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抗菌型高铁内饰用阻燃PC材料
文章作者admin: 时间:2021-10-12 09:08

聚碳酸酯(PC)是综合性能优异的热塑性芳香族高分子材料,其力学性能和加工性能优异,在汽车部件、电子/电气、家庭用品以及光学媒介等方面具有广泛的应用。PC优异的力学强度、良好的透明度以及其较低的密度,使其在轨道交通行业得到了青睐,用于替代玻璃制品、玻璃钢制品在轨道交通内饰上的应用,以实现轨道交通的轻量化和节能减排。但纯PC制品的阻燃性能较差,垂直燃烧等级为UL 94 V–2,与普通的热塑性塑料相比虽有较好的阻燃性,但仍可燃,且燃烧时有热熔体滴落,容易引起附近的材料着火。

 

新冠疫情的爆发,提升了对于轨道交通等公共设施的防疫消毒要求。以高铁座椅和小桌板为例,其材质均为阻燃PC材料,在桌板表面、座椅扶手等部位,容易滋生细菌等微生物,对乘客健康造成极大的威胁,也容易造成致病菌对乘客的交叉感染。

 

由于无机抗菌剂属无机物,与PC界面相容性差,会显著影响阻燃PC的力学性能。北京航天试验技术研究所对银离子抗菌剂进行表面活化,改善其与PC的界面相容性,并从几种磺酸盐类阻燃剂中优选了阻燃剂,研究了银离子抗菌剂对阻燃PC力学性能、阻燃性能、抗菌性能的影响

表1中为选择三种不同磺酸盐阻燃剂全氟丁基磺酸钾(PPFBS)、双苯胺基磺酸盐(HES)、3-苯磺酰基苯磺酸钾(KSS)时阻燃PC的基础配方。表1中1076等均为抗氧剂等助剂。表2中为配方1#~9#的LOI和垂直燃烧等级。由表2可以看出,添加磺酸盐阻燃剂PPFBS的阻燃PC的阻燃性能最好。阻燃剂PPFBS的添加量比HES和KSS的添加量低,1#配方是9个配方中阻燃剂添加量最低的,其LOI也显著优于4#~9#配方。阻燃剂PPFBS加入0.08份可使PC LOI值达39.5%,UL94达到V–0级,满足高铁座椅小桌板的LOI要求因此,优选PPFBS作为PC的阻燃剂

 

抗菌剂的选择

选择PPFBS作为PC的阻燃剂后,选择了三种银离子抗菌剂进行了性能对比。银离子抗菌剂1#:平均粒径10 μm;银离子抗菌剂2#:平均粒径5 μm;表面活化银离子抗菌剂3#:平均粒径5 μm,通过表面偶联剂活化抗菌剂2#得到。

表4中的抗菌数据表明,抗菌剂1#和抗菌剂2#属同一类型的抗菌剂,只是平均粒径上有区别。平均粒径为5 μm的抗菌剂2#在同等添加量的情况下,抗菌性能优于抗菌剂1#,这与其粒径较小、分散性更佳有关。添加0.75份的抗菌剂2#的杀菌率>99.9%,优选其为本配方的抗菌剂。

 

抗菌剂表面活化的影响

采用偶联剂表面活化处理抗菌剂2#,从而制得抗菌剂3#。并采用表3中16#(采用抗菌剂3#)阻燃抗菌配方制得材料,其悬臂梁缺口冲击强度为55.8 kJ/m2,冲击性能显著提升。缺口冲击断面的SEM图片表明,断面上由于抗菌剂剥离导致的空穴较少,且断面粗糙度显著增加,呈现韧性断裂的特点。表面活化的抗菌剂3#,其抗菌性能与抗菌剂2#相当,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率均>99.9%。选择抗菌剂2#和抗菌剂3#的14#,16#材料扫描电镜对比图片如下。

平均粒径10 μm的抗菌剂1#对于LOI恶化最为严重。而以表面活化的抗菌剂3#制备的阻燃抗菌PC 16#配方,其LOI在下表中最高,也证明其与PC良好的界面作用,降低了抗菌剂对于阻燃PC阻燃性的负面效果。

采用透光率测试仪测试以14#配方和16#配方注塑的3 mm光板,对比二者的透光率发现,16#配色的透光率为52%,14#配方透光率为35%,也间接说明活化抗菌剂在阻燃PC基体中的良好分散效果


 

节选自孟征,孟非然,赵亚风.抗菌剂对高铁内饰用阻燃PC性能的影响[J].工程塑料应用,2021,49(9):13–17.

Meng Zheng,Meng Feiran,Zhao Yafeng. Effect of antibacterial agent on antibacterial and mechanical properties of flame retardant PC used for high-speed train interior[J]. Engineering Plastics Application,2021,49(9):13–17.

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2021.09.003

 



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