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本发明涉及一种功能性聚丙烯材料及其制备方法，尤其涉及一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，属于聚丙烯技术领域。
聚丙烯塑料因其具有原料来源广，价格便宜且具有优异的耐热性和易于成型加工等特点，而被广泛应用于汽车内外饰、家电、PC等产品中，现已成为发展速度最快的塑料品种之一。近年来随着人们生活水平的不断提高以及科学技术的不断发展，人们对聚丙烯塑料及其制品的健康性与环保性的要求也越来越高，尤其对于某些经常与人体频繁接触的聚丙烯塑料制品，如一些家用电器、日用品及汽车内饰件等，这些零部件在使用和存放过程中，在一定的温湿度条件下，其制品表面容易滋生大量对人体健康产生极大威胁的细菌等微生物已不能满足人们不断提高的健康环保需求。
为赋予聚丙烯材料抗菌性能，抗菌剂的选择至关重要。其中纳米二氧化钛载银抗菌剂作为一种新型的无机抗菌剂具有抗菌能力强、时间久、抗菌谱广、生物安全性好等优点近年来备受人们关注，主要运用于外科器械、避孕器、骨假体等医学领域用抗菌剂，而很少被运用于日常生活领域的通用塑料制品中，归其原因主要包括以下两点：其一，由于纳米二氧化钛载银抗菌剂本身价格昂贵，在满足抗菌要求的添加量下导致聚丙烯复合材料的成本大幅度提高，不具有较强的市场竞争力，需对其进行降本处理或者提升其抗菌效率、减少使用量以此来控制复合材料的成本；其二，由于添加的纳米二氧化钛载银抗菌剂其表面能较高与聚丙烯材料的相容性较差，在与聚丙烯复合材料共混挤出时抗菌剂粒子极易产生团聚效应，不易产生活性抗菌基团，最终导致抗菌剂不但发挥不了应有的抗菌性能，还对复合材料的冲击、拉伸等机械性能造成极大的损害，因此需要对其进行改性处理，提升与聚丙烯基体材料的相容性，降低抗菌剂的团聚效应，减少对复合材料冲击、拉伸等机械性能的损害。
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，该方法主要包括将一种具有高流动性与相容性的抗菌功能母粒与常规聚丙烯通过双螺杆挤出机或注塑机共混挤出制备而来。抗菌功能母粒较常规聚丙烯材料具有较高的流动性当共混物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时，由于聚合物熔体的挤出物胀大效应，在聚合物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时具有高流动性的功能母粒首先向熔体外侧流动从而带动抗菌功能助剂优先富集于材料表层，而在材料内部则不含或者含有微量的抗菌剂，保证材料具有良好菌效果的同时能有效的减少价格昂贵的抗菌功能助剂的用量，最终在达到降低材料成本同时也能减少因添加抗菌剂给材料内部性能带来的影响。
本发明提供一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法，由经表面改性修饰后的新型二氧化钛载银抗菌剂制备而来的具有高流动性与相容性的聚丙烯抗菌功能母粒与常规聚丙烯通过双螺杆或注塑机共混挤出制备而来，其中抗菌功能母粒的添加量按重量份数为5～10份。所述的抗菌功能母粒是通过以高流动性聚丙烯为基体材料，经双螺杆挤出机与经表面修饰改性的新型二氧化钛载银抗菌剂等挤出造粒制备而来。
一种包含低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒的复合材料，由以下按照重量份数计的原料制备而成：
进一步的，所述的常规聚丙烯材料是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在0.5～60g/10min的聚丙烯，所述的高流动速度聚丙烯是指在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在150g/10min以上的聚丙烯原料。
所述的弹性体为乙烯-丙烯共物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物的一种或者几种的混合物，密度为0.80～1.0g/cm3。
所述的助剂为抗氧剂DSTP(硫代二丙酸双十八醇酯)、抗氧剂1010(四(β—3,5—二叔丁基—4—羟基苯基)季戊四醇脂)、抗氧剂168(三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯、光稳定剂V703、5589、531、润滑剂白油、乙烯基双硬酯酰胺(EBS)其中的一种或者几种混合物。
所述的抗菌剂优先为由天津科欧密化学试剂有限公司提供的二氧化钛载银抗菌剂。
所述的表面改性剂优选为聚烯烃有机硅烷共聚物或者通过烷基改性聚硅氧烷等一种或几种混合物。
上述的包含低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒的复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
按重量份数将抗菌剂90～97份干燥后与硅烷类表面修饰剂3～10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
按重量份数，将流动速率大于150g/10min的高流动速度聚丙烯48～73份，抗菌剂20～40份，助剂2～5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，190℃，205℃，205℃，210℃，210℃，215℃，215℃，220℃，225℃。主螺杆转速为400～450r/min，水槽温度23℃～50℃。
按重量份数，将步骤(1)中制备的抗菌功能母粒5～10份与常规聚丙烯48～93份，无机填料0～40份，弹性体0～20份，助剂2～5份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗菌聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，185℃，205℃，205℃，210℃，215℃,215℃，220℃,220℃,225℃。主螺杆转速为550～600r/min，水槽温度23℃～50℃。
(1)本发明采用具有抗菌能力强，时间久、抗菌谱广、生物安全性好的新型抗菌剂(纳米二氧化钛载银抗菌剂)，并采用硅烷类表面修饰剂对其进行表面改性修饰，提升了抗菌剂与聚丙烯树脂的相容性，所制备的抗静电材料具有抗菌效果优异、机械性能优良等特点。
(2)本发明采用高流动性聚丙烯作为聚丙烯抗菌功能母粒的基体材料，利用高聚物在挤出加工过程中的熔体挤出胀大效应，在聚合物从双螺杆挤出机或注塑机挤出时具有高流动性的功能母粒首先向熔体外侧流动从而带动抗菌功能助剂优先富集于材料表层，能有效的降低抗菌剂的添加量，从而达到降低材料成本以及减少因大量添加抗静电剂给材料性能带来的影响，其材料的特点具体体现在低成本、优异的抗菌性能。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明内容。应该强调的是，这些实施例仅用于对本发明的进一步说明，而不能理解为对本发明保护范围的限制。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中的高流动速率聚丙烯分别选用北欧化工的牌号为HL50BFB的高流动速率聚丙烯，在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度为560g/10min。低流动速率聚丙烯为在230℃，2.16Kg条件下材料的流动速度在60g/10min以内的常规聚丙烯，如上海石化的M3000RH等。
按重量份数，二氧化钛载银抗菌剂90份干燥后与硅烷表面修饰剂10份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
按重量份数，将流动速度为560g/10min的高流动速度聚丙烯：HL50BFB 78份，改性二氧化钛载银抗菌剂20份，抗氧剂DSTP：1010 0.5份；其他助剂：168辅助抗氧助剂1.5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。在230℃，2.16Kg条件下测得母粒的流动速度556g/10min。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为100℃，195℃，200℃，205℃，210℃，215℃,215℃，220℃,225℃,225℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
按重量份数，将步骤(1)中制备的抗菌功能母粒5份与流动速度为30g/10min的M3000RH聚丙烯65份，滑石粉20份，弹性体8份,1010抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为175℃，185℃，200℃，205℃，205℃，210℃,215℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度35℃。
为与实施例1形成对照，更好的体现本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法的抗菌性能及相应的拉伸、冲击强度等机械性能，相应的对比例1采用目前常规制备抗菌聚丙烯复合材料的方法，直接添加与实施例1相同重量份数的未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂来制备抗菌聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂：纳米二氧化钛载银抗菌剂0.9份，与流动速度为30g/10min的M3000RH聚丙烯69.4份，滑石粉20份，弹性体8份,DSTP抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗菌改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
按重量份数，二氧化钛载银抗菌剂90份干燥后与硅烷表面修饰剂10份，一起加入到高速混炼机中，bwin必赢官方授权平台经高速混炼制备而成。
按重量份数，将流动速度为560g/10min的高流动速度聚丙烯：HL50BFB 78份，改性二氧化钛载银抗菌剂20份，抗氧剂：1010 0.5份；其他助剂：168辅助抗氧助剂1.5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。bwin必赢官方授权平台在230℃，2.16Kg条件下测得母粒的流动速度561g/10min。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为100℃，185℃，200℃，205℃，205℃，210℃,210℃，215℃,215℃,220℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度38℃。
按重量份数，将步骤(1)中制备的抗菌功能母粒10份与流动速度为30g/10min的M3000R聚丙烯60份，滑石粉20份，弹性体8份,1010抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为175℃，185℃，200℃，200℃，205℃，210℃,215℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度35℃。
为与实施例2形成对照，更好的体现本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法的抗菌性能及相应的拉伸、冲击强度等机械性能，相应的对比例2采用目前常规制备抗菌复合材料的方法，直接添加与实施例2相同重量份数的未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂来制备抗菌聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂：纳米二氧化钛载银抗菌剂1.8份，与流动速度为30g/min的M3000RH聚丙烯69.4份，滑石粉20份，弹性体8份,DSTP抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗菌改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为155℃，180℃，200℃，205℃，215℃，220℃,225℃，225℃,230℃,235℃。主螺杆转速为550r/min，水槽温度37℃。
按重量份数，二氧化钛载银抗菌剂95份干燥后与硅烷表面修饰剂5份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
按重量份数，将流动速度为560g/10min的高流动速度聚丙烯：HL50BFB 58份，改性二氧化钛载银抗菌剂40份，抗氧剂：1010 0.5份；其他助剂：168辅助抗氧助剂1.5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。在230℃，2.16Kg条件下测得母粒的流动速度540g/10min。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，195℃，200℃，205℃，205℃，210℃,210℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/min，水槽温度38℃。
按重量份数，将步骤(1)中制备的抗菌功能母粒5份与流动速度为30g/10min的M3000R聚丙烯65份，滑石粉20份，弹性体8份,1010抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺2份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，195℃，200℃，200℃，205℃，210℃,210℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/min，水槽温度37℃。
为与实施例3形成对照，更好的体现本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法的抗菌性能及相应的拉伸、冲击强度等机械性能，相应的对比例3采用目前常规制备抗菌复合材料的方法，直接添加与实施例3相同重量份数的未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂来制备抗菌聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂：纳米二氧化钛载银抗菌剂1.9份，与流动速度为30g/10min的M3000RH聚丙烯69.4份，滑石粉20份，弹性体8份,DSTP抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗菌改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，195℃，205℃，205℃，210℃，210℃,215℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/10min，水槽温度37℃。
按重量份数，二氧化钛载银抗菌剂95份干燥后与硅烷表面修饰剂5份，一起加入到高速混炼机中，经高速混炼制备而成。
按重量份数，将流动速度为560g/10min的高流动速度聚丙烯：HL50BFB 58份，改性二氧化钛载银抗菌剂40份，抗氧剂：1010 0.5份；其他助剂：168辅助抗氧助剂1.5份一起加入到混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备而来。在230℃，2.16Kg条件下测得母粒的流动速度545g/10min。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为105℃，195℃，200℃，205℃，205℃，210℃,210℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/min，水槽温度38℃。
按重量份数，将步骤(1)中制备的抗菌功能母粒10份与流动速度为30g/10min的M3000R聚丙烯60份，滑石粉20份，弹性体8份,1010抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺2份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，195℃，200℃，200℃，205℃，210℃,210℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/min，水槽温度37℃。
为与实施例4形成对照，更好的体现本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的制备方法的抗菌性能及相应的拉伸、冲击强度等机械性能，相应的对比例4采用目前常规制备抗菌复合材料的方法，直接添加与实施例4相同重量份数的未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂来制备抗菌聚丙烯复合材料，主要包括以下具体实施步骤：
按重量份数，将步骤(1)未经表面修饰改性的纳米二氧化钛载银抗菌剂：纳米二氧化钛载银抗菌剂3.8份，与流动速度为30g/10min的M3000RH聚丙烯68.2份，滑石粉20份，弹性体8份,DSTP抗氧剂0.1份，其他助剂：润滑剂白油，乙烯基双硬酯酰胺1.9份一起加入到高速混料机中混合均匀后，再加入到双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、切粒制备成抗菌改性聚丙烯复合材料。
所述的双螺杆挤出机的I～X区加工温度依次为160℃，195℃，205℃，205℃，210℃，210℃,215℃，215℃,220℃,220℃。主螺杆转速为560r/min，水槽温度37℃。
将上述实施例1～4及其相应的对比例所制备的低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料均按照统一工艺注塑成相应的测试样条，按照下表1中的测试标准及条件进行性能测试，测试数据如表2所示。
表2实施例1～4及其对比例低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料性能测试数据
表2中实施例1～4为根据本发明专利一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯复合材料中的部分代表性实施方案制备的抗菌改性聚丙烯复合材料的测试结果，为更好的体现本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料的抗菌性能与相关拉伸、冲击等机械性能，对比例是用来作为相应实施例的对照。从表2中可以得出以下结论：
(1)由于本发明一种低成本、高效、广谱抗菌聚丙烯功能母粒及其复合材料是通过利用高聚物的挤出物胀大效应最大限度的将经表面处理改性后的新型抗菌剂(纳米二氧化钛载银抗菌剂)富集于复合材料的表面。有效的降低了现有技术中原料成本较高的抗菌功能助剂的用量，在降低复合材料成本的同时减少因大量添加抗菌功能助剂给材料其他性能带来的缺陷。
(2)由于本发明采用有机硅烷类表面修饰剂对纳米二氧化钛载银抗菌剂进行表面修饰，提升了抗菌剂与聚丙烯树脂的相容性，对于改善由于添加表面能高、相容性差的抗菌功能助剂给复合材料带来的拉伸、冲击等机械性能损失有着显著作用。
技术所有人：上海普利特复合材料股份有限公司;上海普利特化工新材料有限公司;浙江普利特新材料有限公司;重庆普利特新材料有限公司;上海普利特材料科技有限公司
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