一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法，所述生物基聚氨酯弹性体至少包括以下原料：生物基聚碳酸酯二元醇、二异氰酸酯、绿色催化剂、小分子胺类扩链剂、含叔胺结构的小分子扩链剂以及双端卤素烷烃。其中，通过添加小分子胺类扩链剂、含叔胺结构的小分子扩链和双端卤素烷烃，能够实现高效广谱抗菌，赋予材料高强高韧特性。通过本发明专利技术提供的一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法，获得的生物基聚氨酯弹性体成型后拉伸强度可达到64.4MPa，并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有高效抗菌作用，抗菌率可达到99.9％，材料绿色环保，在医用和食品包装等领域有着广阔的应用前景。装等领域有着广阔的应用前景。装等领域有着广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料技术与科学领域，特别涉及一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯弹性体(Thermoplastic Urethane，TPU)具有可设计强、力学性能优和加工性能好等特点，在汽车、医疗、电子、服装和鞋材等行业应用广泛。然而，大部分用于合成TPU的单体都来源于石油资源，利用生物基资源合成制备TPU对解决能源及生态环境问题起到积极作用。
[0003]随着公众健康意识的增强，对材料的抗菌性能要求也逐步提高。因此，具有高强高韧、可再加工，且具有优异抗菌性能的生物基聚氨酯弹性体设计与制备技术，其应用前景广阔。目前，研究较多的抗菌原料是无机、有机和天然抗菌原料。天然抗菌原料，如壳聚糖，具有较高的阳离子电荷密度，能很大程度结合带负电荷的细胞壁起到抗菌作用，但因其大分子交联结构的存在，溶解性较差，难以通过合成的方法引入聚氨酯中，得到具有抗菌功能的聚氨酯。无机抗菌材料研究较多的是纳米金属离子(银、铜、锌等)和无机金属氧化物(氧化锌、二氧化钛等)，其存在抗菌持久性较差，在体系中容易发生团聚的现象，并且会使聚氨酯的物性发生改变，降低其力学等性能。例如在中国专利CN202210226640.9中公开了一种具有远红外保暖功能的抗菌聚氨酯弹性体及制备方法，该聚氨酯弹性体中无机抗菌剂为CuO，在制备过程中，极易产生团聚现象，不易均匀分散，从而影响弹性体的性能与使用寿命，且铜离子由于颜色过深导致其应用范围受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法，获得的生物基聚氨酯弹性体具有高强高韧特性，并且能够实现高效广谱抗菌。同时，对环境友好，具有很好的可回收利用及可再加工性，有效改善能源及生态环境问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供的一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体，其特征在于，所述生物基聚氨酯弹性体至少包括以下原料：
[0006][0007]在专利技术的一些实施方式中，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合。所述绿色催化剂为1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯、N
‑
甲基咪唑、N，N
‑
二甲基环己胺、醋酸铋或异辛酸铋中的任一种。所述小分子胺类扩链剂包含异佛尔酮二胺、二氯二苯基甲烷二胺或3,5
‑
二乙基甲苯二胺中的一种或几种混合。
[0008]在专利技术的一些实施方式中，所述含叔胺结构的小分子扩链剂包括N
‑
甲基二乙醇胺、N
‑
乙基二乙醇胺、N
‑
丙基二乙醇胺或N
‑
丁基二乙醇胺的中的一种或几种混合，且所述含叔胺结构的小分子扩链剂的结构式为，其中，n为1～4的整数。所述双端卤素烷烃包括1,6
‑
二碘己烷和1,6
‑
二溴己烷中的一种或两种混合，且所述双端卤素烷烃的用量为所述含叔胺结构的小分子扩链剂的用量的50％。
[0009]本专利技术还提供一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将生物基聚碳酸酯二元醇在110℃～130℃、
‑
0.1MPa条件下干燥1～2h，冷却至室温后密封保存，得到除水生物基聚碳酸酯二元醇；
[0011]在所述除水生物基聚碳酸酯二元醇中加入二异氰酸酯和绿色催化剂，在90℃～95℃下搅拌反应2h～3h，混合均匀，获得预聚物；
[0012]将所述预聚物降温至70℃～75℃，加入小分子胺类扩链剂和含叔胺结构的小分子扩链剂，进行扩链反应2～3h，获得中间体；
[0013]在所述中间体中加入双端卤素烷烃，进行季铵化反应2h，控制搅拌和反应速率，获得均质混合液；
[0014]将所述均质混合液烘箱干燥，获得具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体。
[0015]在专利技术的一些实施方式中，所述生物基聚氨酯弹性体包括双重抗菌功能结构，所述双重抗菌功能结构至少包括季铵盐阳离子和双端卤代烷烃，其中，季铵盐阳离子是通过所述含叔胺结构的小分子扩链剂和所述双端卤素烷烃发生季铵化反应获得。
[0016]在专利技术的一些实施方式中，所述生物基聚氨酯弹性体包括可实现高强高韧特性的功能结构，所述功能结构至少包括脲键与所述季铵盐阳离子形成的交联结构。
[0017]在专利技术的一些实施方式中，所述生物基聚碳酸酯二元醇通过生物基小分子二元醇和生物基三亚甲基碳酸酯，在所述绿色催化剂存在下进行开环反应，并减压抽出小分子物质后获得，所述生物基聚碳酸酯二元醇的数均分子量为1000～3000，羟值为20mgKOH/g～
450mgKOH/g；
[0018]其中，所述生物基小分子二元醇选自生物基乙二醇、生物基1,4
‑
丁二醇或生物基1,5
‑
戊二醇中的任意一种。
[0019]综上所述，本专利技术提供一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体及其制备方法，以生物基聚碳酸酯二元醇和二异氰酸酯为原料，添加小分子胺类扩链剂、含叔胺结构的小分子扩链剂以及双端卤素烷烃，得到具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体。结合季铵盐阳离子与双端卤代烷烃两种抗菌因素，实现了高效广谱抗菌。且分子链结构中的多重氢键网络结构，使分子间作用力增强，赋予材料高强高韧特性。同时，以双端卤素烷烃为交联剂实现了生物基聚氨酯弹性体的动态交联，使生物基聚氨酯弹性体具有可回收利用及可再加工性，且生物基原料绿色环保，材料绿色环保，在医用和食品包装等领域有着广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为一实施例中具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0021]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0022]应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。如没有特别说明，以下实施例所示的“％”和“份”分别是指“质量％”和“质量份”。
[0023]在有机抗菌原料中，胍、季铵盐、吡啶和N
‑
卤胺等基团，具有良好的抗菌作用，可通过化学反应将其引入到聚氨酯分子链上得到抗菌性聚氨酯。此外，卤代烷烃具有广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体，其特征在于，至少包括以下原料：2.根据权利要求1所述的具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体，其特征在于，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合；所述绿色催化剂为1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯、N
‑
甲基咪唑、N，N
‑
二甲基环己胺、醋酸铋或异辛酸铋中的任一种；所述小分子胺类扩链剂包含异佛尔酮二胺、二氯二苯基甲烷二胺或3,5
‑
二乙基甲苯二胺中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体，其特征在于，所述含叔胺结构的小分子扩链剂包括N
‑
甲基二乙醇胺、N
‑
乙基二乙醇胺、N
‑
丙基二乙醇胺或N
‑
丁基二乙醇胺的中的一种或几种混合，且所述含叔胺结构的小分子扩链剂的结构式为其中，n为1～4的整数；所述双端卤素烷烃包括1,6
‑
二碘己烷和1,6
‑
二溴己烷中的一种或两种混合，且所述双端卤素烷烃的用量为所述含叔胺结构的小分子扩链剂的用量的50％。4.一种具有双重抗菌作用的高强高韧可再加工生物基聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将生物基聚碳酸酯二元醇在110℃～130℃、
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0.1MPa条件下干燥1～2h，冷却至室温后密...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁运生，刘枝秀，王俊杰，董晓宇，杜晶华，周王琴，刘超，孙晓红，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：