一种抗菌防污聚氨酯材料及其制备方法和应用

本发明涉及聚氨酯材料，尤其涉及一种抗菌防污聚氨酯材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水性聚氨酯(wpu)以聚氨酯(pu)为基础，通过高速剪切将亲水链段分散于水中，以水代替有机溶剂为主要分散介质。水性聚氨酯的溶剂是水，挥发出来也没有什么污染性，油性聚氨酯溶剂挥发会对大气有污染，有污染性。基于其环保特性和优异性能，wpu被开发出特定功能来克服使用缺陷，如抗菌、抗电磁干扰、形状记忆、阻燃等。

2、现有技术中通过对水性聚氨酯的改性以具备特定的功能，如(1)聚丙烯酸改性：未改性的水性聚氨酯虽然具有良好的拉伸与撕裂性能，但是也会导致一系列的问题，比如应用在水性环境下，纯水性聚氨酯容易溶胀，将聚丙烯酸酯改性到水性聚氨酯中，使水性聚氨酯材料获得耐水性能；(2)有机硅改性：有机硅化合物一般指的是聚硅氧烷，其分子链中大量有si-o键，si-o键的键能强于c-c键的键能，有机硅化合物具有优秀的耐热性，水性聚氨酯材料运用于涂料时需要具有耐热性，因此，对水性聚氨酯链段进行聚硅氧烷修饰，可以改善wpu的抗高温性能；(3)有机氟改性：含氟树脂是指在主、侧链基团上都具有氟基团的合成聚合物。将含氟树脂改性到聚氨酯中，使其具有强大的耐化学介质性能，能够抵御许多有害化学物质的侵蚀和破坏；能够在较高的使用温度下维持良好的性能；(4)环氧树脂改性：环氧树脂的分子结构存在着活性极强的环氧基，可以与不同种类的固化试剂进行化学交联制得三维网络结构的聚合物。因为有了这样的交联特性，环氧树脂具有高强度和耐化学性，将环氧树脂与水性聚氨酯交联，以提高水性聚氨酯乳液的综合性能，例如增加其耐温性、耐化学性等。

3、近年来，随着社会发展，具有抗菌性能的材料的需求越来越大，现有技术中的水性聚氨酯材料存在抗菌性能差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗菌防污聚氨酯材料及其制备方法和应用。本发明制得的聚氨酯材料具有优异的抗菌防污性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种抗菌防污聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将硅烷偶联剂、三乙胺、水、纳米zno和醇类溶剂混合进行改性反应，得到改性纳米氧化锌；

5、将所述改性纳米氧化锌、异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇和聚碳酸酯二醇混合进行预聚反应，得到预聚产物；

6、将所述预聚产物、2,2-双(羟甲基)丙酸、n-甲基吡咯烷酮和丙酮混合进行扩链反应，得到扩链产物；

7、将所述扩链产物与三乙胺混合进行中和成盐反应，得到中和成盐产物；

8、将所述中和成盐产物乳化，得到水性聚氨酯乳液；

9、将所述水性聚氨酯乳液与羧甲基壳聚糖混合后进行成膜，得到所述抗菌防污聚氨酯材料。

10、优选地，所述改性纳米氧化锌的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的0.5～2.5％。

11、优选地，所述改性纳米氧化锌的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的1～1.5％。

12、优选地，所述羧甲基壳聚糖的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的0.5～1％。

13、优选地，所述异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量比为8.002：9：3：2.414。

14、优选地，所述中和成盐反应时使用的三乙胺与2,2-双(羟甲基)丙酸的摩尔比为1：1。

15、优选地，所述预聚反应的温度为80±2℃，时间为2～5h。

16、优选地，所述扩链反应的时间为2～5h。

17、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的抗菌防污聚氨酯材料。

18、本发明还提供了上述技术方案所述的抗菌防污聚氨酯材料在抗菌防污领域中的应用。

19、本发明提供了一种抗菌防污聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：将硅烷偶联剂、三乙胺、水、纳米zno和醇类溶剂混合进行改性反应，得到改性纳米氧化锌；将所述改性纳米氧化锌、异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇和聚碳酸酯二醇混合进行预聚反应，得到预聚产物；将所述预聚产物、2,2-双(羟甲基)丙酸、n-甲基吡咯烷酮和丙酮混合进行扩链反应，得到扩链产物；将所述扩链产物与三乙胺混合进行中和成盐反应，得到中和成盐产物；将所述中和成盐产物乳化，得到水性聚氨酯乳液；将所述水性聚氨酯乳液与羧甲基壳聚糖混合后进行成膜，得到所述抗菌防污聚氨酯材料。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、本发明制得的抗菌防污聚氨酯材料以异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、聚四氢呋喃二醇(ptmg)、聚碳酸酯二醇(pcdl)为原料，扩链剂为2,2-双(羟甲基)丙酸(dmpa)，填料为硅烷偶联剂改性的纳米氧化锌与羧甲基壳聚糖，中和剂为三乙胺，通过预聚体法制备不同的抗菌聚氨酯材料，纳米氧化锌是一种无机抗菌材料，纳米zno本身颜色为白色，即使在没有光照的条件下也能保持良好的抗菌活性，对革兰氏阳性和阴性菌等多种细菌都有显著的抑制作用，改性纳米氧化锌不易团聚，羧甲基壳聚糖(cmcs)是一种有机抗菌材料，溶于水，它可以添加到水性聚氨酯中起到抗菌防污作用；本发明将改性纳米氧化锌和羧甲基壳聚糖加入到水性聚氨酯中，制得的抗菌防污聚氨酯材料具有抗菌防污功能。

22、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的抗菌防污聚氨酯材料，实施例结果表明，通过傅里叶变换红外光谱和水接触角实验，表明成功制备了抗菌聚氨酯；通过力学性能测试，表明添加2wt％纳米氧化锌的抗菌聚氨酯的力学性能最好；通过抗菌实验，表明改性后的聚氨酯具有优异的抗菌性能；加入羧甲基壳聚糖后，聚氨酯材料的抗蛋白黏附和抗细菌黏附性能显著提高。

技术特征：

1.一种抗菌防污聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性纳米氧化锌的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的0.5～2.5％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述改性纳米氧化锌的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的1～1.5％。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖的质量为异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量总和的0.5～1％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸的质量比为8.002：9：3：2.414。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中和成盐反应时使用的三乙胺与2,2-双(羟甲基)丙酸的摩尔比为1：1。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预聚反应的温度为80±2℃，时间为2～5h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述扩链反应的时间为2～5h。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的抗菌防污聚氨酯材料。

10.权利要求9所述的抗菌防污聚氨酯材料在抗菌防污领域中的应用。

技术总结本发明提供了一种抗菌防污聚氨酯材料及其制备方法和应用，属于聚氨酯材料技术领域。本发明将硅烷偶联剂、三乙胺、水、纳米氧化锌和醇类溶剂混合进行改性反应，得到改性纳米氧化锌后，与异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃二醇和聚碳酸酯二醇混合进行预聚反应，得到预聚产物后，与2,2‑双(羟甲基)丙酸、N‑甲基吡咯烷酮和丙酮混合进行扩链反应，得到扩链产物；将扩链产物与三乙胺混合进行中和成盐反应，得到中和成盐产物后乳化，得到水性聚氨酯乳液；将水性聚氨酯乳液与羧甲基壳聚糖混合后进行成膜，得到所述抗菌防污聚氨酯材料。本发明将改性纳米氧化锌和羧甲基壳聚糖加入到水性聚氨酯中，制得的抗菌防污聚氨酯材料具有抗菌防污功能。技术研发人员：刘艳军,郝瑞飞,赖天祥,邓世豪,王子坚,王定山,金紫瑶受保护的技术使用者：太原工业学院技术研发日：技术公布日：2024/6/18