CN103421302B - 一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，提供一种阻燃效果明显、具有很好的抗静电能力、抗菌能力显著的阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：聚合物多元醇40～60份，二异氰酸酯40～60份，发泡剂2～4份，催化剂0.5～1份，阻燃剂5～15份，抗静电剂1～3份，抗菌剂0.5～2份，泡沫稳定剂1～3份；另外还提供一种所述阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫的制备方法，包括（1）聚合物多元醇混合物的制备；（2）功能泡沫材料的制备。

Description

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，尤其涉及一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫及其制备方法。

背景技术

聚氨酯泡沫是一种重要的合成材料，具有多孔性、相对密度小、比强度高等特点，根据所用原料的不同和配方的变化可制成普通软泡、高回弹泡沫及硬泡等。其中，软质聚氨酯泡沫因具有质轻、柔软、透气、回弹性好、耐老化、隔音、保温等多种优良特性，而被广泛应用于家庭用品、交通工具、国防工程、建筑装饰、商品包装等领域。由于应用领域的多样性，必然对其性能的要求也具有多样性。

首先，软质聚氨酯泡沫的许多应用领域大都有阻燃要求，如建筑材料、床垫、汽车坐垫及内饰材料等。而软质聚氨酯泡沫由于含可燃的碳氢链段、密度小、开孔率较高、比表面积大，燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给O₂，所以极易燃烧，极限氧指数只有17%左右，燃烧产生大量烟雾，给灭火带来困难。国外对聚氨酯泡沫材料的阻燃相当重视，颁布了许多有关阻燃的法规和阻燃标准。在我国，对用于飞机、轮船、铁路车辆、汽车、其它重要场所及设施的聚氨酯泡沫，先后都提出了阻燃要求，且很多已采用了阻燃级聚氨酯泡沫。目前，已有大量文献报道了阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料中的应用。

其次，由于软质聚氨酯泡沫质轻、柔软、耐冲击性好等特点，是理想的包装用材料，可用作多种商品的包装，尤其是贵重物品如电子电脑元件、光学仪器、医疗设备、精密仪表及军事器械等的包装。在这些仪器、设备的储运中不但要求防震，还要求防静电，以免影响仪器精度。因为静电积累到一定程度，可以造成电击穿。然而，聚氨酯泡沫塑料和其它高分子材料一样具有电绝缘性，有较大的静电积累效应，其材料本身的表面电阻一般在10¹²～10¹⁵Ω之间。因此，开发抗静电软质聚氨酯泡沫具有很好的市场前景。

另外，在软质聚氨酯泡沫塑料的应用领域如床垫、汽车座垫及内饰材料，常常是细菌比较容易滋生的地方，而软质聚氨酯泡沫表面本身容易长霉，且霉菌分泌物引起高聚物的生物降解，使得聚氨酯表面布满小裂纹。目前，聚氨酯材料不具备抗菌防腐的功能，我们接触这些产品时会沾染对人体有害的细菌，对健康造成危害，所以要提高聚氨酯复合材料的抗菌性能。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种阻燃效果明显、具有很好的抗静电能力、抗菌能力显著的阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，另外还提供一种所述阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫的制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚合物多元醇40～60份

二异氰酸酯40～60份

发泡剂2～4份

催化剂0.5～1份

阻燃剂5～15份

抗静电剂1～3份

抗菌剂0.5～2份

泡沫稳定剂1～3份。

进一步的改进是：所述的阻燃剂为卤代磷酸酯类阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、三聚氰胺中的任意一种，其中所述卤代磷酸酯类阻燃剂为三（2-氯丙基）磷酸酯、三（2-氯乙基）磷酸酯、三（2-溴丙基）磷酸酯或四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯中的任意的一种；所述磷酸酯类阻燃剂为甲基膦酸二甲酯或乙基膦酸二乙酯。

进一步的改进是：所述的抗静电剂为聚氧乙烯硬脂酸酯或辛基酚聚氧乙烯醚。

进一步的改进是：所述的抗菌剂为二氧化钛光触媒系抗菌剂、银系抗菌剂、二氧化钛载银无机抗菌剂、季铵盐抗菌剂、季鏻盐抗菌剂中的任意一种。

进一步的改进是：所述的聚合物多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇或聚己内酯三元醇中的一种，所述聚合物多元醇的摩尔质量为3000～5000g/mol。

进一步的改进是：所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯。

进一步的改进是：所述的发泡剂为蒸馏水。

进一步的改进是：所述的泡沫稳定剂为硅油。

进一步的改进是：所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺或三乙醇胺中的任意一种

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：按权利要求1所述的比重称取聚合物多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、阻燃剂、抗静电剂和抗菌剂，在40～60^oC均匀搅拌5～30min,待用。

（2）功能泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入权利要求1所述比重的二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内，使泡沫充满模具，静置10～30min，再放到110～120℃烘箱内熟化1～2h，冷却脱模，即制得阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用特定配方，制得的各项技术指标达到相应的标准要求，阻燃效果明显（氧指数介于28～35），具有很好的抗静电能力（表面电阻率低于10⁷Ω/sq），抗菌能力显著（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均高于99%），本发明制备的软质聚氨酯泡沫，集阻燃、抗静电、抗菌等功能于一体，大幅拓展了原有软质聚氨酯泡沫的应用领域和附加值，具有很好的市场前景。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。

实施例一

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇（3000g/mol）40份，甲苯二异氰酸酯60份，蒸馏水2份，二月桂酸二丁基锡0.5份，三（2-氯丙基）磷酸酯5份，聚氧乙烯硬脂酸酯1份，二氧化钛光触媒系抗菌剂0.5份，硅油1份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将40份聚四氢呋喃醚三元醇（3000g/mol）、2份蒸馏水、0.5份二月桂酸二丁基锡、1份硅油、5份三（2-氯丙基）磷酸酯、1份聚氧乙烯硬脂酸酯和0.5份二氧化钛光触媒系抗菌剂一起加入到烧杯中，于40^oC搅拌5min以便各组分混合均匀，待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入60份甲苯二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置10min，再放到110℃烘箱内熟化2h，冷却脱模即可。

实施例二

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇（4000g/mol）60份，甲苯二异氰酸酯40份，蒸馏水4份，二月桂酸二丁基锡1份，三（2-氯丙基）磷酸酯3份，聚氧乙烯硬脂酸酯3份，二氧化钛光触媒系抗菌剂2份，硅油3份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将60份聚四氢呋喃醚三元醇（4000g/mol）、4份蒸馏水、1份二月桂酸二丁基锡、3份硅油、15份三（2-氯丙基）磷酸酯、3份聚氧乙烯硬脂酸酯和2份二氧化钛光触媒系抗菌剂一起加入到烧杯中，于50^oC搅拌20min以便各组分混合均匀，待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入40份甲苯二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置20min，再放到115℃烘箱内熟化1.5h，冷却脱模即可。

实施例三

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚四氢呋喃醚三元醇（5000g/mol）50份，甲苯二异氰酸酯50份，蒸馏水3份，二月桂酸二丁基锡0.75份，三（2-氯丙基）磷酸酯10份，聚氧乙烯硬脂酸酯2份，二氧化钛光触媒系抗菌剂1份，硅油2份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将50份聚四氢呋喃醚三元醇（5000g/mol）、3份蒸馏水、0.75份二月桂酸二丁基锡、2份硅油、10份三（2-氯丙基）磷酸酯、2份聚氧乙烯硬脂酸酯和1份二氧化钛光触媒系抗菌剂一起加入到烧杯中，于60^oC搅拌30min以便各组分混合均匀，待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入50份甲苯二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30min，再放到120℃烘箱内熟化1h，冷却脱模即可。

实施例四

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚己内酯三元醇（3000g/mol）40份，二苯甲烷二异氰酸酯60份，蒸馏水2份，三乙烯二胺0.5份，三聚氰胺5份，辛基酚聚氧乙烯醚1份，银系抗菌剂0.5份，硅油1份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将40份聚己内酯三元醇（3000g/mol）、2份蒸馏水、0.5份三乙烯二胺、1份硅油、5份三聚氰胺、1份辛基酚聚氧乙烯醚和0.5份银系抗菌剂一起加入到烧杯中，于40^oC搅拌5min以便各组分混合均匀，待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入60份二苯甲烷二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置10min，再放到110℃烘箱内熟化2h，冷却脱模即可。

实施例五

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚己内酯三元醇（4000g/mol）60份，二苯甲烷二异氰酸酯40份，蒸馏水4份，三乙醇胺1份，四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯10份，辛基酚聚氧乙烯醚3份，二氧化钛载银无机抗菌剂2份，硅油3份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将60份聚己内酯三元醇（4000g/mol）、4份蒸馏水、1份三乙醇胺、3份硅油、10份四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯、3份辛基酚聚氧乙烯醚和2份二氧化钛载银无机抗菌剂一起加入到烧杯中，于50^oC搅拌20min以便各组分混合均匀，待用。

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入40份二苯甲烷二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置20min，再放到115℃烘箱内熟化1.5h。冷却脱模即可。

实施例六

一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，由以下重量份的各组分组成：

聚环氧丙烷三元醇（5000g/mol）50份，甲苯二异氰酸酯50份，蒸馏水3份，二月桂酸二丁基锡0.75份，三（2-氯丙基）磷酸酯15份，聚氧乙烯硬脂酸酯2份，季铵盐抗菌剂1份，硅油2份。

其制备工艺为：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：将50份聚己内酯三元醇（5000g/mol）、3份蒸馏水、0.75份二月桂酸二丁基锡、2份硅油、15份三（2-氯丙基）磷酸酯、2份聚氧乙烯硬脂酸酯和1份季铵盐抗菌剂一起加入到烧杯中，于60^oC搅拌30min以便各组分混合均匀，待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往（1）中迅速加入50份甲苯二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内（300mm×300mm×1000mm），使泡沫充满模具，静置30min，再放到120℃烘箱内熟化1h，冷却脱模即可。

测量方法

1、密度：测量泡沫的重量（300mm×300mm×50mm），利用质量/容量的公式计算密度。

2、表面电阻率：先确认抗静电聚氨酯类泡沫的100V的DC电压，再测量电流后换算为电阻率(ASTMD257)。

3、氧指数测定：参照标准GB8332-1987泡沫塑料燃烧性能试验方法水平燃烧法。

4、抗菌性测试：依据QB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》附录A

表1各样品主要性能参数

从表1各测试结果可知，本发明所获得的软质聚氨酯泡沫材料，各项技术指标达到相应的标准要求，如阻燃效果明显（氧指数介于28～35），具有很好的抗静电能力（表面电阻率低于10⁷Ω/sq），抗菌能力显著（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均高于99%），作为一款功能性泡沫材料，具有很好的市场潜力。

其中，本发明中，三（2-氯丙基）磷酸酯、三聚氰胺、四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯均为阻燃剂，所述三（2-氯丙基）磷酸酯、四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯为卤代磷酸酯类阻燃剂，所述卤代磷酸酯类阻燃剂还可以为三（2-氯乙基）磷酸酯或三（2-溴丙基）磷酸酯，所述阻燃剂还可以为磷酸酯类阻燃剂，所述磷酸酯类阻燃剂为甲基膦酸二甲酯或乙基膦酸二乙酯。所述聚氧乙烯硬脂酸酯或辛基酚聚氧乙烯醚均为抗静电剂。所述二氧化钛光触媒系抗菌剂、银系抗菌剂、二氧化钛载银无机抗菌剂、季铵盐抗菌剂的抗菌剂均为抗菌剂，所述抗菌剂还可以为季鏻盐抗菌剂。所述聚合物多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇或聚己内酯三元醇中的一种，其摩尔质量为3000～5000g/mol。所述甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯均为二异氰酸酯。所述蒸馏水为发泡剂，所述硅油为泡沫稳定剂，所述二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺或三乙醇胺均为催化剂。

所述聚合物多元醇在40～60重量份，二异氰酸酯40～60重量份，发泡剂2～4重量份，催化剂0.5～1重量份，阻燃剂5～15重量份，抗静电剂1～3重量份，抗菌剂0.5～2重量份，泡沫稳定剂1～3重量份，在以上参数范围内皆可实现本发明的目的。

所述制备工艺的步骤（1）中，搅拌时温度控制在40～60^oC，搅拌时间控制在5～30min,，所述步骤（2）功能泡沫材料的制备：静置10～30min，再放到110～120℃烘箱内熟化1～2h，冷却脱模，在以上参数范围可皆可实现本发明的目的。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (6)

1.一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：由以下重量份的各组分组成：

聚合物多元醇40～60份

二异氰酸酯40～60份

发泡剂2～4份

催化剂0.5～1份

阻燃剂5～15份

抗静电剂1～3份

抗菌剂0.5～2份

泡沫稳定剂1～3份；

所述抗静电剂为聚氧乙烯硬脂酸酯或辛基酚聚氧乙烯醚；

所述抗菌剂为二氧化钛光触媒系抗菌剂、二氧化钛载银无机抗菌剂、季铵盐抗菌剂、季鏻盐抗菌剂中的任意一种；

其制备方法为：包括以下步骤：

（1）聚合物多元醇混合物的制备：按上述所述的比重称取聚合物多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、阻燃剂、抗静电剂和抗菌剂，在40～60℃均匀搅拌5～30min,待用；

（2）功能泡沫材料的制备：往步骤（1）中迅速加入上述所述比重的二异氰酸酯，搅拌15s，然后迅速将液体倒入预先准备的模具内，使泡沫充满模具，静置10～30min，再放到110～120℃烘箱内熟化1～2h，冷却脱模，即制得阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的阻燃剂为卤代磷酸酯类阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、三聚氰胺中的任意一种，其中所述卤代磷酸酯类阻燃剂为三（2-氯丙基）磷酸酯、三（2-氯乙基）磷酸酯、三（2-溴丙基）磷酸酯或四（2-氯乙基）亚乙基二磷酸酯中的任意的一种；所述磷酸酯类阻燃剂为甲基膦酸二甲酯或乙基膦酸二乙酯。

3.根据权利要求1或2所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的聚合物多元醇为聚环氧丙烷三元醇、聚四氢呋喃醚三元醇或聚己内酯三元醇中的一种，所述聚合物多元醇的摩尔质量为3000～5000g/mol。

4.根据权利要求1或2所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯。

5.根据权利要求1或2所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的发泡剂为蒸馏水。

6.根据权利要求1或2所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的泡沫稳定剂为硅油。

7.根据权利要求1或2所述的一种阻燃抗静电抗菌软质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺或三乙醇胺中的任意一种。