CN112375201A - 高强度低硬度抑菌除味tpu及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热塑性聚氨酯技术领域,具体涉及一种高强度低硬度抑菌除味TPU及其制备方法。所述的强度低硬度抑菌除味TPU,由异氰酸酯与多元醇反应得到异氰酸酯基封端的TPU预聚体,将多孔石墨烯、与电气石粉体加入至预聚体中,采用乙二醇扩链制得。本发明一方面加入多孔石墨烯及电气石可以有效提升对气体的吸附参数,提高对臭气吸附效果,另一方面电气石具备优良的抑菌效果,同时石墨烯及电气石加入还可以起到提高材料强度的作用。并配合乙二醇扩链,在不添加增塑剂的前提下保证TPU制品的柔软性及成型效果。
Description
技术领域
本发明属于热塑性聚氨酯技术领域,具体涉及一种高强度低硬度抑菌除味TPU及其制备方法。
背景技术
跑步和户外运动成了时下越来越热门的健身方式,人们对于健身穿着舒适度的要求也越来越高,运动后鞋子异味给人带来不适感,甚至有些异味是有毒有害物质,同时鞋材的柔软性、强度也是衡量鞋材的主要指标。热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种性能优良的高分子合成材料,既具有橡胶的弹性又有塑料的硬度,而且还具有良好的机械性能和回弹性能,被广泛应用鞋材产品。目前TPU通过添加大量增塑剂来为降低硬度满足鞋材客户对柔软度、弹性要求,然而增塑剂添加后材料的强度、耐黄变、耐水解、耐高温性能均有比较明显的损失,同时TPU材料本身也无抑菌吸附异味作用。
目前除臭方法主要为以下三种类型:物理除臭、化学除臭、生物除臭。这些方法都离不开除臭材料的使用,除臭材料大致可以分为吸附性除臭剂、掩蔽除臭剂、化学除臭剂和微生物除臭剂,目前主要使用的主要是吸附性除臭剂和掩蔽除臭剂,吸附性除臭剂是采用具有优异吸附能力的物质利用分子间范德华力将恶臭分子吸附于多孔性物质中的除臭方法,除臭剂比表面大、空容大,通常能吸附减少空气中恶臭浓度以达到除臭的目的,掩蔽除臭剂是用天然芳香油、香料等物质掩蔽恶臭。然而吸附型除臭剂无抑菌效果,掩蔽除臭剂与臭味结合后反而产生其他异味普遍接受度较低。
文章“无增塑剂软质热塑性聚氨酯性能研究”中通过调整TPU软段结构相对分子量一步法合成机械强度高无增塑剂型TPU,然而通过提高软段结构相对分子量往往造成生产加工操作困难,且在较低硬度时影响产品成型周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种高强度低硬度抑菌除味TPU及其制备方法,采用异氰酸酯与多元醇反应得到异氰酸酯基封端的TPU预聚体,将多孔石墨烯与电气石粉体加入至预聚体中,采用乙二醇扩链制得,强度高、成型周期缩短,同时具有良好的除味抑菌作用。
本发明所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,包括以下质量份数的原料:
所述的二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或三甲基己二异氰酸酯中的一种或多种。
所述的多元醇为聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚ε-己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸己二醇酯多元醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃多元醇的一种或多种。
所述的扩链剂为乙二醇。
所述的多孔石墨烯的粒径在200-300目。
所述的电气石为粒径在300-400目的黑电气石。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡中的一种或两种。
所述的其它助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂或抗氧剂中的一种或多种。
本发明所述的高强度低硬度抑菌除味TPU的制备方法,包括以下步骤:
(1)将多元醇加入反应釜内,加热至100℃,高真空脱水2h脱水后将温度降低至40℃,向反应釜内通入干燥氮气解除真空,然后连续加入二异氰酸酯到其他反应釜中,并持续搅拌二异氰酸酯,再加入已经脱水的多元醇,加热至100℃,保温2h后获得预聚体;;
(2)将扩链剂及催化剂加入到A储料罐中,将预聚体加入到B储料罐中,在搅拌条件下,真空脱水,抽注到双螺杆挤出机中;
(3)于110℃-190℃下在双螺杆挤出机中反应,由外加设备在螺杆第10区加入多孔石墨烯、电气石及其他助剂,造粒得到TPU颗粒。
其中,步骤(2)中,搅拌速率为400-800r/min;真空脱水温度为90-120℃;双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃,混合段温度为130-150℃,挤出段温度为170-180℃,机头温度为150-160℃。
本发明引进多孔石墨烯,其二位基面上的纳米孔隙可有效缩短气体分子透过通道提高材料对气体的吸附参数,配合具有吸附抑菌做的电气石粉末达到抑菌除味的效果,同时石墨烯及电气石加入还可以起到提高材料强度的作用,并配合乙二醇扩链,在不添加增塑剂的前提下保证TPU制品的柔软性及成型效果。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明制备的TPU拉伸强度,与普通TPU相比提高63%左右;
(2)本发明制备的TPU成型周期,较普通TPU成型周期缩短40%左右;
(3)本发明制备的TPU具有良好的除味抑菌作用,大肠杆菌灭菌率可达90%以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例中用到的所有原料若无特殊说明,均为市购。
实施例1
所述高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法包括以下步骤:
(1)将聚己二酸乙二醇酯加入反应釜内,加热至100℃,高真空脱水2h脱水后将温度降低至40℃,向反应釜内通入干燥氮气解除真空,然后连续加入二苯基甲烷二异氰酸酯到其他反应釜中,并持续搅拌二苯基甲烷二异氰酸酯,再加入已经脱水的聚己二酸乙二醇酯,加热至100℃,保温2h后获得预聚体;
(2)将乙二醇及辛酸亚锡加入到A储料罐中,将预聚体加入到B储料罐中,在搅拌条件下,真空脱水,抽注到双螺杆挤出机中;
(3)在120℃下双螺杆挤出机中反应,由外加设备在螺杆第10区加入多孔石墨烯、电气石及其他助剂,造粒得到TPU颗粒;其中双螺杆挤出机的喂料段温度为110℃,混合段温度为130℃,挤出段温度为170℃,机头温度为150℃。其他助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂及抗氧剂,其中耐黄变剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑,耐磨剂为羟基硅油,耐水解剂为碳化二亚胺,抗氧剂为1010。
实施例2
所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法包括以下步骤:
(1)将聚己二酸丁二醇酯多元醇加入反应釜内,加热至100℃,高真空脱水2h脱水后将温度降低至40℃,向反应釜内通入干燥氮气解除真空,然后连续加入六亚甲基二异氰酸酯到其他反应釜中,并持续搅拌六亚甲基二异氰酸酯,再加入已经脱水的聚己二酸丁二醇酯多元醇,加热至100℃,保温2h后获得预聚体;
(2)将乙二醇及辛酸亚锡加入到A储料罐中,将预聚体加入到B储料罐中在搅拌条件下,真空脱水,抽注到双螺杆挤出机中;
(3)在130℃下,双螺杆挤出机中反应,由外加设备在螺杆第10区加入多孔石墨烯、电气石及其他助剂,造粒得到TPU颗粒;其中双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃,混合段温度为150℃,挤出段温度为180℃,机头温度为160℃。其他助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂及抗氧剂,其中耐黄变剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑,耐磨剂为羟基硅油,耐水解剂为碳化二亚胺,抗氧剂为1010。
实施例3
所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法包括以下步骤:
(1)将聚己二酸丁二醇酯多元醇加入反应釜内,加热至100℃,高真空脱水2h脱水后将温度降低至40℃,向反应釜内通入干燥氮气解除真空,然后连续加入二苯基甲烷二异氰酸酯到其他反应釜中,并持续搅拌二苯基甲烷二异氰酸酯,再加入已经脱水的聚己二酸丁二醇酯多元醇,加热至100℃,保温2h后获得预聚体;
(2)将乙二醇及二月桂酸二丁基锡加入到A储料罐中,将预聚体加入到B储料罐中在搅拌条件下,真空脱水,抽注到双螺杆挤出机中;
(3)160℃下双螺杆挤出机中反应,由外加设备在螺杆第10区加入多孔石墨烯、电气石及其他助剂,造粒得到TPU颗粒;其中双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃,混合段温度为150℃,挤出段温度为180℃,机头温度为160℃。其他助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂及抗氧剂,其中耐黄变剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑,耐磨剂为羟基硅油,耐水解剂为碳化二亚胺,抗氧剂为1010。
对比例1
所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法与实施例1相同。
对比例2
所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法与实施例1相同,其他助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂及抗氧剂,其中耐黄变剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑,耐磨剂为羟基硅油,耐水解剂为碳化二亚胺,抗氧剂为1010。
对比例3
所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,由以下质量份数的原料制成:
制备方法与实施例1相同,其他助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂及抗氧剂,其中耐黄变剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑,耐磨剂为羟基硅油,耐水解剂为碳化二亚胺,抗氧剂为1010。
上述实施例1-3与对比例1-3所得的弹性体颗粒通过注塑转化成测试样品,测定其力学性能、硬度成型周期、抗菌性能。拉伸强度、撕裂强度、邵氏硬度分别按照GB/T529—2009、GB/T 529—2009、GB/T 531—1992GB进行测试。成型周期为注塑机注塑长宽厚为12×10×2mm试片所需周期;抗菌性测试将TPU试片在实验前用70%酒精消毒1min,用无菌水冲洗后干燥,具体步骤参照QBT2591-2003进行测试,测试结果见表1和表2。
表1实施例1-3和对比例1-2产品硬度、力学性能及成型周期结果
表2实施例1-3和对比例1-2抗菌性测试结果
由表1的结果可知,采用EG(乙二醇)扩链可有效提升TPU制品的力学强度及成型加工性能,多孔石墨烯及电气石的加入不仅可以起到显著的抑菌效果同时配合EG扩链可以使TPU材料达到达到较为优异的机械性能。
当然,上述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等,均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或三甲基己二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的多元醇为聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚ε-己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸己二醇酯多元醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚四氢呋喃多元醇的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的扩链剂为乙二醇。
5.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的多孔石墨烯的粒径在200-300目。
6.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的电气石为粒径在300-400目的黑电气石。
7.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的高强度低硬度抑菌除味TPU,其特征在于:所述的其它助剂为耐黄变剂、耐磨剂、耐水解剂或抗氧剂中的一种或多种。
9.一种权利要求1-8任一所述的高强度低硬度抑菌除味TPU的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)向二异氰酸酯中加入真空脱水后的多元醇,进行反应后,获得预聚体;
(2)将扩链剂及催化剂加入到A储料罐中,将预聚体加入到B储料罐中,在搅拌条件下,真空脱水,抽注到双螺杆挤出机中;
(3)于110℃-190℃下在双螺杆挤出机中反应,由外加设备在螺杆第10区加入多孔石墨烯、电气石及其他助剂,造粒得到TPU颗粒。
10.根据权利要求9所述的高强度低硬度抑菌除味TPU的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,搅拌速率为400-800r/min;真空脱水温度为90-120℃;双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃,混合段温度为130-150℃,挤出段温度为170-180℃,机头温度为150-160℃。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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