一种医疗及航空航天用抗菌导电导热聚氯乙烯树脂材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及改性塑料领域，特别涉及一种可用于医疗、航空、航天领域的抗菌、导 电、导热聚氯乙烯树脂材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 目前常用的导电导热塑料通常是尼龙、PET等塑料添加导电、导热介质加工而成， 具有较好的导电、导热性能，但是其原料成本高，耐化学性能差，导电导热性能低（通常体 积电阻率为1〇 5左右，导热率3~4WAm.K)左右）。聚氯乙烯（PVC)具有优良的耐腐蚀性、 阻燃性、和机械强度，被广泛用于医药、建筑、化工、冶金、造船、电器、纺织等领域。而在医 疗、航空航天领域除了通常需要的高导电、导热功能外，还需要有较好的强度和韧性，同时 也需要良好的抗菌、抑菌等功能，但目前很少有同时满足上述要求的材料。因此，我们开发 了可用于医疗、航空航天领域的具有抗菌性能的导电导热材料。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于：提供一种可用于医疗、航空、航 天领域的抗菌、导电、导热聚氯乙烯树脂材料及其制备方法和应用。
[0004] -种抗菌导电导热聚氯乙烯树脂材料，由以下组分按照重量分数制备而成：
[0005] 纳米银改性聚氯乙烯树脂50~100份，导电导热介质材料40~60份，填充剂5~ 15份，改性剂8~15份，稳定剂8~10份，增塑剂0~15份，抗氧剂3~5份，紫外线吸收 剂0. 2~0. 5份，螯合剂0. 5~1. 5份，润滑剂0. 5~1. 5份。
[0006] 在上述方案的基础上，
[0007] 所述导电导热介质材料由改性碳纳米管、改性石墨烯和改性氮化铝复配而成；
[0008] 所述填充剂为碳酸钙、滑石粉和钛白粉中的一种或几种；
[0009] 所述稳定剂为钙锌稳定剂、有机锡稳定剂、稀土稳定剂和水滑石稳定剂中的一种 或几种；
[0010] 所述改性剂为CPE、ACR和MBS中的一种或几种；
[0011] 所述增塑剂为DOA、DOP、DBP、芳烃油、多元醇、环氧大豆油和氯化石蜡中的一种或 几种；
[0012] 所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂264、抗氧剂2246和抗氧剂1076中的一种或几 种；
[0013] 所述紫外线吸收剂为三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD和OBS中的一种或几种；
[0014] 所述螯合剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸苯二异辛酯和亚磷酸二苯辛酯中的一种或几 种；
[0015] 所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、石蜡、硅油和单甘酯中的一种或几种。
[0016] 在上述方案的基础上，所述纳米银改性聚氯乙烯树脂由以下方法制备而成：
[0017] 1)在反应釜中加入无离子水，以及分散剂、助分散剂、消泡剂、缓冲剂、稳定剂、链 调节剂，搅拌均勾，加入纳米银，继续搅拌并密封抽真空至-0. 08~-0. 09MPa，密闭加入氯 乙烯单体（VCM)和引发剂，搅拌升温至40~60°C，压强控制在0. 5~1.OMPa，控制反应温 差±0. 5°C下反应10~20hr，待反应压力下降0.IMPa时加入终止剂继续反应30min;
[0018] 2)聚合反应结束后抽真空至-0. 08~-0. 09MPa30min，回收多余单体；然后再升温 至80~90°C，负压煮沸2~3hr，排出残余单体；
[0019] 3)排出残余单体后将反应浆料放入离心机离心脱水，加无离子水清洗2~3遍，再 离心脱水，放入40~50°C的沸腾干燥床内干燥2hr。
[0020] 在上述方案的基础上：
[0021] 所述分散剂为醇解度为50~88的聚乙烯醇和/或甲基纤维素；
[0022] 所述助分散剂为醇解度为30~50的聚乙烯醇；
[0023] 所述消泡剂为聚硅氧烷、有机硅和聚醚中的一种或几种；
[0024] 所述缓冲剂为氨水和/或碳酸氢铵；
[0025] 所述稳定剂为有机锡和/或EDTA;
[0026] 所述链调节剂为1-氯-1-碘烷、巯基乙醇和邻苯二甲酸二烯丙酯中的一种或几 种；
[0027] 所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化特戊酸叔己酯、过氧化新庚酸叔丁酯、过氧化 新癸酸异丙苯酯和过氧化新癸酸叔丁酯等中的一种或几种；
[0028] 所述终止剂为丙酮缩氨基硫脲（ATSC)、0-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正 十八碳醇酯、2, 6-二叔丁基-4-甲基苯酚和哌啶醇氧化物中的一种或两种。
[0029] 在上述方案的基础上，所述导电导热介质材料由以下方法制备而成：
[0030] 1)碳纳米管的制备
[0031] a、将催化剂溶于无水乙醇中制备催化剂前驱混合溶液，然后将混合溶液均匀涂抹 在基材表面，自然晾干，备用；
[0032] 所述催化剂为镍或镁的硝酸盐；
[0033] 所述基材为铜或硅；
[0034] b、将上述基材放入直流等离子体化学气相沉积设备中的沉积台上，基材与沉积台 间有锡丝；
[0035] c、关闭真空室抽真空，当真空度达到-0.lpa时，向真空室内通入氩气和氢气，流 量分别为2~4L/min和8~10L/min，启动直流电弧，调节弧电流为100~130A，调节排气 阀和真空室调节阀，使真空室内压强稳定在2500~4000Pa，反应5~15min，制得Ni/MgO 催化剂；
[0036]d、在保持氩气流条件下，逐步减小氢气流量至4~5L/min，然后通入碳氢化合物， 在2500~4000Pa压力和700~1000°C下进行反应20~30min左右，在Ni/MgO表面即可 得到碳纳米管，收集备用；
[0037] 所述碳氢化合物为天然气、甲烷、乙烷、乙烯或乙炔；
[0038] 2)碳纳米管改性
[0039]将表面改性剂加入无离子水中，配制成30~40mg/ml的溶液，然后将制备的碳纳 米管加入溶液中，采用功率为40~250W超声波水浴处理，使碳纳米管被表面改性剂浸润； 然后过滤，采用冷冻真空进行干燥，制备出的改性碳纳米管材料，备用；
[0040] 3)石墨烯表面改性处理
[0041]a、首先将石墨烯加入到添加表面活性剂的水溶液中，通入低频高压脉冲电流，制 备出具有良好亲水性的水溶性石墨烯；
[0042]所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸或聚丙烯 酰胺；
[0043]b、将制备好的水溶性石墨烯溶液加入到5~10%的氢氧化钠溶液，用超声分散， 再加入过量的氯乙酸，继续反应，离心，真空干燥得到表面改性处理的石墨烯粉末，备用；
[0044] 4)氮化铝表面处理
[0045]将氮化铝粉末加入到表面改性剂的溶液中，在80°C下搅拌反应3-4小时；处理后 将产品抽滤，干燥，备用；
[0046]所述表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
[0047] -种如上所述的高导电导热聚氯乙烯树脂材料的制备方法，具体步骤如下：
[0048] 1)将制备好的纳米银改性聚氯乙烯树脂、导电导热介质材料、改性剂、稳定剂等加 入到高混机中，高速搅拌升温；待温度升到80~90°C时加入填充剂，抗氧剂，紫外线吸收 剂，螯合剂，润滑剂等继续搅拌升温，期间缓慢加入增塑剂；待温度升到115~125°C时放入 冷搅机中搅拌降温，待物料温度降到60°C左右时降到低速搅拌继续降温到室温；
[0049] 2)将冷却好的混合料输送至挤出机，挤出机温度为150~170°C，挤出压力0. 3~ 0.4MPa，挤出速度20~30m/min，干燥温度为50~60°C。
[0050] 本发明的有益效果是：
[0051]本发明经过纳米银原位聚合工艺得到的改性聚氯乙烯基础树脂，具有非常良好的 导电、导热和抑菌、杀菌性能（抗菌率可达到99%以上），同时添加经过特殊处理的导电导 热介质材料制备的高导电导热聚氯乙烯树脂可使材料的体积电阻率达到为10-2左右，导 热率达到4WAm.K)以上，同时由于具有优秀的抑菌、杀菌性能，可应用于医疗、生物、航空 航天等领域的抗菌导电密封或设备导电橡胶器件；也可以在化工、轨道交通、新能源、电子 等领域设备内部密封或减震橡胶垫，具有导电或电?磁屏蔽，及耐油、耐老化特性；以及纺 织、轻工等领域的纤维、包装等；应用广泛。
[0052]本发明工艺简洁，生产效率高，无污染废物。纳米银通过