MOFs基无卤阻燃抗菌母粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及阻燃复合材料技术领域，尤其涉及MOFs基无卤阻燃抗菌母粒及其制备方法，分别称取基体聚合物、无卤阻燃剂、MOFs、抗菌剂、增容剂、分散剂、润滑剂，在60～100℃条件下干燥0.5～12h后取出，将干燥后的基体聚合物、增容剂、分散剂和润滑剂混合，并以600～1000rpm/min转速搅拌混合3～20min后，加入无卤阻燃剂、MOFs和抗菌剂，于800～1400rpm/min搅拌混合3～20min，得到混合物料；将混合物料加入到双螺杆挤出机中，各物料加热成为熔体，然后经螺杆搅匀后从模头挤出进入冷却水槽固化成丝条，最后采用切割机将丝条切割成规定形状的颗粒，得到阻燃抗菌母粒。本发明专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒具有良好的阻燃性能和优异的抗菌性能。母粒具有良好的阻燃性能和优异的抗菌性能。

【技术实现步骤摘要】
MOFs基无卤阻燃抗菌母粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃复合材料
，尤其涉及MOFs基无卤阻燃抗菌母粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]高分子聚合物广泛应用在工程塑料、合成橡胶和合成纤维等各个领域，为国民经济发展提供了有力支撑。但是，大多数高聚物都具有易燃性，且在燃烧过程中产生熔滴，给国民生命财产安全造成严重威胁。另外，部分高聚物应用在生物医疗和健康防护领域，对其抗菌性能有着严格要求。因此，制备出高效阻燃抗菌功能化高聚物成为亟待解决的重要课题。
[0003]常用的阻燃剂主要分为有卤和无卤阻燃两大类，有卤阻燃剂在燃烧过程中会产生有毒气体，已逐渐被无卤阻燃剂替代。无卤阻燃剂主要包括磷、氮、硅、铝镁等系列阻燃剂，其中又以磷、氮阻燃剂应用最为广泛。例如专利技术专利CN103012904B公开了一种无卤阻燃母粒，其有效阻燃成分在于以磷、氮阻燃剂构成的膨胀阻燃体系，该阻燃母粒以聚烯烃载体为基体，硅油和偶联剂为助剂，解决了助燃母粒与聚合物分散性、相容性差的问题，但仍未解决添加量大的问题，若将其添加到高聚物中用于聚合物熔体纺丝，会出现喷丝不均一等工艺技术问题。因此，如何利用特殊成份的协效阻燃作用，并通过添加少量阻燃剂以同时保持材料的阻燃性能和本征机械性能具有重要的研究和应用价值。较差的抗菌性能往往限制了阻燃聚合物的应用范围，通过将抗菌母粒添加到聚合物中制备抗菌塑料、抗菌纤维及抗菌纺织品被证明是一种高效的方法，抗菌母粒的有效成分可主要分为无机类和有机类。两大类抗菌剂在不同应用场景各有优势和缺点，无机抗菌剂具有广谱抗菌功效，但是与高聚物相容性差，易发生团聚；有机抗菌剂抗菌效率高但耐热性差，限制了其使用范围。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供MOFs基无卤阻燃抗菌母粒及其制备方法，解决了现有聚合物存在的阻燃性能和抗菌性能较差的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：
[0006]本专利技术的第一方面在于提供了一种MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，包括以下重量份数的原料：
[0007]基体聚合物30～60份
[0008]无卤阻燃剂40～70份
[0009]MOFs 5～30份
[0010]抗菌剂0～20份
[0011]增容剂0.1～20份
[0012]分散剂0.1～20份
[0013]润滑剂0.1～20份。
[0014]结合第一方面，在一些实施方式中，所述无卤阻燃抗菌母粒包括以下重量份数的原料：
[0015]基体聚合物40份
[0016]无卤阻燃剂40份
[0017]MOFs 10份
[0018]抗菌剂4份
[0019]增容剂4份
[0020]分散剂3份
[0021]润滑剂3份。
[0022]结合第一方面，在一些实施方式中，所述基体聚合物为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺6中的一种。
[0023]结合第一方面，在一些实施方式中，所述无卤阻燃剂由三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种与聚磷酸铵及季戊四醇组成，所述三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种和聚磷酸铵及季戊四醇的质量比为30～50:30～50:20～40。
[0024]结合第一方面，在一些实施方式中，所述抗菌剂为季铵盐类；所述增容剂为KH560硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸化合物、马来酸酐接枝物中的一种；所述分散剂为聚乙烯蜡；所述润滑剂为硬脂酸钙。
[0025]本专利技术的第二方面在于提供了一种MOFs基无卤阻燃抗菌母粒的制备方法，包括以下步骤：
[0026]物料混合，分别称取基体聚合物、无卤阻燃剂、MOFs、抗菌剂、增容剂、分散剂、润滑剂，在60～100℃条件下干燥0.5～12h后取出，将干燥后的基体聚合物、增容剂、分散剂和润滑剂混合，并以600～1000rpm/min转速搅拌混合3～20min后，加入无卤阻燃剂、MOFs和抗菌剂，于800～1400rpm/min搅拌混合3～20min，得到混合物料；
[0027]熔融造粒，将混合物料加入到双螺杆挤出机中，各物料加热成为熔体，然后经螺杆搅匀后从模头挤出进入冷却水槽固化成丝条，最后采用切割机将丝条切割成规定形状的颗粒，得到阻燃抗菌母粒。
[0028]结合第二方面，在一些实施方式中，所述MOFs的制备方法如下：
[0029]将可溶性金属盐添加到溶剂中搅拌10～30min至完全溶解，得到金属盐溶液；将有机配体加入到溶剂中搅拌10～20min直至完全溶解，得到配体溶液，搅拌下将配体溶液加入到金属盐溶液中，然后在25～100℃下搅拌0.5～12.0h后静置5～24h，收集沉淀并在50～100℃下干燥5～24h，得到MOFs。
[0030]结合第二方面，在一些实施方式中，所述可溶性金属盐、有机配体溶剂的摩尔体积比为1mmol:1～16mmol:10～200mL。
[0031]结合第二方面，在一些实施方式中，所述可溶性金属盐为二水醋酸锌、九水硝酸铁、六水硝酸镍、六水硝酸钴中的一种，所述为2
‑
甲基咪唑、均苯三甲酸、对苯二甲酸中的一种，所述溶剂为甲醇、乙醇、DMF、DMAc、去离子水中的一种。
[0032]结合第二方面，在一些实施方式中，所述双螺杆挤出机中螺杆各加热区温度分别为：1区150～260℃，2区160～270℃，3区180～275℃，4区230～280℃，5区240～290℃，6区
230～285℃，7区220～270℃，8区200～265℃。
[0033]本专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒的抗菌机理：(1)本专利技术合成的MOFs可以缓慢持续释放金属锌离子直接与细胞作用，杀死细菌；(2)MOFs在太阳光催化作用下光生电子活化O2形成O2–
和H2O2，破坏细菌结构，实现高效抑菌；(3)MOFs的多孔结构可作为季铵盐类抗菌剂的载体，二者协同作用实现高效抗菌。本专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒的阻燃机理：(1)MOFs丰富的孔结构可以吸收燃烧过程释放的烟雾和有毒气体；(2)MOFs热解生成的金属氧化物具有催化成炭功效，促进聚合物分解后性能更致密稳定的炭层；(3)三聚氰胺、聚磷酸铵和季戊四醇组成膨胀阻燃体系，与MOFs协同作用实现高效阻燃。
[0034]本专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，通过添加金属有机框架材料MOFs，基于金属有机框架材料自身的多孔结构为抗菌剂提供载体，使得本专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒具有优异的抗菌性能，经检测，其对大肠杆菌、金色葡萄糖球菌和白色念珠菌抑菌率可达99.96％以上；此外，基于金属有机框架材料丰富的孔结构可以吸收燃烧过程释放的烟雾和有毒气体，以及热解生成的金属氧化物具有催化成炭功效，促进聚合物分解后性能更致密稳定的炭层，使得本专利技术的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒具有良好的阻燃性能，经检测，氧指数LOI可达30％以上，峰值放热下降了71.6％，总放热下降了35.4％。本专利技术的M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，其特征在于，包括以下重量份数的原料：基体聚合物30～60份无卤阻燃剂40～70份MOFs 5～30份抗菌剂0～20份增容剂0.1～20份分散剂0.1～20份润滑剂0.1～20份。2.根据权利要求1所述的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，其特征在于，所述无卤阻燃抗菌母粒包括以下重量份数的原料：基体聚合物40份无卤阻燃剂40份MOFs 10份抗菌剂4份增容剂4份分散剂3份润滑剂3份。3.根据权利要求1或2所述的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，其特征在于，所述基体聚合物为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺6中的一种。4.根据权利要求1或2所述的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，其特征在于，所述无卤阻燃剂由三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种与聚磷酸铵及季戊四醇组成，所述三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐中的一种和聚磷酸铵及季戊四醇的质量比为30～50:30～50:20～40。5.根据权利要求1或2所述的MOFs基无卤阻燃抗菌母粒，其特征在于，所述抗菌剂为季铵盐类；所述增容剂为KH560硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸化合物、马来酸酐接枝物中的一种；所述分散剂为聚乙烯蜡；所述润滑剂为硬脂酸钙。6.MOFs基无卤阻燃抗菌母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：物料混合，分别称取基体聚合物、无卤阻燃剂、MOFs、抗菌剂、增容剂、分散剂、润滑剂，在60～100℃条件下干燥0.5～12h后取出，将干燥后的基体聚合物、增容剂、分散剂和润滑剂混合，并以600～1000rpm/min转速搅拌混合3～20min后，加入无卤阻燃剂、MOFs和抗菌剂，于800～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雷，丁佰锁，刘华丽，吴玉东，
申请(专利权)人：理工清科重庆先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：