一种用于空气净化的聚氨酯纳米纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于空气净化的聚氨酯纳米纤维材料及其制备方法，属于防护用品领域。该聚氨酯纳米纤维材料是以聚氨酯为原料成型得到的；所述聚氨酯中，PIU的含量为10％

【技术实现步骤摘要】
一种用于空气净化的聚氨酯纳米纤维材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于防护用品领域，具体涉及一种用于空气净化的聚氨酯纳米纤维材料及其制备方法。

技术介绍

[0002][0003]由纤维材料制成的空气过滤器是防止个人接触空气污染物的最常见设备。其中，通过静电纺丝工艺制备而成的纳米纤维膜具有高比表面积、轻质、高孔隙率等特点，在空气过滤领域得到了广泛的研究和应用。聚氨酯由于其优良的生物相容性、加工性能和良好的可纺性，已被用作生产口罩、防护服中空气过滤膜的基体材料。但是，有研究显示，长期使用口罩或防护服后，细菌等病原体会在过滤层表面积累。为了防止附着在口罩或防护服上的细菌对人体和环境造成危害，具有抗菌功能的空气过滤膜的制备受到越来越多的关注。
[0004]目前制备具有抗菌功能的空气过滤膜最常用的方法是在纺丝过程中加入抗菌剂，如银离子、季铵盐等。邵伟力等(上海纺织科技，2019年11月，第47卷，第11期)公开了一种具有抗菌功能的聚氨酯纳米纤维膜，该方法利用静电纺丝技术，在纺丝液中添加纳米银粒子，控制纺丝液中聚氨酯的质量分数为14％，氯化锂的质量分数为0.3％，纳米银粒子质量分数为0.1％，得到的纤维膜具有较强的抗菌性，对气溶胶颗粒具有较高的过滤效率(过滤效果为86.32％)。但是，(1)这种方法采用的抗菌剂为昂贵的纳米银粒子，增加了生产成本；(2)银是重金属，这种聚氨酯纳米纤维膜在作为口罩使用的过程中，存在纳米银粒子被人体吸入的风险，可能危害人体；(3)这种聚氨酯纳米纤维膜虽然能够在一定程度上过滤气溶胶颗粒，但是过滤效率还有待进一步提高；(4)抗菌剂纳米银粒子的加入会破坏静电纺丝膜的结构，从而降低聚氨酯纳米纤维膜的力学性能；(5)这种聚氨酯纳米纤维膜难以循环使用。
[0005]综上，开发出一种生产成本低，同时具有优异的抗菌作用、空气污染物过滤效果和力学性能，并且能够循环使用的抗菌纳米纤维材料具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种同时具有优异的抗菌作用、空气污染物过滤效果和力学性能，并且能够循环使用的抗菌纳米纤维材料及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术提供了一种聚氨酯纳米纤维材料，它是以聚氨酯为原料成型得到的；所述聚氨酯中，PIU的含量为10％
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30wt.％：
[0008]PIU结构如下所示：
[0009][0010]PIU中，n为15
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20，m为2
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4，k为2
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4。
[0011]进一步地，PIU中，n为18，m为3，k为3。
[0012]进一步地，所述聚氨酯由PIU和PU组成，PU结构如下所示：
[0013][0014]PU中，x为15
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20，y为2
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4，z为15
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20。
[0015]进一步地，PU中，x为18，y为3，z为17。
[0016]进一步地，所述聚氨酯中，PIU的含量为25wt.％；
[0017]和/或，所述PIU的制备方法包括以下步骤：将聚己内酯和亚甲基二苯基二异氰酸酯预聚合，然后加入咪唑烷基脲继续反应，反应结束后固化，得到 PIU；
[0018]和/或，所述PU的制备方法包括以下步骤：将聚己内酯和亚甲基二苯基二异氰酸酯预聚合，然后加入1,4
‑
丁二醇继续反应，反应结束后固化，得到 PU。
[0019]进一步地，所述PIU的制备方法中，聚己内酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、咪唑烷基脲的质量比为100：(30
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50)：(30
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50)，优选为100：(40
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41)： (40
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41)；预聚合的温度为75
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95℃，优选为85℃，时间为1
‑
3小时，优选为 2小时；继续反应的时间为1
‑
3小时，优选为2小时；固化的温度为70
‑
90℃，优选为80℃，时间为18
‑
30小时，优选为24小时；
[0020]和/或，所述PU的制备方法中，聚己内酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、 1,4
‑
丁二醇的质量比为100：(30
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50)：(5
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15)，优选为100：(40
‑
41)：(9
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10)；预聚合的温度为75
‑
95℃，优选为85℃，时间为1
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3小时，优选为2小时；继续反应的时间为1
‑
3小时，优选为2小时；固化的温度为70
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90℃，优选为80℃，时间为18
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30小时，优选为24小时。
[0021]进一步地，所述纳米纤维材料为纳米纤维膜或无纺布。
[0022]本专利技术还提供了一种制备上述聚氨酯纳米纤维材料的方法，所述方法包括以下步骤：将聚氨酯溶于有机溶剂得到纺丝液，经静电纺丝工艺得到聚氨酯纳米纤维膜。
[0023]进一步地，所述有机溶剂选自N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的一种或两种以上；
[0024]所述纺丝液的固含量为10％
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30％，优选为20％。
[0025]本专利技术还提供了一种具有抗菌作用的聚氨酯纳米纤维材料，它是将上述的聚氨酯纳米纤维材料经卤化试剂卤化后得到的。
[0026]进一步地，所述卤化试剂为次氯酸盐水溶液，优选为次氯酸钠水溶液；
[0027]所述卤化的时间为8
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16小时，优选为12小时。
[0028]本专利技术还提供了上述的聚氨酯纳米纤维材料、上述具有抗菌作用的聚氨酯纳米纤维材料在制备空气过滤材料或防护设备中的用途；所述防护设备优选为口罩与防护服。
[0029]本专利技术以咪唑烷基脲(IU)为嵌段成分合成了一种新的聚氨酯PIU，并且进一步以PIU和PU为原料，经静电纺丝工艺得到了一种纳米纤维膜(命名为PU/PIU)。PU/PIU纳米纤维膜进一步卤化后得到了一种具有抗菌作用的聚氨酯纳米纤维膜(命名为PU/PIU
‑
Cl)。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的聚氨酯纳米纤维膜具有以下优势：
[0031]1.本专利技术的聚氨酯纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的杀灭效果，并且抗菌性能优于PU
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Cl纳米纤维膜；
[0032]2.本专利技术的聚氨酯纳米纤维膜对空气污染物具有优良的截留效果，过滤效率高达99.92％，明显高于现有技术(上海纺织科技，2019年11月，第47 卷，第11期)公开的聚氨酯纳米纤维膜的过滤效率；
[0033]3.本专利技术的聚氨酯纳米纤维膜保持了优异的力学性能，与PU
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Cl纳米纤维膜相比，PU/PIU
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯纳米纤维材料，其特征在于：它是以聚氨酯为原料成型得到的；所述聚氨酯中，PIU的含量为10％
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30wt.％：PIU结构如下所示：PIU中，n为15
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20，m为2
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4，k为2
‑
4。2.根据权利要求1所述的聚氨酯纳米纤维材料，其特征在于：所述聚氨酯由PIU和PU组成，PU结构如下所示：PU中，x为15
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20，y为2
‑
4，z为15
‑
20。3.根据权利要求2所述的聚氨酯纳米纤维材料，其特征在于：所述聚氨酯中，PIU的含量为25wt.％；和/或，所述PIU的制备方法包括以下步骤：将聚己内酯和亚甲基二苯基二异氰酸酯预聚合，然后加入咪唑烷基脲继续反应，反应结束后固化，得到PIU；和/或，所述PU的制备方法包括以下步骤：将聚己内酯和亚甲基二苯基二异氰酸酯预聚合，然后加入1,4
‑
丁二醇继续反应，反应结束后固化，得到PU。4.根据权利要求3所述的聚氨酯纳米纤维材料，其特征在于：所述PIU的制备方法中，聚己内酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、咪唑烷基脲的质量比为100：(30
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50)：(30
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50)，优选为100：(40
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41)：(40
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41)；预聚合的温度为75
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95℃，优选为85℃，时间为1
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3小时，优选为2小时；继续反应的时间为1
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3小时，优选为2小时；固化的温度为70
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90℃，优选为80℃，时间为18
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30小时，优选为24小时；和/或，所述PU的制备方法中，聚己内酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、1,4
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丁二醇的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭淋，谭鹏飞，蒋元章，施亦东，王素兰，张勇，杨峰，
申请(专利权)人：成都飞凡微盾生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：