本發明屬于高分子復合材料,具體涉及一種抗菌性復合鋁箔材料及其制備方法。
背景技術:
1、鋁箔復合材料是一種由鋁箔與其他材料復合而成的新型材料,其制備工藝主要包括鋁箔與其他材料的復合、成型和表面處理等步驟。首先,選用適當厚度的鋁箔與其他材料進行復合,常見的材料有聚乙烯、聚丙烯、聚酯薄膜等;然后,利用成型工藝將復合材料制成所需的形狀,如卷材、片材等;最后,對復合材料表面進行處理,提高鋁箔復合材料的使用性能。鋁箔復合材料具有輕質、耐腐蝕、導熱性好等特點,被廣泛應用于包裝、建筑材料、電子產品等領域。
2、申請號為cn201910525979.7的專利提供了一種復合材料及其制備方法,將防紫外層、纖維織物層、鋁箔、聚酯薄膜和氣相防銹薄膜層疊復合而制成復合材料,以外表面涂覆紫外反射涂層的纖維織物層作為外護層,保證材料柔韌性的同時提高復合材料的耐撕裂耐穿刺強度,提升復合材料的耐光老化性能;再復合鋁箔和氣相防銹薄膜,顯著提升復合材料的阻隔性能和防腐防銹能力,該發明通過多層材料協同作用使得復合材料具有優異的阻隔、防紫外和防腐防銹等性能,且其制備工藝簡單、生產周期短、質量便于控制;申請號為cn201711055073.0的專利提供了一種鋁箔基復合包裝材料,包括由內至外的熱封層、第一石墨烯層、鋁箔層、第二石墨烯層、第一粘結層、牛皮紙層、第二粘結層、薄膜層和印刷層,該發明所提供的鋁箔基復合包裝材料具有良好的抗撕裂性能、密封性能、耐酸堿性能,且重金屬析出量在食品安全范圍,可廣泛應用于食品包裝領域;鋁箔復合材料因其優良的特性,廣泛用于香煙、藥品、家庭日用品等領域,近年來,人們對健康和生活質量的關注度不斷提高,導致現有的鋁箔復合材料的抗菌性能難以滿足使用者的需要。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足,本發明的目的在于提供一種抗菌性復合鋁箔材料及其制備方法。本發明依次利用環氧開環反應、酯化反應、季銨化反應、水解聚合反應制備得到改性粘結劑,該改性粘結劑具有優異的抗菌性能和阻燃性能,將其用于基材層、鋁箔層、防護層的熱壓粘合時還表現出優異的粘結性能;本發明還利用改性粘結劑對聚酯材料進行改性,并利用改性的聚酯材料制得防護層。本發明提供的多層復合鋁箔材料綜合性能優異,能夠滿足使用者的需要。
2、本發明為實現上述目的所采取的技術方案為:
3、一種抗菌性復合鋁箔材料,包括自下而上依次設置的基材層、鋁箔層、防護層,所述基材層與鋁箔層、鋁箔層與防護層之間均設置有粘結層,所述粘結層采用改性粘結劑;
4、所述改性粘結劑的制備方法為:
5、步驟s1、向反應器中加入環己胺基甲基三乙氧基硅烷、n,n-二甲基乙酰胺,在攪拌條件下升高溫度至70-80℃,再依次加入n,n-二甲基環己胺、丙基環氧乙烷,反應5-8h,冷卻至室溫,經過濾后除去溶劑、干燥,得到產物1;
6、步驟s2、在氮氣保護氣氛下,向反應器中加入步驟s1所得產物1、n,n-二甲基乙酰胺,在攪拌條件下升高溫度至80-90℃,然后滴加氯磷酸二正丙基酯,于1-2h內滴加完畢,繼續攪拌反應1-3h,冷卻至室溫,經過濾后除去溶劑、干燥,得到產物2;
7、步驟s3、在氮氣保護氣氛下,向反應器中加入步驟s2所得產物2、2-甲基四氫呋喃,在攪拌條件下升高溫度至65-75℃,再依次加入碘化鉀、1-氯丙烷,反應15-20h,冷卻至室溫,經過濾后除去溶劑,經萃取、濃縮、干燥,得到改性劑;
8、步驟s4、在室溫攪拌條件下,將正硅酸乙酯加入到無水乙醇中,反應5-15min,再加入步驟s3所得改性劑,繼續反應5-15min,然后加入去離子水,調節ph值為4-5,升高溫度至40-50℃,繼續反應1-2h,冷卻至室溫后靜置,得到改性粘結劑;
9、其中,改性劑的合成路線如下:
10、;
11、;
12、。
13、硅溶膠是一種微納米級的無機材料,是一種非晶體結構,由納米級的二氧化硅聚合成網狀結構而成。硅溶膠中的si-o鍵和h2o鍵形成了極為特殊的表面活性化學特性,該表面活性化學特性使得硅溶膠具有良好的粘結性能。硅溶膠表面帶有大量的活性羥基(si-oh),這些羥基可以形成強的氫鍵吸附力,在一定條件下,硅溶膠可以牢固地與其他物質粘結在一起。硅溶膠中sio2粒子具有較大的比表面積,同時其表面存在大量的極性羥基基團,親水性強,眾多的顆粒相互連結成鏈狀,彼此間又以氫鍵相互作用,形成由聚集體組成的立體網狀結構,其分子間作用力較強,分散均勻性較差,因此很難有效發揮顆粒的納米效應。本發明以環己胺基甲基三乙氧基硅烷、丙基環氧乙烷為原料,在n,n-二甲基環己胺作用下發生環氧開環反應,得到產物1;產物1進一步與氯磷酸二正丙基酯發生酯化反應,得到產物2;在碘化鉀作用下,產物2與1-氯丙烷發生季銨化反應,得到改性劑;最后,通過改性劑對正硅酸乙酯水解產物硅溶膠進行改性,利用水解、聚合作用,在硅溶膠固體顆粒表面引入多種有機基團,得到改性粘結劑。有機基團的引入改善了粘結劑在有機聚合物體系中的分散性和相容性,提高了復合材料的抗菌性能、力學性能、阻燃性能和防水性能。
14、為了得到改性粘結劑,并對其進行功能化定向修飾,步驟s1中所述環己胺基甲基三乙氧基硅烷、n,n-二甲基環己胺、丙基環氧乙烷的物質的量比為1:0.03-0.05:0.9-1.1,所述環己胺基甲基三乙氧基硅烷、n,n-二甲基乙酰胺的質量體積比為0.1-0.2g/ml;步驟s2中所述產物1、氯磷酸二正丙基酯的物質的量比為1.4:0.8-1.2,所述產物1、n,n-二甲基乙酰胺的質量體積比為0.17-0.24g/ml;步驟s3中所述產物2、碘化鉀、1-氯丙烷的物質的量比為1.1:0.1-0.2:0.9-1.1,所述產物2、2-甲基四氫呋喃的質量體積比為0.08-0.16g/ml;步驟s4中所述正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水的體積比為40:70-90:15-25,改性劑、去離子水的質量體積比為0.3-0.5g/ml。
15、進一步,所述基材層為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜層,基材層的厚度為20-40μm;所述鋁箔層的厚度為5-20μm;所述基材層與鋁箔層、鋁箔層與防護層之間粘結層的厚度均為10-15μm;所述防護層為改性聚對苯二甲酸乙二醇酯膜層,防護層的厚度為40-80μm,所述改性聚對苯二甲酸乙二醇酯膜的制備方法為:將聚對苯二甲酸乙二醇酯與改性粘結劑混合均勻,投入螺桿擠出機中擠出,然后通過吹塑機吹塑成型,牽引,收卷,即得,其中聚對苯二甲酸乙二醇酯、改性粘結劑的質量比為100:3-5。
16、本發明還提供了一種抗菌性復合鋁箔材料的制備方法,包括以下步驟:利用改性粘結劑將基材層、鋁箔層、防護層依次進行熱壓粘合,自然固化,即得;其中,所述熱壓粘合的溫度為90-110℃,壓力為0.1mpa,時間為40-60s。
17、本發明具有如下有益效果:
18、本發明利用多步化學反應制備得到改性粘結劑,在硅溶膠固體顆粒表面引入磷酸酯、季銨鹽和硅氧烷。磷酸酯結構可通過促進聚合物形成炭層、釋放po·自由基捕獲燃燒產生的自由基、形成覆蓋層隔絕氧氣、產生難燃性氣體等多種機制共同作用,使復合材料具有良好的阻燃性能;季銨鹽結構可通過破壞細胞膜、抑制酶的活性和破壞核酸來殺菌,且對于廣譜的細菌、真菌和一些病毒都具有殺滅作用,進而賦予復合材料優異的抗菌性能;硅氧烷引入不僅能夠在固化過程中形成交聯結構,增強硅溶膠的粘結性能和機械性能,還能夠滲透到高分子材料的微觀孔隙中,形成完整、緊密的防水膜,從而提高復合材料的防水性能;此外,改性粘結劑結構中多種有機基團的引入還能夠顯著改善硅溶膠固體顆粒在聚酯材料中的分散性和相容性,有效發揮納米顆粒的增強作用,改性粘結劑與聚酯材料相互作用,形成的結構更加緊密,明顯改善了復合材料的力學性能;改性粘結劑分子結構中既含有有機基團,又含有無機結構,這種特殊的組成和分子結構使其兼具有機物的特性與無機物的功能,能夠充分發揮粘結作用,顯著提高基材層與鋁箔層、鋁箔層與防護層的層間剝離強度。
19、本發明提供的復合鋁箔材料具有優異的抗菌性能、拉伸強度、剝離強度、阻燃性能和防水性能,同時還保持了良好的斷裂伸長率。