CN102190882A

CN102190882A - 无机纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102190882A
Application number: CN 201010121372
Authority: CN
Inventors: 黄开勋; 彭红; 张勇
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明提供了一种无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料及其制备方法，并提供了其在制备口罩中的应用。本发明用于改性海绵的无机纳米粒是：磁性四氧化三铁纳米粒、磁性三氧化二铁纳米粒、二氧化钛纳米粒、氧化锌纳米粒、介孔二氧化硅、碳纳米管、碳纤维。无机纳米粒具有粒径小，比表面积大，表面带电荷，吸附性能强等优点，且一些纳米粒还具有强紫外线吸收，光催化活性、抗菌和抗病毒作用。本发明提供的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料具有高效滤除亚微米级粉尘、病毒、细菌的能力，此外还有吸附有毒有害气体的功能，吸气阻力小，制备方法简单，可以水洗重复利用，且成本低，具备广阔的应用前景。

Description

无机纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料及其制备方法和应用

技术领域：

本发明属于劳动保护用品技术领域，具体涉及卫生保健技术领域中的口罩材料。

背景技术：

空气中的粉尘直径越小，进入呼吸道的部位越深，直径小于2微米的粉尘可100％直接进入毛细支气管和肺泡，因此直径小的粉尘特别是纳米至亚微米级的粉尘对人体的健康危害更大。此外室内空气中的其他污染物如香烟烟雾、各种装修材料释放出的甲醛，有机挥发物，霉菌，孢子、细菌、病毒、纤维等也会对人体健康产生不利影响。在没有安装空气过滤器的建筑物内和粉尘较多的工矿企业，可以通过使用口罩避免空气污染。

已经申请相关专利的口罩材料种类很多，但是它们的功能比较单一，往往只能针对某一类污染物进行防护，而对于亚微米级粉尘、直径很小的病毒(如SARS病毒只有0.1-0.3微米)进行防护的口罩材料，能够同时对多种类污染物进行高效防护，且制备方法简单的口罩材料尚未见报导。

发明内容：

本发明的任务是提供一种无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料，并提供该口罩材料的制备方法，同时还提供了该无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料在制备口罩中的应用。

实现本发明的技术方案是：

本发明提供的这种口罩材料是无机纳米粒改性的聚氨酯海绵，所述的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵的制备方法是：在室温下将聚醚多元醇、水、硅油、辛酸亚锡和胺触媒混合均匀后，添加无机纳米粒，高速机械搅拌使其分散均匀，再加入甲苯二异氰酸酯，高速分散后倒入(成型)模具中，0-40℃条件发泡制得无机纳米粒改性的聚氨酯海绵，各组分的用量比为：聚醚多元醇100重量份、水0.3～20重量份、硅油0.01～20重量份、辛酸亚锡0.03～10重量份、胺触媒0.01～10重量份，无机纳米粒0.01～30重量份，甲苯二异氰酸酯10～90重量份。其中各物质的重量是以聚醚多元醇的重量为100而确定的，例如聚醚多元醇为100克，水可选用0.3～20克。所述的无机纳米粒是磁性四氧化三铁纳米粒、磁性三氧化二铁纳米粒、具有光催化性能及抗菌、抗紫外线的二氧化钛纳米粒、氧化锌纳米粒、具有高吸附性能、孔隙多且孔径大小可以调节的介孔二氧化硅、碳纳米管、碳纤维中的一种或两种或两种以上，无机纳米粒的粒径范围为1-1000纳米。

本发明提供的这种无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料的制备方法是：在室温下将聚醚多元醇、水、硅油、辛酸亚锡和胺触媒混合均匀后，添加无机纳米粒，高速机械搅拌使其分散均匀，再加入甲苯二异氰酸酯，高速分散后倒入成型模具中，0-40℃条件发泡即制得无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料，各组分的用量比为：聚醚多元醇100重量份、水0.3～20重量份、硅油0.01～20重量份、辛酸亚锡0.03～10重量份、胺触媒0.01～10重量份，无机纳米材料0.01～30重量份，甲苯二异氰酸酯10～90重量份。(其中各物质的质量是以聚醚多元醇的质量为100而确定的，例如聚醚多元醇为100克，水可选用0.3～20克)，所述的无机纳米粒是磁性四氧化三铁纳米粒、三氧化二铁纳米粒、二氧化钛纳米粒、氧化锌纳米粒、二氧化硅纳米粒、碳纳米管、碳纤维纳米粒中的一种或两种或两种以上，无机纳米粒的粒径范围为1-1000纳米。

本发明提供的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料可用于制备口罩，制备方法可以是：将无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料制备或裁剪成口罩规格大小加上系带即制成口罩。也可以由至少一层无机纳米粒改性的聚氨酯海绵和至少一层无纺布按口罩规格大小重叠缝合在一起并缝上系带而成。

聚氨酯海绵具有规整的三维网络结构，孔隙多，比表面积大，吸附过滤性能好，是优良的口罩材料。在发泡成型前通过原位聚合法将无机纳米粒分散在制备聚氨酯海绵的原料中，不仅可以使无机纳米粒分散均匀，而且还可以使纳米粒与聚氨酯高分子链化学键合，纳米粒牢固地与海绵结合，不易脱落，且制备工艺简单，降低成本。

无机纳米粒具有粒径小，比表面积大，表面带电荷，吸附性能强等优点，因此纳米粒改性后的聚氨酯海绵口罩对微细粉尘的吸附能力比未改性海绵要大大提高。本发明实施例中的实验结果表明，纳米TiO₂改性的聚氨酯海绵对纳米粉尘的吸附量是普通海绵的两倍以上。

磁性纳米粒有很高的磁性，可以吸附具有磁性的金属粉尘；当聚氨酯海绵中加入磁性纳米粒如四氧化三铁时，本发明所述口罩材料有过滤除去矿山企业中危害较大的金属粉尘的作用，发明实施例中的实验结果表明，纳米四氧化三铁改性的聚氨酯海绵对磁性纳米粉尘的吸附量是普通海绵的两点五倍以上。

纳米二氧化钛、氧化锌粒具有强的紫外线吸收功能和抗菌、抗病毒能力[参见：1.魏大巧，唐颖蕾，刘丽等，新型无机抗菌材料的研究进展。材料导报，2008，22：11-14；2.喻菡、龚睿、龚镇奎，二氧化钛无机抗菌材料抗病毒效果的检测方法研究，公共卫生与预防医学，2007，18：20-22]，二氧化钛、氧化锌还有吸附降解有毒有害有机气体分子的能力[参见：刘建平，赵晓声，二氧化钛光催化技术净化有害气体的研究进展，工程设计与研究(长沙)，2006，29-33]。因此，当聚氨酯海绵中加入二氧化钛或氧化锌时，本发明所述口罩材料不仅具有抗菌、抗病毒能力，还有吸附降解有毒有害气体的作用。

介孔二氧化硅、碳纳米管、碳纤维的比表面积比普通活性碳更大，对有毒有害气体的吸附能力进一步增强。因此用这些纳米粒对海绵进行改性所制成的口罩材料对有毒有害气体的吸附作用进一步增大。

由熔喷法制备的聚丙烯非织造布，即无纺布，具有纤维细(2-5微米)、孔隙多、结构蓬松，抗折皱能力强，对亚微米级粉尘的捕集效率高，而吸气阻力低，容尘量大，是良好的口罩材料，[参见：魏从刚，防尘口罩的选择，个体防护装备，2009，53]，当它与本发明提供的无机纳米粒改性的海绵口罩材料复合后，相当于“强强联合”，可进一步提高口罩对亚微米级粉尘的捕集效率，提高口罩的容尘量，当海绵中加入二氧化钛纳米粒或碳纳米管时，还有吸附有毒有害气体，抗菌、抗病毒能力，当海绵中加入磁性纳米粒如四氧化三铁时，则有过滤除去矿山企业中危害较大的金属粉尘的作用。

本发明提供的口罩材料具有高效滤除亚微米级粉尘、病毒、细菌的能力，此外还有吸附有毒有害气体的功能，吸气阻力小，制备方法简单，可以水洗重复利用，且成本低，具备广阔的应用前景。

附图说明

图1：聚氨酯海绵改性前后对纳米粉尘吸附量的影响。

图2：聚氨酯海绵改性前后对磁性纳米粉尘吸附量的影响。

具体实施方式

实施例1：

二氧化钛纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料的制备：取分子量3050的聚醚多元醇100重量份，硅油1重量份、辛酸亚锡0.4重量份、三乙烯二胺0.2重量份和水4.6重量份后，混合在一起搅拌均匀，加入2重量份纳米二氧化钛，高速机械搅拌并超声分散，脱气后加入2，4-甲苯二异氰酸酯45重量份，机械搅拌器高速搅拌6～8s，迅速倒入发泡模具中，28℃恒温环境中发泡，熟化24h后脱模，即得纳米粒改性聚氨酯海绵材料。采用饱和吸附法测定该海绵材料吸附纳米粉尘的量，是未改性聚氨酯海绵材料吸附纳米粉尘量的2.1倍(见图1)。

实施例2：

磁性四氧化三铁纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料的制备：取分子量3050的聚醚多元醇100重量份，硅油1重量份、辛酸亚锡0.5重量份、三乙烯二胺0.25重量份和水5重量份后，混合在一起搅拌均匀，并加入2重量份磁性四氧化三铁纳米粒，高速机械搅拌并超声分散，脱气后加入2，4-甲苯二异氰酸酯45重量份，机械搅拌器高速搅拌6～8s，迅速倒入发泡模具中，28℃恒温环境中发泡，熟化24h后脱模，即得磁性纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料。采用饱和吸附法测定显示：该海绵材料吸附磁性纳米粉尘的量是未改性聚氨酯海绵材料吸附磁性纳米粉尘量的2.6倍(见图2)。

实施例3

参照中国准标头型13号鼻深、开口大小尺寸确定口罩的基本尺寸为：长为130mm，宽为110mm，深(高)为25mm.根据该尺寸制备口罩模具。

制备二氧化钛纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料：取聚醚多元醇(分子量3050)100重量份，硅油1重量份、辛酸亚锡0.4重量份、三乙烯二胺0.2重量份和水4.6重量份混合在一起搅拌均匀，加入2重量份二氧化钛纳米，高速机械搅拌并超声分散，脱气后加入2，4-甲苯二异氰酸酯45重量份，机械搅拌器高速搅拌6～8s，迅速倒入口罩模具中，28℃恒温环境中发泡，熟化24h后脱模，即得纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料。

将制得的纳米粒改性聚氨酯海绵口罩材料的一面或正反两面与裁剪恰当的熔喷聚丙烯无纺布缝合在一起，并缝上系带，即制成本发明口罩。

Claims

1.一种口罩材料，其特征在于它是由无机纳米粒改性的聚氨酯海绵。

2.根据权利要求1所述的口罩材料，其特征在于，所述的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵的制备方法是：在室温下将聚醚多元醇、水、硅油、辛酸亚锡和胺触媒混合均匀后，添加无机纳米粒，高速机械搅拌使其分散均匀，再加入甲苯二异氰酸酯，高速分散后倒入成型模具中，0-40℃条件发泡制得无机纳米粒改性的聚氨酯海绵，各组分的用量比为：聚醚多元醇100重量份、水0.3～20重量份、硅油0.01～20重量份、辛酸亚锡0.03～10重量份、胺触媒0.01～10重量份，无机纳米粒0.01～30重量份，甲苯二异氰酸酯10～90重量份。。

3.根据权利要求2所述的口罩材料，其特征在于，所述的无机纳米粒是磁性四氧化三铁纳米粒、磁性三氧化二铁纳米粒、二氧化钛纳米粒、氧化锌纳米粒、介孔二氧化硅、碳纳米管、碳纤维中的一种或2种或2种以上。

4.根据权利要求1、2或3所述的口罩材料，其特征在于，所述的无机纳米粒的粒径范围为1-1000纳米。

5.一种无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料的制备方法，其特征在于，在室温下将聚醚多元醇、水、硅油、辛酸亚锡和胺触媒混合均匀后，添加无机纳米粒，高速机械搅拌使其分散均匀，再加入甲苯二异氰酸酯，高速分散后倒入成型模具中，0-40℃条件发泡即制得无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料，各组分的用量比为：聚醚多元醇100重量份、水0.3～20重量份、硅油0.01～20重量份、辛酸亚锡0.03～10重量份、胺触媒0.01～10重量份，无机纳米材料0.01～30重量份，甲苯二异氰酸酯10～90重量份。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的无机纳米粒是磁性四氧化三铁纳米粒、三氧化二铁纳米粒、二氧化钛纳米粒、氧化锌纳米粒、二氧化硅纳米粒、碳纳米管、碳纤维纳米粒中的一种或2种或2种以上。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述的无机纳米粒的粒径范围为1-1000纳米。

8.权利要求1至4中任一项所述的口罩材料用于制备口罩。

9.一种口罩，其特征在于，由至少一层权利要求1至4中任一项所述的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料和缝在该口罩材料上的系带组成。

10.根据权利要求9所述的口罩，其特征在于，在所述的无机纳米粒改性的聚氨酯海绵口罩材料上还叠加缝合有至少一层无纺布。