CN109503881A - 一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料中高分子材料的新型功能高分子材料的制备及应用技术，涉及改性塑料技术领域，具体来说是一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料及其制备方法。本发明首先利用沉淀法制备纳米CuO；然后将CuO纳米颗粒，机硅表面活性剂与多元醇组分混合后经挤出，造粒制备抗菌聚氨酯/CuO纳米复物；最后将聚氨酯/纳米CuO复合物、聚乳酸、引发剂、淀粉微粉、发泡剂、钛白粉以及马来酸酐均匀混合后挤出，造粒制备得到抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料。经本发明制备的聚氨酯复合发泡材料不仅抗菌性能良好，易生物降解且材料力学性能优良。

Description

一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料及其制 备方法
技术领域
本发明属于新材料中高分子材料的新型功能高分子材料的制备及应用技术，涉及改性塑料技术领域，具体来说是一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法。
背景技术
泡沫塑料不仅具有质量轻，省材料，比强度高等优点，还拥有优良的隔热、隔声、缓冲等性能，广泛应用于绝缘、缓冲、吸收以及承重结构等方面。然而，传统的石油系发泡材料不易降解，因此开发绿色的生物可降解聚合物材料具有重要的意义。目前淀粉发泡材料因其成本低廉，生物降解性好受到了广泛的应用，但是淀粉材料易被感染。因此，开发抗菌淀粉基发泡材料以保证材料的安全性以及拓展材料的应用范围具有重要的意义。
发明内容
为了解决淀粉材料易被感染的问题，开发抗菌淀粉基发泡材料以保证材料的安全性。本发明的提供了一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法。为了实现上述目标，本发明将采用以下技术:
一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硝酸铜溶于水后得硝酸铜溶液后，向溶液中加入无水乙醇后，在40-60℃，400-500rpm条件下将氢氧化钠溶液缓慢加入到硝酸铜溶液中，搅拌2-3h后，陈化、过滤、用水洗涤沉淀至洗出液的pＨ值接近７后，将沉淀在70℃烘干４ｈ后，置于马弗炉中在200-500℃条件下焙烧１ｈ制得纳米CuO；
（2）将纳米CuO与水混合后超声10-20min使得纳米CuO均匀分散在水中后，将聚醚多元醇、聚多元醇、催化剂、有机硅表面活性剂加入到纳米CuO分散液后，在600℃下搅拌混匀后加入2,6-甲苯二异氰酸酯后在3000-5000rpm混合8s实现乳化后立即将混合物转移至双螺旋杆挤出机中，挤出造粒既得聚氨酯/纳米CuO复合物；
（3）将聚氨酯/纳米CuO复合物、聚乳酸混合均匀后经干燥后，加入液体引发剂，在500-600rpm搅拌3min后加入淀粉微粉、发泡剂、钛白粉以及马来酸酐均匀混合后使得粉末状固体均匀裹附在聚氨酯/纳米CuO复合物颗粒表面后在双螺杆挤出机中挤出造粒即得抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料。
优选的，步骤（1）中所述的硝酸铜溶液中硝酸铜的浓度为0.15-0.2g/mL；所述的无水乙醇加入量为总体积的25-45%；所述氢氧化钠溶液浓度为0.1-0.2g/mL；所述氢氧化钠加入量与硝酸铜的物质量之比为1：1。
优选的，步骤（1）中所述的纳米CuO的粒径不超过100nm。
优选的，步骤（2）中所述的催化剂为1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷；所述的有机硅表面活性剂为三硅氧烷胺基聚醚。
优选的，步骤（2）中所述的纳米CuO、水、聚醚多元醇、聚多元醇、催化剂、有机硅表面活、2,6-甲苯二异氰酸酯加入量按质量份数算依次为：1-3份、75-90份、10-15份、10-15份、0.2-0.3份、0.5-0.7份、0.2-0.3份。
优选的，步骤（3）中所述的液体引发剂为5-双（叔丁过氧基）己烷的环己烷溶液，其中5-双（叔丁过氧基）己烷的浓度为0.2-0.3g/mL；所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺。
优选的，步骤（3）中所述的淀粉微粉为玉米淀粉、大豆淀粉、小麦淀粉中的一种；所述的淀粉微粉的粒径不大于2μm。
优选的，步骤（3）中所述的将聚氨酯/纳米CuO复合物、聚乳酸、淀粉微粉、引发剂、发泡剂、钛白粉、马来酸酐按质量份数算依次为40-50份、15-25份、30-45份、0.1-0.2份、0.5-1份、1-2份、1-2份。
另外，本发明的抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料，其由上述制备方法所制备。
与现有技术相比，本发明的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法有以下益效果：采用利用热分解法制备抗菌的CuO纳米颗粒作为聚氨酯发泡材料的抗菌剂，显著的提升了聚氨酯淀粉发泡材料的抗菌特性；采用聚乳酸对材料表明进行涂敷加强材料的力学性能，力学性能显著提高；采用聚醚多元醇、聚多元醇合成聚氨酯，可以使得材料中的残留挥发性有机物显著减少，提升了材料的安全性；通过加入钛白粉吸收造粒时的温度进一步防止淀粉糊化；经本发明制备的聚氨酯复合发泡材料不仅抗菌性能良好，易生物降解且材料力学性能优良。
具体实施方式
【实施例1】
一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硝酸铜溶于水后得硝酸铜溶液后得硝酸铜的浓度为0.2g/mL，向溶液中加入30%的无水乙醇后，在50℃，400rpm条件下将0.1g/mL氢氧化钠溶液缓慢加入到硝酸铜溶液中，搅拌2-3h后，陈化、过滤、用水洗涤沉淀至洗出液的ｐＨ值接近７后，将沉淀在70℃烘干４ｈ后，置于马弗炉中，在300℃条件下焙烧１ｈ制得纳米CuO；
（2）将5份纳米CuO与79.9份水混合后超声20min使得纳米CuO均匀分散在水中后，将6份聚醚多元醇、8份聚多元醇、0.2份1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷、0.6份三硅氧烷胺基聚醚加入到纳米CuO分散液后，在600℃下搅拌混匀后加入0.3份2,6-甲苯二异氰酸酯后在3000-5000rpm混合8s实现乳化后立即将混合物转移至双螺旋杆挤出机中，挤出造粒既得聚氨酯/纳米CuO复合物；
（3）将40份聚氨酯/纳米CuO复合物、20份聚乳酸混合均匀后经干燥后，加入0.2份5-双（叔丁过氧基）己烷的环己烷溶液后，500-600rpm搅拌3min后加入37.3份玉米淀粉微粉、0.5份偶氮二甲酰胺、1份钛白粉以及1份马来酸酐均匀混合后使得粉末状固体均匀裹附在聚氨酯/纳米CuO复合物颗粒表面后在双螺杆挤出机中挤出造粒即得抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料。
【实施例2】
一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硝酸铜溶于水后得硝酸铜溶液后得硝酸铜的浓度为0.15g/mL，向溶液中加入35%的无水乙醇后，在50℃，500rpm条件下将0.1g/mL氢氧化钠溶液缓慢加入到硝酸铜溶液中，搅拌3h后，陈化、过滤、用水洗涤沉淀至洗出液的ｐＨ值接近７后，将沉淀在70℃烘干４ｈ后，置于马弗炉中，在300℃条件下焙烧１ｈ制得纳米CuO；
（2）将4份纳米CuO与81.4份水混合后超声20min使得纳米CuO均匀分散在水中后，将7份聚醚多元醇、7份聚多元醇、0.1份1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷、0.5份三硅氧烷胺基聚醚加入到纳米CuO分散液后，在600℃下搅拌混匀后加入0.3份2,6-甲苯二异氰酸酯后在3000-5000rpm混合8s实现乳化后立即将混合物倒双螺旋杆挤出机中，挤出造粒既得聚氨酯/纳米CuO复合物；
（3）将42份聚氨酯/纳米CuO复合物、22份聚乳酸混合均匀后经干燥后，加入0.1份5-双（叔丁过氧基）己烷的环己烷溶液后，500-600rpm搅拌3min后加入32.4份玉米淀粉微粉、0.5份偶氮二甲酰胺、1.5份钛白粉以及1.5份马来酸酐均匀混合后使得粉末状固体均匀裹附在聚氨酯/纳米CuO复合物颗粒表面后在双螺杆挤出机中挤出造粒即得抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料。
【实施例3】
一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硝酸铜溶于水后得硝酸铜溶液后得硝酸铜的浓度为0.15g/mL，向溶液中加入340%的无水乙醇后，在50℃，400rpm条件下将0.1g/mL氢氧化钠溶液缓慢加入到硝酸铜溶液中，搅拌2h后，陈化、过滤、用水洗涤沉淀至洗出液的ｐＨ值接近７后，将沉淀在70℃烘干４ｈ后，置于马弗炉中，在300℃条件下焙烧１ｈ制得纳米CuO；
（2）将4份纳米CuO与83份水混合后超声20min使得纳米CuO均匀分散在水中后，将8份聚醚多元醇、8份聚多元醇、0.2份1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷、0.5份三硅氧烷胺基聚醚加入到纳米CuO分散液后，在600℃下搅拌混匀后加入0.3份2,6-甲苯二异氰酸酯后在3000-5000rpm混合8s实现乳化后立即将混合物倒双螺旋杆挤出机中，挤出造粒既得聚氨酯/纳米CuO复合物；
（3）将40份聚氨酯/纳米CuO复合物、25份聚乳酸混合均匀后经干燥后，加入0.2份5-双（叔丁过氧基）己烷的环己烷溶液后，500-600rpm搅拌3min后加入32.3份玉米淀粉微粉、0.5份偶氮二甲酰胺、1份钛白粉以及1份马来酸酐均匀混合后使得粉末状固体均匀裹附在聚氨酯/纳米CuO复合物颗粒表面后在双螺杆挤出机中挤出造粒即得抗菌淀粉基聚氨酯/纳米CuO可降解复合发泡材料。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取硝酸铜溶于水后得硝酸铜溶液后，向溶液中加入无水乙醇后，在40-60℃，400-500rpm条件下将氢氧化钠溶液缓慢加入到硝酸铜溶液中，搅拌2-3h后，陈化、过滤、用水洗涤沉淀至洗出液的pＨ值接近７后，将沉淀在70℃ 烘干４ｈ后，置于马弗炉中在200-500℃条件下焙烧1ｈ制得纳米CuO；
（2）将纳米CuO与水混合后超声10-20min使得纳米CuO均匀分散在水中后，将聚醚多元醇、聚多元醇、催化剂、有机硅表面活性剂加入到纳米CuO分散液后，在600℃下搅拌混匀后加入2,6-甲苯二异氰酸酯后在3000-5000rpm混合8s实现乳化后立即将混合物转移至双螺旋杆挤出机中，挤出造粒既得聚氨酯/纳米CuO复合物；
（3）将聚氨酯/纳米CuO复合物、聚乳酸混合均匀后经干燥后，加入液体引发剂，在500-600rpm搅拌3min后加入淀粉微粉、发泡剂、钛白粉以及马来酸酐均匀混合后使得粉末状固体均匀裹附在聚氨酯/纳米CuO复合物颗粒表面后在双螺杆挤出机中挤出造粒即得抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的硝酸铜溶液中硝酸铜的浓度为0.15-0.2g/mL；所述的无水乙醇加入量为总体积的25-45%；所述氢氧化钠溶液浓度为0.1-0.2g/mL；所述氢氧化钠加入量与硝酸铜的物质量之比为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的纳米CuO的粒径不超过100nm。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的催化剂为1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷；所述的有机硅表面活性剂为三硅氧烷胺基聚醚。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的纳米CuO、水、聚醚多元醇、聚多元醇、催化剂、有机硅表面活、2,6-甲苯二异氰酸酯加入量按质量份数算依次为：1-3份、75-90份、10-15份、10-15份、0.2-0.3份、0.5-0.7份、0.2-0.3份。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的液体引发剂为5-双（叔丁过氧基）己烷的环己烷溶液，其中5-双（叔丁过氧基）己烷的浓度为0.2-0.3g/mL； 所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的淀粉微粉为玉米淀粉、大豆淀粉、小麦淀粉中的一种；所述的淀粉微粉的粒径不大于2μm。
8.根据权利要求1所述的一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料及其制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的将聚氨酯/纳米CuO复合物、聚乳酸、淀粉微粉、引发剂、发泡剂、钛白粉、马来酸酐按质量份数算依次为40-50份、15-25份、30-45份、0.1-0.2份、0.5-1份、1-2份、1-2份。
9.一种抗菌淀粉基聚氨酯/纳米 CuO可降解复合发泡材料，其由根据权利要求1-8任何一项所述的制备方法所制备。
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