一种抗菌防藻防变色水培槽材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种抗菌防藻防变色水培槽材料及其制备方法 (Antibacterial, algae-proof and anti-discoloration water culture tank material and preparation method thereof ) 是由 郑凌然 徐沛佩 王艳 徐明铭 于 2020-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种抗菌防藻防变色水培槽材料,其包括下述原料：聚丙烯100份、防变色抗菌防藻剂0.5-10份、无机填料0-20份、弹性体1-10份、偶联剂0.1-2份、抗氧剂0.1-2份、添加剂0-3份；其中,所述防变色抗菌防藻剂是由以离子交换法制备的载银、铜沸石和包覆在其表面的二氧化硅薄膜组成。本发明通过在聚丙烯基体中添加防变色抗菌防藻剂,使材料具有抗菌防藻性能的同时,避免了材料在加工、存储、使用时发生变色。(The invention provides an antibacterial, anti-algae and anti-discoloration water culture tank material which comprises the following raw materials: 100 parts of polypropylene, 0.5-10 parts of anti-discoloration antibacterial anti-algae agent, 0-20 parts of inorganic filler, 1-10 parts of elastomer, 0.1-2 parts of coupling agent, 0.1-2 parts of antioxidant and 0-3 parts of additive; the antitarnish antibacterial algaecide consists of silver-carrying zeolite prepared by an ion exchange method, copper zeolite and a silicon dioxide film coated on the surface of the silver-carrying zeolite. According to the invention, the antitarnish antibacterial algicide is added into the polypropylene matrix, so that the material has antibacterial and algicide properties, and the material is prevented from discoloring during processing, storage and use.)
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种抗菌防藻防变色水培槽材料及其制备方法。
背景技术
水中菌类或藻类一直长期困扰着水培养殖领域的从业者。例如，藻类生长会产生很多问题，藻类会消耗掉水中累积的养分，对水培植物或者动物是有害的。过去，其处理方法一般是将藻类取出，或换容器养殖或在其内加入生石灰进行消毒，但这都不是根本方法。
目前从业者通过开发具有防菌，防藻类功能的水培槽材料来达到防止细菌,藻类生长繁殖的作用，从而保护培养液。但是制备的水培槽材料通常是通过在基体材料中添加抗菌防藻添加剂，由于抗菌防藻添加剂中含有的金属离子遇光或遇热变色，这容易使最终制品颜色变黄，也使得抗菌防藻效果不持久。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种抗菌防藻防变色水培槽材料及其制备方法，其通过在聚丙烯基体中添加防变色抗菌防藻剂，使材料具有抗菌防藻性能的同时，避免了材料在加工、存储、使用时发生变色。
本发明提出的一种抗菌防藻类防变色水培槽材料，以重量份计，包括下述原料：聚丙烯100份、防变色抗菌防藻剂0.5-5份、无机填料0-20份、弹性体1-10份、偶联剂0.1-2份、抗氧剂0.1-2份、添加剂0-3份；
其中，所述防变色抗菌防藻剂是由以离子交换法制备的载银、铜沸石和包覆在其表面的二氧化硅薄膜组成。
优选地，所述聚丙烯为230℃、2.16kg负荷下熔体流动速率为0.5-60g/10min的聚丙烯。
优选地，所述防变色抗菌防藻剂是通过将沸石与银盐和铜盐的混合溶液进行银离子和铜离子的交换后，再与正硅酸四乙酯进行反应得到。
优选地，所述沸石为人造沸石、X型人造沸石、Y型人造沸石或丝光沸石中的一种或多种混合物。
优选地，所述银盐为硝酸银、硫酸银或氯化银中的一种或多种混合物，所述铜盐为硝酸铜、硫酸铜或氯化铜中的一种或多种混合物；优选地，所述银盐和铜盐用量的摩尔比为0.1-0.3:0.1-3。
优选地，所述沸石与银盐和铜盐的混合溶液的用量比为0.5-1.5g:10mL，所述沸石与正硅酸四乙酯的用量比为4-20g:1mL。
优选地，所述无机填料为滑石粉、硫酸钡或碳酸钙中的一种或多种混合物；所述弹性体为乙烯-辛烯的共聚物；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或多种混合物；所述抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂中的一种或多种混合物。
优选地，所述添加剂包括润滑剂、光稳定剂；
优选地，所述润滑剂为硬脂酸盐类、酰胺类、硅酮类或金属皂类中的一种或多种混合物，所述光稳定剂为三嗪类光稳定剂、苯并三唑、水杨酸酯类或受阻胺类光稳定剂中的一种或多种混合物。
本发明还提出一种抗菌防藻防变色水培槽材料的制备方法，包括：将聚丙烯、防变色抗菌防藻剂、无机填料、弹性体、偶联剂、抗氧剂和添加剂的原料在高速混合器中混合均匀，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出，接着冷却造粒，即得到所述抗菌防藻防变色水培槽材料。
优选地，所述熔融挤出的工艺条件包括：一区180-190℃，二区190-200℃，三区200-210℃，四区190-200℃。
本发明所述抗菌防藻防变色水培槽材料中，以聚丙烯为基体原料，添加防变色抗菌防藻剂，该防藻抗菌剂包括铜、银活性组分，既有铜类化合物高效防止藻类生长的特性，也有银类化合物较强杀菌能力的特性，因此在聚丙烯材料原有性能的基础上，赋予聚丙烯复合材料优良的抗菌抗藻活性。
进一步地，本发明所述防变色抗菌防藻剂是通过将沸石与银盐和铜盐的混合溶液进行银离子和铜离子交换后，再加入正硅酸四乙酯进行反应，如此使得载银、铜沸石表面覆盖了一层二氧化硅薄膜，它起到了保护的作用，可以把银、铜离子锚定在离子交换位上，充分降低了银、铜离子从载体中的溶出速率，避免银离子过早、过快接触光和热而变色以及防止铜离子快速析出，导致材料吸水变色。因此，既保证了所述水培槽材料防藻抗菌效果长效持久，也预防了水培槽材料变色的可能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种抗菌防藻防变色水培槽材料，按重量份计，包括如下原料组分：共聚丙烯(乙烯/丙烯嵌段共聚物，230℃、2.16kg负荷下熔体流动速率为26g/10min)100份，防变色抗菌防藻剂2份，乙烯-辛烯共聚物POE(ENGAGE 8207)5份，硅烷偶联剂(KH550)0.5份，抗氧剂(Irgafos 168)0.5份，抗氧剂(Irganox 1010)0.5份；
其中，所述防变色抗菌防藻剂包括载银、铜沸石以及包覆在载银、铜沸表面的二氧化硅薄膜，其采用下述方法制备得到：将人造沸石在300℃下干燥2h，加入到包含硝酸银和硝酸铜的混合溶液(硝酸银0.2mol/L、硝酸铜1mol/L)中，按照1g/10mL的固液比在70℃下搅拌4h，反应结束后离心分离并用去离子水洗涤，100℃下烘干，研磨成粉，得到载银、铜沸石；将载银、铜沸石和正硅酸四乙酯按照10g:1mL的重量体积比加入到乙醇中，室温下搅拌1h后，逐滴加入2倍正硅酸四乙酯体积的氨水(0.15mol/L)，在50℃下搅拌反应4h后过滤，并用乙醇和去离子水洗涤，100℃下烘干，即得到所述防变色抗菌防藻剂。
上述抗菌防藻防变色水培槽材料采用下述方法制备得到：按重量份将上述共聚丙烯100份、防变色抗菌防藻剂2份、乙烯-辛烯共聚物5份、硅烷偶联剂0.5份、抗氧剂1份加入到高速混合机中混合15min，得到混合料；将该混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中螺筒温度为，一区180℃，二区200℃，三区210℃，四区200℃，双螺杆挤出机转速为500r/min，即得到所述抗菌防藻防变色水培槽材料。
实施例2
一种抗菌防藻防变色水培槽材料，按重量份计，包括如下原料组分：共聚丙烯(乙烯/丙烯嵌段共聚物，230℃、2.16kg负荷下熔体流动速率为26g/10min)100份，防变色抗菌防藻剂0.5份，滑石粉(平均粒径5μm)10份，乙烯-辛烯共聚物POE(ENGAGE 8207)10份，硅烷偶联剂(KH550)2份，抗氧剂(Irgafos168)0.1份，抗氧剂(Irganox 1010)0.5份；
其中，所述防变色抗菌防藻剂包括载银、铜沸石以及包覆在载银、铜沸表面的二氧化硅薄膜，其采用下述方法制备得到：将人造沸石在300℃下干燥2h，再加入到包含硝酸银和硝酸铜的混合溶液(硝酸银0.3mol/L、硝酸铜3mol/L)中，按照0.5g/10mL的固液比在70℃下搅拌4h，反应结束后离心分离并用去离子水洗涤，100℃下烘干，研磨成粉，得到载银、铜沸石；将载银、铜沸石和正硅酸四乙酯按照20g:1mL的重量体积比加入到乙醇中，室温下搅拌1h后，逐滴加入4倍正硅酸四乙酯体积的氨水(0.15mol/L)，在50℃下搅拌反应4h后过滤，并用乙醇和去离子水洗涤，100℃下烘干，即得到所述防变色抗菌防藻剂。
上述抗菌防藻防变色水培槽材料采用下述方法制备得到：按重量份将上述共聚丙烯100份、防变色抗菌防藻剂0.5份、滑石粉10份、乙烯-辛烯的共聚物POE 10份、硅烷偶联剂2份、抗氧剂0.6份加入到高速混合机中混合15min，得到混合料；将该混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中螺筒温度为，一区190℃，二区200℃，三区200℃，四区190℃，双螺杆挤出机转速为500r/min，即得到所述抗菌防藻防变色水培槽材料。
实施例3
一种抗菌防藻防变色水培槽材料，按重量份计，包括如下原料组分：共聚丙烯(乙烯/丙烯嵌段共聚物，230℃、2.16kg负荷下熔融指数为26g/10min)100份，防变色抗菌防藻剂5份，滑石粉(平均粒径5μm)20份，乙烯-辛烯共聚物POE(ENGAGE 8207)1份，硅烷偶联剂(KH550)1份，抗氧剂(Irgafos 168)1份，抗氧剂(Irganox 1010)1份；
其中，所述防变色抗菌防藻剂包括载银、铜沸石以及包覆在载银、铜沸表面的二氧化硅薄膜，其采用下述方法制备得到：将人造沸石在300℃下干燥2h，再加入到包含硝酸银和硝酸铜的混合溶液(硝酸银0.1mol/L、硝酸铜0.1mol/L)中，按照1.5g/10mL的固液比在70℃下搅拌4h，反应结束后离心分离并用去离子水洗涤，100℃下烘干，研磨成粉，得到载银、铜沸石；将载银、铜沸石和正硅酸四乙酯按照4g:1mL的重量体积比加入到乙醇中，室温下搅拌1h后，逐滴加入2倍正硅酸四乙酯体积的氨水(0.15mol/L)，在50℃下搅拌反应4h后过滤，并用乙醇和去离子水洗涤，100℃下烘干，即得到所述防变色抗菌防藻剂。
上述抗菌防藻防变色水培槽材料采用下述方法制备得到：按重量份将上述共聚丙烯100份，防变色抗菌防藻剂5份，滑石粉20份，乙烯-辛烯共聚物1份，硅烷偶联剂1份，抗氧剂2份加入到高速混合机中混合15min，得到混合料；将该混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中螺筒温度为，一区190℃，二区200℃，三区200℃，四区190℃，双螺杆挤出机转速为500r/min，即得到所述抗菌防藻防变色水培槽材料。
对比例1
一种聚丙烯复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：共聚丙烯(乙烯/丙烯嵌段共聚物，230℃、2.16kg负荷下熔体流动速率为26g/10min)100份，乙烯-辛烯共聚物POE(ENGAGE 8207)5份，硅烷偶联剂(KH550)0.5份，抗氧剂(Irgafos 168)0.5份，抗氧剂(Irganox 1010)0.5份；
上述聚丙烯复合材料采用下述方法制备得到：按重量份将上述共聚丙烯100份、乙烯-辛烯共聚物5份、硅烷偶联剂0.5份、抗氧剂1份加入到高速混合机中混合15min，得到混合料；将该混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中螺筒温度为，一区180℃，二区200℃，三区210℃，四区200℃，双螺杆挤出机转速为500r/min，得到所述聚丙烯复合材料。
对比例2
一种聚丙烯复合材料，按重量份计，包括如下原料组分：共聚丙烯(乙烯/丙烯嵌段共聚物，230℃、2.16kg负荷下熔体流动速率为26g/10min)100份，抗菌防藻剂2份，乙烯-辛烯共聚物POE(ENGAGE 8207)5份，硅烷偶联剂(KH550)0.5份，抗氧剂(Irgafos 168)0.5份，抗氧剂(Irganox 1010)0.5份；
其中，所述抗菌防藻剂为载银、铜沸石，其采用下述方法制备得到：将人造沸石在300℃下干燥2h，加入到包含硝酸银和硝酸铜的混合溶液(硝酸银0.2mol/L、硝酸铜1mol/L)中，按照1g/10mL的固液比在70℃下搅拌4h，反应结束后离心分离并用去离子水洗涤，100℃下烘干，研磨成粉，得到载银、铜沸石。
上述聚丙烯复合材料采用下述方法制备得到：按重量份将上述共聚丙烯100份，抗菌防藻剂2份，乙烯-辛烯共聚物5份，硅烷偶联剂0.5份，抗氧剂1份加入到高速混合机中混合15min，得到混合料；将该混合料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其中螺筒温度为，一区180℃，二区200℃，三区210℃，四区200℃，双螺杆挤出机转速为500r/min，即得到所述聚丙烯复合材料。
将实施例和对比例获得的水培槽材料和聚丙烯复合材料进行下述方法所示的性能测试，结果参照表1。
抗菌性能测试：参照QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》标准进行抗菌性能的测试(检测用菌：大肠杆菌ATCC 25922，金黄葡萄球菌ATCC6538)；
防藻性能测试：参照GB/T 24127-2009《塑料抗藻性能实验方法》进行防藻性能测试；
表1实施例1-3和对比例1-2对应获得的材料的测试结果
从表中数据可以看出，实施例所制备的材料具有更好的抗菌防霉效果。并且本发明所述防变色抗菌防藻剂在加工水培槽材料制品过程中，或者使用水培槽材料制品的过程中，均未发生任何黄变现象，始终保持透明。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。