成不规格的表面结构以及活性位点，使后续负载纳米银时，纳米银更容易以活性位点为中心生长，提高负载效果。将陶瓷粉与银氨溶液混合后，首先短时间抽真空使陶瓷粉内部的空气排出，使银氨溶液能够进入孔隙的内部，随后加入还原剂使银氨溶液中的银离子还原为银单质，而银单质可以以陶瓷粉上的活性位点为中心生长成纳米银颗粒，从而实现负载。
17.进一步地，所述的面层混合料中还包括0.4~0.6份炭黑、1~2份钛白粉。
18.进一步地，所述的芯层填料和面层填料分别选自植物纤维粉体、无机矿物粉体中的一种或者多种。
19.综上所述，应用本发明方案可以取得以下有益效果：1、本发明采用芯层和面层双层结构，芯层中不添加抗菌材料，面层中添加抗菌材料，由于面层厚度远低于芯层，因此所需添加的抗菌材料量较少，对木塑的成本影响较小，不会影响木塑的经济效益。
20.2、本发明先利用陶瓷粉负载纳米银，随后再将陶瓷粉分散在面层物料中，将纳米银的分散性问题转化为了陶瓷粉的分散性问题，而对于含有相同价格的纳米银的材料，载银陶瓷粉的重量和体积远大于直接使用的纳米银粉体，因此更容易实现在木塑中的均匀分布。
21.3、本发明利用多孔陶瓷粉来负载纳米银，使纳米银不容易在木塑的日常使用中流失，同时还能实现缓释效果，提高木塑的抗菌寿命。
具体实施方式
22.下面通过实施例来对本发明的优选实施方式进一步说明。
23.实施例1s1、35份pe塑料、75份杨木粉、5份mape、4份润滑剂、0.3份抗氧剂、0.3份马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、20份方解石、20份滑石粉逐步加入到高速混合机中，高速混合20~30min，得到芯层混合料，再将混合好的芯层混合料加入到造粒机的料斗中，控制螺杆挤出机温度控制到190℃~210℃之间，挤出，造粒，经破碎得到芯层物料颗粒；s2、将10份木粉、20份pe塑料、1.2份mape、0.3份润滑剂、0.8份抗氧剂、0.8份抗紫外剂、0.5份炭黑、1份钛白粉和1份载银陶瓷粉加入到高速混合机中，高速搅拌15~20min，得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中，螺杆挤出机温度控制到170℃~190℃之
间，主机转速150r/min，挤出，造粒，经破碎得到面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。
24.本实施例中载银陶瓷粉的制备方法如下：（1）将氮化硅多孔陶瓷粉加入至20wt%的氢氧化钠溶液中，在50℃下搅拌处理1h，随后过滤、洗涤、干燥得到预处理陶瓷粉；（2）配制0.2mol/l的银氨溶液，将预处理陶瓷粉分散至银氨溶液中，抽真空处理5min，并搅拌0.5h；（3）向分散有预处理陶瓷粉的银氨溶液中加入柠檬酸钠水溶液，静置1.5h，随后将预处理陶瓷粉过滤、洗涤、干燥，并在400℃下焙烧3h，得到载银陶瓷粉。
25.实施例2s1、将35份pe塑料、75份杨木粉、5份mape、4份润滑剂、0.3份抗氧剂、0.3份马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、20份方解石、20份滑石粉逐步加入到高速混合机中，高速混合20~30min，得到芯层混合料，再将混合好的芯层混合料加入到造粒机的料斗中，控制螺杆挤出机温度控制到190℃~210℃之间，挤出，造粒，经破碎得到芯层物料颗粒；s2、将10份木粉、20份pe塑料、1.2份mape、0.3份润滑剂、0.8份抗氧剂、0.8份抗紫外剂、0.5份炭黑、1份钛白粉和2份载银陶瓷粉加入到高速混合机中，高速搅拌15~20min，得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中，螺杆挤出机温度控制到170℃~190℃之间，主机转速150r/min，挤出，造粒，经破碎得到面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。
26.本实施例中载银陶瓷粉的制备方法与实施例1相同，因此不再赘述。
27.实施例3s1、将35份pe塑料、75份杨木粉、5份mape、4份润滑剂、0.3份抗氧剂、0.3份马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、20份方解石、20份滑石粉逐步加入到高速混合机中，高速混合20~30min，得到芯层混合料，再将混合好的芯层混合料加入到造粒机的料斗中，控制螺杆挤出机温度控制到190℃~210℃之间，挤出，造粒，经破碎得到芯层物料颗粒；s2、将8份木粉、20份pe塑料、1.2份mape、0.3份润滑剂、0.8份抗氧剂、0.8份抗紫外剂、0.5份炭黑、1份钛白粉和5份载银陶瓷粉加入到高速混合机中，高速搅拌15~20min，得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中，螺杆挤出机温度控制到170℃~190℃之间，主机转速150r/min，挤出，造粒，经破碎得到面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。
28.本实施例中载银陶瓷粉的制备方法与实施例1相同，因此不再赘述。
29.实施例4s1、将35份pe塑料、75份杨木粉、5份mape、4份润滑剂、0.3份抗氧剂、0.3份马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、20份方解石、20份滑石粉逐步加入到高速混合机中，高速混合20~30min，得到芯层混合料，再将混合好的芯层混合料加入到造粒机的料斗中，控制螺杆挤出机温度控制到190℃~210℃之间，挤出，造粒，经破碎得到芯层物料颗粒；s2、将7份木粉、20份pe塑料、1.2份mape、0.3份润滑剂、0.8份抗氧剂、0.8份抗紫外剂、0.5份炭黑、1份钛白粉和6份载银陶瓷粉加入到高速混合机中，高速搅拌15~20min，得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中，螺杆挤出机温度控制到170℃~190℃之间，主机转速150r/min，挤出，造粒，经破碎得到面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。
30.本实施例中载银陶瓷粉的制备方法与实施例1相同，因此不再赘述。
31.对比例1与实施例1基本相同，区别在于面层混合料中载银陶瓷粉替换为陶瓷粉。
32.对比例2与实施例1基本相同，区别在于面层混合料中不添加载银陶瓷粉。
33.对上述实施例及对比例中制得的木塑材料进行检测，具体检测内容如下：1、测量木塑的表面硬度，以邵氏硬度hd计；2、依照qb/t 2591(2003)中提供的检测方法，采用牛肉膏蛋白胨作为培养基,培养24小时产品性能测试时采用琼脂板菌落计数方法测定木塑产品对大肠杆菌和金黄葡萄球菌性。
34.3、依照qb/t 2591(2003)中提供的检测方法，检测木塑产品在相对湿度＞90%rh的环境下培养28d后的长霉面积，并判断抗霉等级。样品抗霉等级：0级-显微镜放大50倍后未观察到生长；1级-生长面积小于10%；2级-生长覆盖面积大于10%。
35.以上检测内容如表1所示。
36.从表1数据中的可以看出，本发明方案中添加的载银陶瓷粉能够提高面层的硬度，且能够起到抑菌和抗霉的效果，且当载银陶瓷粉添加量增多时硬度、抗菌率和抗霉性能均有所提高。
37.以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种高硬度抗菌木塑的制备方法，包括以下步骤：s1、将包括30~40份基质树脂、100~120份芯层填料、4~8份增容剂、3~7份润滑剂、0.2~0.6份抗氧剂在内的物料加入到高速混合机中高速混合得到芯层混合料，随后将芯层混合料投入至挤出机中制得芯层物料颗粒；s2、将包括8~12份面层填料、20~25份基质树脂、1~2份相容剂、0.2~0.5份润滑剂、0.6~1.2份抗氧剂、0.6~1.2份抗紫外剂和1~6份载银陶瓷粉在内的物料加入到高速混合机中高速混合得到面层混合料，随后将面层混合料投入至挤出机中制得面层物料颗粒；s3、将芯层物料颗粒投入至主挤出机中，熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；同时将面层物料颗粒投入至副挤出机中，熔融并通过中间段流道挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；s4、木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。2.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的包覆层厚度与芯层厚度之比为1：（5~10）。3.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的基质树脂选自聚烯烃树脂或聚氯乙烯树脂。4.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述载银陶瓷粉的银负载量为0.15~0.3%。5.根据权利要求4所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的载银陶瓷粉制备方法如下：（1）将氮化硅多孔陶瓷粉加入至15~20%的氢氧化钠溶液中，在40~50℃下搅拌处理1~2h，随后过滤、洗涤、干燥得到预处理陶瓷粉；（2）配制0.1~0.3mol/l的银氨溶液，将预处理陶瓷粉分散至银氨溶液中，抽真空处理5~10min，并搅拌0.5~1h；（3）向分散有预处理陶瓷粉的银氨溶液中加入还原剂水溶液，静置0.5~3h，随后将预处理陶瓷粉过滤、洗涤、干燥、焙烧，得到载银陶瓷粉。6.根据权利要求5所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的还原剂选自水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钠、葡萄糖、抗坏血酸中的一种或多种。7.根据权利要求5所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：步骤（3）中焙烧的温度为300~400℃，焙烧时间为3~4h。8.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的增容剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚烯烃树脂、丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的面层混合料中还包括0.4~0.6份炭黑、1~2份钛白粉。10.根据权利要求1所述的一种高硬度抗菌木塑的制备方法，其特征在于：所述的芯层填料和面层填料分别选自植物纤维粉体、无机矿物粉体中的一种或者多种。

技术总结

本发明提供了一种高硬度抗菌木塑的制备方法，包括以下步骤：将包括基质树脂、芯层填料、增容剂、润滑剂、抗氧剂在内的物料混合造粒；将包括面层填料、基质树脂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、抗紫外剂和载银陶瓷粉在内的物料混合造粒；将芯层物料颗粒熔融并挤出至模具的主流道中形成芯层前体；将面层物料颗粒熔融并挤出包覆至芯层前体的外周，形成木塑前体；木塑前体经冷却、定型后从模具中导出，即制得高硬度抗菌木塑。本发明先利用陶瓷粉负载纳米银，随后再将陶瓷粉分散在面层物料中，解决了纳米银的分散性问题，同时使纳米银不容易在木塑的日常使用中流失，同时还能实现缓释效果，提高木塑的抗菌寿命，并且抗菌剂的添加不会导致木塑强度下降。强度下降。