一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料及其制备方法与流程

本发明属于抗菌聚氨酯材料，尤其涉及一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯材料是一类产品形态多样的合成树脂，其原料品种丰富，配方组合多，产品形式和应用领域非常广泛，主要产品形式包括软质和硬质泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、合成革、防水材料以及铺装材料等。聚氨酯产品广泛应用于家具垫材、交通工具座椅垫材以及各种软性层压复合垫材。聚氨酯材料多是由石油化工原料合成的，具有很高的毒性。然而，随着对未来原材料来源和资源稀缺的日益担忧，基于可更新资源的单体设计正成为一种需求。

2、合成聚氨酯发泡材料主要有三种方法：一步法、半预聚物法、预聚物法，其中半预聚物法和预聚物法又称为两步法。一步法是指将聚醚或聚酯多元醇、异氰酸酯、扩链交联剂、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂等原料经过计量后一次性混合在一起，经过反应、固化后得到硬质泡沫制品的方法，由于绝大部分的一步法泡沫合成是在室温下进行反应的，因此对原料有着较多的要求，如原料在室温下需为液体、原料各组分之间要有较高的互溶性，不应出现明显的分层。半预聚物法是指首先将过量的异氰酸酯与多元醇反应制成游离-nco较高的预聚体，反应时，将预聚物与多元醇、扩链交联剂以及其他助剂混合在一起，得到泡沫制品的方法。预聚物法与半预聚物法的区别是除预聚体内的多元醇外，不再加入多元醇反应，将预聚体直接与扩链交联剂、发泡剂等助剂反应。

3、聚氨酯软质泡沫主要被应用于家具及交通工具座椅垫材，由于这些材料经常与人体大面积接触，容易沾染汗液并引起微生物滋生。同时，由于体积较大，它们难以拆卸与清洗，这会导致褪色、污渍和臭味残留，加速生物降解，最终降低机械强度，缩短产品使用寿命。更重要的是，这些问题会给人类的健康带来极大的危害。因此，对聚氨酯软质泡沫进行抗菌防霉改性具有非常重要的应用价值。

4、聚氨酯的抗菌改性常用的方法是通过在体系中添加抗菌剂并共混的技术实现的。抗菌剂种类繁多，通常分为天然抗菌剂、无机抗菌剂以及有机抗菌剂三大类，其中天然抗菌剂受原料和加工条件的制约，无机抗菌剂以及有机抗菌剂多用于实际应用中。无机抗菌剂以银系抗菌剂为主，其优点是安全性、耐热性、耐久性较好，缺点在于价格较高、易于变色、抗菌效率慢、与高分子材料相容性差等。有机抗菌剂主要包括季铵盐类、季磷盐类、胍类、酚类、吡啶类，有机抗菌剂具有杀菌速度快、抗菌范围广等优点，但也存在耐热性差、易渗出、溶出物具有毒性等问题。

5、当前关于提高聚氨酯抗菌性的方法主要是通过添加填料的形式，关于生物基多异氰酸酯单体的发展关注较少，尤其是芳香异氰酸酯，原因在于当前成熟的芳香异氰酸酯路线多涉及使用光气，而光气具有急性毒性这一特点限制了生物基多异氰酸酯单体的发展。因此，如何利用聚醚多元醇上的活性官能团引入多种抗菌剂，开发一款专用于抗菌性聚氨酯的特种聚醚多元醇对于引入多种抗菌基团扩大抗菌性聚氨酯的应用范围；如何在不使用光气的前提下制备芳香多异氰酸酯具有重要作用及意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，利用聚醚多元醇上的活性官能团引入多种抗菌剂且在不使用光气的前提下制备芳香多异氰酸酯。

2、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

3、一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，由以下重量份数的原料通过混合发泡制备而成：新型多异氰酸酯30~35份；抗菌聚醚多元醇12~16份；聚醚多元醇40~50份；催化剂1~2份；发泡剂3~5份；交联剂2~4份；表面活性剂0.5~1.5份。

4、进一步地，所述抗菌聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：向聚醚多元醇溶液中加入膦配体、抗菌剂，于-3~2℃下搅拌，得到混合液；向混合液中加入偶氮二甲酸酯，升温至常温，反应2-5h，得到反应液；反应液经纯化得到所述抗菌聚醚多元醇；所述抗菌剂为4-羟基苯丙醛、4-(3-氧代-1-烯-1-基)苯甲酸、3-甲氧基-4-巯基苯甲醛中的任意一种。

5、进一步地，所述聚醚多元醇、膦配体、抗菌剂、偶氮二甲酸酯的摩尔比为1：（1.2~1.5）：1：（1.2~1.5）。

6、进一步地，所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇中的一种，所述膦配体为三苯基磷、三丁基磷中的一种，所述偶氮二甲酸酯为偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯中的一种。

7、更进一步地，所述聚醚多元醇溶液为聚醚多元醇的四氢呋喃溶液。

8、进一步地，所述新型多异氰酸酯的制备方法包括以下步骤：

9、

10、（1）在碳酸钾、碘代盐存在的条件下，将橙皮素与溴代丙酰胺于40~50℃下反应3~4h，然后向反应液中加入强碱，于60~65℃下继续反应3~4h，得到化合物1；

11、（2）在4-二甲氨基吡啶存在的条件下，将化合物1与二碳酸二叔丁酯反应2~3h，反应结束后，反应液经纯化得到所述新型多异氰酸酯。

12、进一步地，所述橙皮素、碳酸钾、碘代盐、溴代丙酰胺、强碱的摩尔比为1：（4.5~6）：（0.3~0.5）：（3~3.2）：（6~10）；所述化合物1、4-二甲氨基吡啶、二碳酸二叔丁酯的摩尔比为1：（0.15~0.3）：（3~3.5）；所述碘代盐为碘化钾，碘化钠中的一种，所述溴代丙酰胺为2-溴代丙酰胺；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。

13、进一步地，所述催化剂为三亚乙基二胺和醋酸铅的混合物；所述发泡剂为水和二氯甲烷的混合物；所述交联剂为甘油、三羟甲基丙烷中的一种；所述表面活性剂为有机硅表面活性剂。

14、进一步地，所述三亚乙基二胺、醋酸铅的质量比为1：1，所述水、二氯甲烷的质量比为3:2。

15、本发明的目的之二在于提供一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料。

16、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

17、依据上述制备方法制备一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料。

18、本发明的目的之三在于提供一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料在自行车坐垫领域的应用。

19、本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

20、依据一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料在自行车坐垫领域的应用。

21、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

22、1.本发明采用绿色化学手段制备出含有三个异氰酸酯基团的新型多异氰酸酯，还在聚醚多元醇上接枝了三种不同的抗菌剂，然后将新型多异氰酸酯、抗菌聚醚多元醇以及常规聚醚多元醇发生缩聚，制备了具有抗菌性能的聚氨酯发泡材料，为制备抗菌聚氨酯提供了新的合成思路。

23、2.本发明制备过程中减少了有毒原料的使用、降低污染物排放，符合绿色化学的要求。此外，本发明制备的聚氨酯发泡材料在具有高抑菌率的同时，力学也性能没有受到明显影响。

技术特征：

1.一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，由以下重量份数的原料通过混合发泡制备而成：新型多异氰酸酯30~35份；抗菌聚醚多元醇12~16份；聚醚多元醇40~50份；催化剂1~2份；发泡剂3~5份；交联剂2~4份；表面活性剂0.5~1.5份。

2.根据权利要求1所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述抗菌聚醚多元醇的制备方法包括以下步骤：向聚醚多元醇溶液中加入膦配体、抗菌剂，于-3~2℃下搅拌，得到混合液；向混合液中加入偶氮二甲酸酯，升温至常温，反应2~5h，得到反应液；反应液经纯化得到所述抗菌聚醚多元醇；所述抗菌剂为4-羟基苯丙醛、4-(3-氧代-1-烯-1-基)苯甲酸、3-甲氧基-4-巯基苯甲醛中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇、膦配体、抗菌剂、偶氮二甲酸酯的摩尔比为1：（1.2~1.5）：1：（1.2~1.5）。

4.根据权利要求3所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇中的一种，所述膦配体为三苯基磷、三丁基磷中的一种，所述偶氮二甲酸酯为偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯中的一种。

5.根据权利要求1所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述新型多异氰酸酯的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述橙皮素、碳酸钾、碘代盐、溴代丙酰胺、强碱的摩尔比为1：（4.5~6）：（0.3~0.5）：（3~3.2）：（6~10）；所述化合物1、4-二甲氨基吡啶、二碳酸二叔丁酯的摩尔比为1：（0.15~0.3）：（3~3.5）；所述碘代盐为碘化钾，碘化钠中的一种，所述溴代丙酰胺为2-溴代丙酰胺；所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。

7.根据权利要求1所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为三亚乙基二胺和醋酸铅的混合物；所述发泡剂为水和二氯甲烷的混合物；所述交联剂为甘油、三羟甲基丙烷中的一种；所述表面活性剂为有机硅表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于，所述三亚乙基二胺、醋酸铅的质量比为1：1，所述水、二氯甲烷的质量比为3:2。

9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法制备的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料。

10.根据权利要求9所述的自行车坐垫用聚氨酯发泡材料在自行车坐垫领域的应用。

技术总结本发明属于抗菌聚氨酯材料技术领域，尤其涉及一种自行车坐垫用聚氨酯发泡材料及其制备方法。上述自行车坐垫用聚氨酯发泡材料由以下重量份数的物质通过混合，发泡制备而成：新型多异氰酸酯30~35份；抗菌聚醚多元醇12~16份；聚醚多元醇40~50份；催化剂1~2份；发泡剂3~5份；交联剂2~4份；表面活性剂0.5~1.5份；本发明采用绿色化学手段制备出含有三个异氰酸酯基团的新型多异氰酸酯，减少了有毒原料的使用、降低污染物排放；还在聚醚多元醇上接枝了三种不同的抗菌剂，然后将新型多异氰酸酯、抗菌聚醚多元醇以及常规聚醚多元醇发生缩聚，制备了具有抗菌性能的聚氨酯发泡材料，为制备抗菌聚氨酯提供了新的合成思路。技术研发人员：唐仁丰,赵士文,罗贤华,杨书鹏受保护的技术使用者：天津市全福车业有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6