抗菌复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种抗菌复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
手机是普及率极高的一种通讯电子设备，“机不离手”也成为一种极普遍的社会现象。作为手机的“皮肤”，手机外壳是用户们直接进行接触的部分，是手机强有力的防护伞，可以有效地减少灰尘的侵袭，降低意外摔落的损害，提高手机的防摔、防刮、防水和防震能力，增强手机的使用寿命。
随着手机等各类电子产品的普及，手机及随身携带的电子产品已成为消费者最易接触细菌的日常用品之一。技术人员研究发现，手机外壳携带各种细菌，并且携带的细菌量是马桶手柄细菌量的18倍。手机每天都会与人们的皮肤、鼻、嘴、耳朵等有大量的接触，尤其在夏季，当手机贴着耳朵或放在嘴边保持通话，手机就会粘上人的汗液、唾液等，随着手机使用时间的延长，这些物质在手机表面就会滋生大量的细菌，不利于人体健康。
目前市面上常用的电子产品三防壳的材料主要是聚碳酸酯PC，聚氨酯TPU和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，采用PC制备三防壳的面盖，采用TPU制备三防壳的底壳，采用PET制备三防壳的保护屏，制得的三防壳力学性能好，具有优异的抗冲击、抗蠕变、尺寸稳定性和电气绝缘性。但是，这些电子产品三防壳在使用过程中容易沾染各种细菌，极易危害人的身体健康。
因此，开发具有优异的抗菌性和力学性能的材料具有重要意义。
发明内容
基于此，本发明提供了一种具有优异的抗菌性和力学性能的抗菌复合材料及其制备方法与应用。
本发明的技术方案如下。
本发明一方面提供了一种抗菌复合材料，所述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：95％～99％高分子树脂，0.6％～2％无机银抗菌剂和0.1％～3％染色剂；所述高分子树脂选自聚氨酯树脂和聚碳酸酯树脂中的至少一种。
在其中一些实施例中，上述高分子树脂选自热塑性弹性体聚氨酯和聚碳酸酯树脂中的至少一种；和/或
上述无机银抗菌剂选自载银磷酸盐和载银二氧化硅中的至少一种。
在其中一些实施例中，上述染色剂为色粉和色母粒，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：95％～98％高分子树脂，0.6％～1.5％无机银抗菌剂，0.1％～1.5％色粉和1％～2％色母粒；高分子树脂为聚氨酯树脂。
进一步地，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：97.4％高分子树脂，0.6％无机银抗菌剂，0.5％色粉和1.5％色母粒。
在其中一些实施例中，上述染色剂为色粉，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：97％～99％高分子树脂，0.6％～1.5％无机银抗菌剂和0.1％～1.5％色粉，上述高分子树脂为聚碳酸酯树脂。
进一步地，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：98.9％高分子树脂，0.6％无机银抗菌剂和0.5％色粉。
本发明又一方面提供了一种抗菌复合材料的制备方法，包括以下步骤：
提供以下重量百分比的原料：95％～99％高分子树脂，0.5％～1.5％无机银抗菌剂和0.1％～3％染色剂；所述高分子树脂选自聚氨酯树脂和聚碳酸酯树脂中至少一种；
将上述原料混合，注塑，得到抗菌复合材料。
本发明还提供了上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料在制备保护壳中的应用。
进一步地，本发明提供了一种保护壳，所述保护壳主要由上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料制成。
在其中一些实施例中，上述保护壳包括面盖和底壳，所述面盖主要由上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料制成；和/或
所述底壳主要由上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料制成。
有益效果
1、本发明的一种抗菌复合材料，含有特定比例的高分子树脂、无机银抗菌剂和染色剂；且高分子树脂选自聚氨酯树脂和聚碳酸酯树脂中的至少一种。该抗菌复合材料具有优异的抗菌性、同时能保持良好的力学性能，用于制备电子产品保护壳时，能缓减电子产品表面细菌的滋生，从而能保护人体健康。
其中，无机银抗菌剂的物理化学性能稳定，在加工过程和使用过程中能保持优异的抗菌性，在较低浓度时即可达到很好的抑菌效果，且添加特定重量的无机银抗菌剂使制得的抗菌复合材料在保持良好的力学性能的同时具有优异的抗菌性。
2、本发明的保护壳主要由上述任一种抗菌复合材料或如上述任一种制备方法制得的抗菌复合材料制成。该电子产品保护壳具有优异的抗冲击性，能提高电子产品的防摔、防刮和防震能力，同时能减缓电子产品表面细菌的滋生，保护人体健康。
附图说明
图1为本发明一实施方式中抗菌复合材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式提供一种抗菌复合材料，该抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：95％～99％高分子树脂，0.6％～2％无机银抗菌剂和0.1％～3％染色剂；所述高分子树脂选自聚氨酯树脂和聚碳酸酯树脂中至少一种。
上述抗菌复合材料具有优异的抗菌性、同时能保持良好的力学性能，用于制备电子产品保护壳时，能缓减电子产品表面细菌的滋生，从而能保护人体健康。
其中，无机银抗菌剂的物理化学性能稳定，在加工过程和使用过程中能保持优异的抗菌性，在较低浓度时即可达到很好的抑菌效果，且添加特定重量的无机银抗菌剂使制得的抗菌复合材料在保持良好的力学性能的同时具有优异的抗菌性。
无机银抗菌剂作用机理有以下几个方面：
1)银离子干扰细胞壁的合成。细菌细胞壁重要组分为肽聚糖，无机银抗菌剂对细胞壁的干扰作用，主要抑制多糖链与四肽交联有连结，从而使细胞壁失去完整性，失去了对渗透压的保护作用，损害菌体而死亡。
2)银离子可损伤细胞膜，细胞膜是细菌细胞生命活动重要的组成部分。因此，如细胞膜受损伤、破坏，将导致细菌死亡。
3)银离子抑制蛋白质的合成，使蛋白质的合成过程变更、停止，从而使细菌死亡。
4)银离子干扰核酸的合成，从而阻碍遗传信息的复制，包括DNA、RNA的合成，以及DNA模板转录mRNA等。
在其中一些实施例中，上述无机银抗菌剂为银离子抗菌剂。
在其中一些实施例中，上述高分子树脂选自热塑性弹性体聚氨酯和聚碳酸酯树脂中的至少一种；和/或
上述无机银抗菌剂选自载银磷酸盐和载银二氧化硅中的至少一种。
热塑性聚氨酯弹性体聚氨酯是重要的热塑性弹性体树脂材料之一，其分子基本上是线型的，没有或很少有化学交联。线型聚氨酯分子链之间存在着许多氢键构成的物理交联，氢键赋予了聚氨酯许多优良的性能，如高模量、高强度、优良的耐磨性、耐化学品、耐水解性、耐髙低温和耐霉菌性。且由于它基本上是线型结构聚合物，可采用与热塑性塑料同样的技术和设备来加工，如注塑、挤出、吹塑、压延等，有利于大规模生产；且废弃的热塑性聚氨酯弹性体物料能够回收并重新利用。
在其中一些实施例中，聚碳酸酯树脂选自双酚A型聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、有机硅-聚碳酸酯、环己烷双酚A型聚碳酸酯中的至少一种。
聚碳酸酯树脂PC是一种线型碳酸聚酯分子，PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度高；同时还具有优异的抗蠕变性、阻燃性和抗氧化性。
在其中一些实施例中，染色剂选自色粉和色母粒中的至少一种。
色粉和色母粒是有颜色的染色物质，在加工过程中以微小的粒子状态均匀分散在高分子树脂中，使复合抗菌材料的获得良好的着色效果。色粉和色母粒一般有蓝色、橙色、绿色、黑色、黄色、红色、紫色及珠光色等多种颜色，通过调节色粉和色母粒的颜色与用量，使抗菌复合材料获得丰富多彩的颜色，从而满足实际需要。
其中，色母粒是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂经良好分散而成的塑料着色剂，其树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用，并且与被着色高分子树脂具有良好的相容性，从而能提高颜料的分散性，提高着色均匀性。
在其中一些实施例中，上述染色剂为色粉和色母粒，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：95％～98％高分子树脂，0.6％～1.5％无机银抗菌剂，0.1％～1.5％色粉和1％～2％色母粒；且高分子树脂为聚氨酯树脂。
其中，聚氨酯具有优良的柔韧性，抗冲击性能强，是优异的缓冲材料；在聚氨酯中添加特定重量的无机银抗菌剂能提高聚氨酯的抗菌性能，同时还能保持聚氨酯优异的力学性能。
优选地，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：97.4％高分子树脂，0.6％无机银抗菌剂，0.5％色粉和1.5％色母粒。
在其中一些实施例中，上述染色剂为色粉，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：97％～99％高分子树脂，0.6％～1.5％无机银抗菌剂和0.1％～1.5％色粉，且高分子树脂为聚碳酸酯树脂。
其中，聚碳酸酯具有强度高、抗拉伸性好、耐磨性好、耐高温等特点，在聚碳酸酯中添加特定重量的无机银抗菌剂能提高聚氨酯的抗菌性能，同时还能保持聚氨酯优异的抗冲击性能。
优选地，上述抗菌复合材料包括以下重量百分比的组分：98.9％高分子树脂，0.6％无机银抗菌剂和0.5％色粉。
本发明一实施方式还提供了一种抗菌复合材料的制备方法，具体步骤请参阅附图1，包括以下步骤S100～S200。
步骤S100、提供原料。
上述原料按重量百分比包括95％～99％高分子树脂，0.5％～1.5％无机银抗菌剂和0.1％～3％染色剂；且高分子树脂选自聚氨酯树脂和聚碳酸酯树脂中的至少一种。
步骤S200、将上述原料混合，注塑，得到抗菌复合材料。
在其中一些实施例中，步骤S200中，注塑包括加热熔化阶段和注塑成型阶段；进一步地，经加热阶段将原料加热至熔融状态，然后经注塑机射嘴注射至模具成型，注塑成型阶段的时间为0.5min～1min。
进一步地，上述高分子树脂为聚氨酯时，加热熔化阶段的温度为210℃～220℃；上述高分子树脂为聚碳酸酯时，加热熔化阶段的温度为280℃～320℃。
在其中一些实施例中，步骤S200中，在注塑步骤之前，还包括将原料干燥的步骤。
进一步地，上述高分子树脂为聚氨酯时，干燥的条件为：在110℃～120℃下干燥3h～6h；上述高分子树脂为聚碳酸酯时，干燥的条件为：在80℃～100℃下干燥2h～4h。
通过干燥去除原料中的水分，避免原料中水分在高温加工过程中与空气氧共同作用使高分子树脂生成键能较弱、极不稳定的过氧化结构，从而导致高分子树脂的力学性能下降。
可以理解，上述原料的干燥还可以在混合步骤之前，夜里可以在混合步骤之后；可以将原料一起干燥，也可以将原料混合后同时干燥，只要在注塑步骤之前将原料干燥即可。
在其中一些实施例中，上述混合在高混机中混合。
可以理解，上述混合过程还可以在其他混合设备中进行混合，只要能够实现将物料充分混合即可。
本发明一实施方式进一步提供了上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料在制备保护壳中的应用。
上述抗菌复合材料具有优异的抗冲击性，能提高电子产品的防摔、防刮和防震能力，同时还具有优异的抗菌性，能减缓电子产品表面细菌的滋生，保护人体健康。
本发明一实施方式还提供了一种保护壳，该电子产品保护壳主要由上述任一种抗菌复合材料或上述的制备方法制得的抗菌复合材料制成。
该电保护壳具有优异的抗冲击性，能提高电子产品的防摔、防刮和防震能力，同时能减缓电子产品表面细菌的滋生，保护人体健康。
进一步地，上述保护壳包括面盖和底壳，所述面盖主要由上述任一种以聚碳酸酯为原料的抗菌复合材料制成；和/或
上述底壳主要上述任一种以聚氨酯为原料的抗菌复合材料制成。
进一步地，上述面盖与电子产品接触的一侧贴有聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜。
聚碳酸酯的强度高、抗拉伸性好、耐磨性好，采用以聚碳酸酯为原料的抗菌复合材料制得的面盖的抗冲击性强，能提高电子产品的防摔能力；聚氨酯具有优良的柔韧性，抗冲击性能强，是优异的缓冲材料；采用以聚氨酯为原料的抗菌复合材料制得的面盖的柔韧性好，方便装配和拆卸；同时抗菌复合材料能有效减缓电子产品表面细菌的滋生，从而保护人体健康。
具体实施例
这里按照本发明的抗菌复合材料及其制备方法与应用举例，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1
1)按重量百分比计，称取98.9％聚碳酸酯树脂、0.6％无机银抗菌剂、0.5％色粉，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下90℃干燥3小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至300℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，得到抗菌复合材料面盖，再在所得面盖接触电子产品的一侧粘贴带自粘3M胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜至PC面盖内侧，即可得到抗菌面盖成品。
实施例2
1)按重量百分比计，称取97.5％聚碳酸酯树脂、1％无机银抗菌剂、1.5％色粉，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下90℃干燥3小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至300℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，得到抗菌复合材料面盖，再在所得面盖接触电子产品的一侧粘贴带自粘3M胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜至PC面盖内侧，即可得到抗菌面盖成品。
实施例3
1)按重量百分比计，称取96.5％聚碳酸酯树脂、2％无机银抗菌剂、1.5％色粉，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下90℃干燥3小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至300℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，得到抗菌复合材料面盖，再在所得面盖接触电子产品的一侧粘贴带自粘3M胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜至PC面盖内侧，即可得到抗菌面盖成品。
对比例1
1)按重量百分比计，称取99％聚碳酸酯树脂、0.5％无机银抗菌剂、0.5％色粉，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下90℃干燥3小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至300℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，得到抗菌复合材料面盖，再在所得面盖接触电子产品的一侧粘贴带自粘3M胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜至PC面盖内侧，即可得到抗菌面盖成品。
对比例2
1)按重量百分比计，称取99.5％聚碳酸酯树脂、0.5％色粉，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下90℃干燥3小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至300℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，得到抗菌复合材料面盖，再在所得面盖接触电子产品的一侧粘贴带自粘3M胶的聚对苯二甲酸乙二醇酯保护膜至PC面盖内侧，即可得到抗菌面盖成品。
实施例1～3和对比例1～2中，所用聚碳酸酯为1100PC，所用无机银抗菌剂为CA-001。
实施例4
1)按重量百分比计，称取97.4％聚氨酯树脂、0.6％无机银抗菌剂、0.5％色粉、1.5％色母粒，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下115℃干燥5小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至215℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，即得到抗菌复合材料底壳。
实施例5
1)按重量百分比计，称取95.5％聚氨酯树脂、1％无机银抗菌剂、1.5％色粉、2％色母粒，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下115℃干燥5小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至215℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，即得到抗菌复合材料底壳。
实施例6
1)按重量百分比计，称取94.5％聚氨酯树脂、2％无机银抗菌剂、1.5％色粉、2％色母粒，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下115℃干燥5小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至215℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，即得到抗菌复合材料底壳。
对比例3
1)按重量百分比计，称取98％聚氨酯树脂、0.5％无机银抗菌剂、0.5％色粉、1％色母粒，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下115℃干燥5小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至215℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，即得到抗菌复合材料底壳。
对比例4
1)按重量百分比计，称取98％聚氨酯树脂、0.5％白色粉、1.5％色母粒，将原料混合搅拌5分钟，再在烘干机下115℃干燥5小时得混料。
2)将混料投入注塑机中，将注塑机射嘴和螺杆温度调至215℃，用手机壳模具注塑50秒钟成型，冷却至常温，即得到抗菌复合材料底壳。
其中，实施例3～4和对比例3～4中，所用的聚氨酯树脂为TPUS195，所用的无机银抗菌剂为CA-001。
具体地，实施例1～6和对比例1～4中的原料组成如表1所示，以重量百分比计。
表1
对实施例1～3和对比例1～2制得的面盖、实施例4～6和对比例3～4制得的底壳进行性能测试，具体如下：
1)按照检测依据：GB/T 31402-2015测试面盖和底壳的抗菌率，测试结果如表2所示。
2)按照检测依据：GB/T 1043.1-2008测试面盖和底壳的简支梁冲击强度，结果如表2所示。
表2
其中，“N”代表不破坏，“P”代表部分破坏。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
