[发明专利]一种抗菌聚苯乙烯改性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯改性材料，尤其是一种抗菌聚苯乙烯改性材料及其制备方法。 

背景技术

聚苯乙烯为无毒、无臭、无色的透明颗粒，是一种似玻璃状的脆性材料，是当今广泛应用的大品种合成树脂之一。这种传统的聚苯乙烯的制品具有极高的透明度，透光率可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好，价格低廉等优点，但这种传统的聚苯乙烯存在许多不足之处，如性脆、冲击强度低、易出现应力开裂，这些缺点大大限制了聚苯乙烯的应用范围。目前，为解决传统的聚苯乙烯存在的不足之处，主要采用其与橡胶共混或与其他树脂共聚的方法进行改善。这些方法虽然在一定程度上提高了聚苯乙烯的韧性和抗应力开裂性能，但同时大大降低了刚性，并增加了成本。 

此外，聚苯乙烯也常常应用于医用材料、家电和建材领域，这些领域往往需要材料具备一定的抑菌性，从而保证使用者的安全和健康。但是，现有技术中对聚苯乙烯抗菌功能的实现往往只利用某一种原料，并无法保证真正有效的抑菌效果。 

随着纳米技术的兴起，采用无机纳米粉体对高分子聚合物材料进行改性已经成为业界热议的话题之一，近来研究颇为活跃，我国也将其列为重点支持和发展的高新技术领域。然而，由于纳米粉体具有巨大的表面能，导致其存在极强的“凝聚力”，同时无机纳米粉体与不同种类的有机高分子聚合物材料的相容性也是个问题，要实现无机粉体在高分子聚合物中的纳米级分散存在极高的难度，很难将无机粉体以纳米的水平分散到高分子聚合物材料里。 

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明提供了一种具备优良机械性能的抗菌聚苯乙烯改性材料及其制备方法。所述的聚苯乙烯材料中包含纳米二氧化钛和纳米银，并在成型的制品表面形成纳米二氧化钛膜层。所述材料可以应用于需要发挥抑菌作用的医用材料、家电和建材领域。 

为了达到以上目的，本发明的技术方案是：1）混合得到改性聚苯乙烯组合物，其中主要组分按重量份数为：聚苯乙烯76～85份、纳米二氧化钛颗粒0.5～1份，纳米银颗粒1～2份，分散改性剂2～6份，苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶5～10份，纳米磷灰石晶须3～5份，抗氧剂0.01～2份，加工助剂0.1～5份；2）将上述共混材料加工成型为所需形状的材料；3）使用等离子体溅射工艺，以钛为靶材，在氧存在的条件下，在上述材料的表面溅射一层30-60nm厚度的二氧化钛薄膜。 

优选的，所述组分按重量百分比为：聚苯乙烯80～83份、纳米二氧化钛颗粒0.5～0.8份，纳米银颗粒1～1.5份，分散改性剂3～5份，抗氧剂0.1～1份，苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶6～8份，纳米磷灰石晶须3～5份，加工助剂0.1～3份。 

所述的聚苯乙烯是聚苯乙烯树脂颗粒，可商购，优选高抗冲聚苯乙烯树脂。 

所述的纳米二氧化钛颗粒的粒径范围在20-60nm之间，优选20-30nm，优选所述二氧化钛为锐钛型或金红石型二氧化钛纳米颗粒。 

所述的纳米银颗粒的粒径范围在10-50nm之间，优选25-35nm。 

所述的分散改性剂是指分子量不高，能对组合物中的纳米成分---纳米二氧化钛、纳米银和纳米磷灰石晶须表面产生良好的润湿效果，从而使纳米级组分能够均匀分布，同时与聚苯乙烯具有一定相容性的烯烃类化合物。所述分散改性剂的重均分子量Mw为3000～100000，优选Mw为5000～50000的烯烃类化合物。 

所述分散改性剂的烯烃类化合物是含有乙烯、丙烯或α烯烃低聚物，或者它们的组合物的低聚物，优选丙烯和α烯烃及组合物，例如乙丙共聚物。 

所述纳米磷灰石晶须直径不超过20nm，长径比为25～50:1。令人惊奇的发现，所述纳米磷灰石晶须和苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶的联合使用，能够有效增强本发明聚苯乙烯组合物的韧性和抗冲击性。可能的原因是，晶须与基体界面的结合状况对复合材料性能也起着至关重要的作用，界面粘接良好，外力通过基体变形将负荷传递给晶须，使晶须能有效承载；同时晶须在外力作用下沿着界面滑出时，要吸收更多的能量；基体中的裂纹遇到晶须时，贴近晶须表面扩展的过程中，不仅使扩展的路径增长，还增加了破坏晶须和基体良好粘结界面的能量，使裂纹难以继续扩展，材料性能改善，而本组合物中，分散改性剂和苯乙烯丙烯酸丁酯二元接枝改性乙丙橡胶均能够改善晶须与基体界面的结合状况，所以能够有效增强纳米磷灰石晶须对韧性和抗冲击性的贡献。同时，晶须的长径比较大，才能更好的改善组合物的性能，但是长度过长，也会导致晶须在加工过程中的损伤，影响其作用。