CN112457657A - 防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热塑性聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法。本发明所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，包括以下质量份数的原料：聚合物二元醇55‑65份；二异氰酸酯25‑35份；扩链剂7‑12份；催化剂0.01‑1份；抗氧剂0.1‑2份；纳米二氧化钛0.1‑10份；石墨烯0.1‑10份；有机硅油0.1‑10份。本发明所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，具有优异的机械性能，采用其制备的薄膜具有防尘、抗静电、耐脏污及自清洁的特点；本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易行。

Description

防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于热塑性聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法。
背景技术
随着全球工业化的快速发展，各种工业尘埃以及机动车排放的尘埃，成为大部分城市的主要空气污染物之一。干燥环境中，大气中灰尘颗粒物以静电作用力方式吸附在室外建筑、室内家电设备，交通工具表面。不仅降低了它们的外表美观，也会腐蚀其表面甚至会导致热斑而发生损坏，这既造成环境污染，也造成资源、成本浪费。因此，世界各国对如何降低灰尘污染都有广泛的研究。其中自清洁是一项很重要的环境净化技术。
自清洁技术就是通常将具有自清洁性能的材料包覆室内外建筑物、电器和医疗设备等表面，起到对环境中的有害气体和附着于薄膜表面的污染物的光催化分解、灭菌和减小污染物附着程度的作用，或者降低薄膜表面电阻通过泄露电荷从而达到表面疏尘的效果从而起到净化环境等作用。目前自清洁材料是金属颗粒、金属氧化物以及石墨烯等通过化学或者物理的方法形成薄膜涂覆在物体表面达到自清洁作用。该类方法制备材料可以实现自清洁作用，但是在制备过程中存在一定问题。
专利CN 110498614A公开的一种玻璃表面疏尘薄膜及其制备方法，工艺复杂。专利CN 106700675A公开了外墙基材防静电防污涂膜剂及其制备方法，氧化锡颗粒与二氧化硅颗粒均，分散困难，不利于大量生产。专利CN 106944034公开了TiO2薄膜具有较好的光催化等自清洁性能，但性能仍然有限。
TPU作为一种新型的环保高分子材料，被广泛应用于医疗、食品、卫生等行业，其中TPU薄膜在汽车行业的隐形车衣，服装行业、鞋材行业的装饰品，建筑玻璃行业的贴膜等应用越来越广泛，制备工艺成熟简单。将自清洁技术引入到TPU薄膜行业中，使TPU膜产品具有防尘抗菌自清洁作用势必会受到市场的广泛关注。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其具有优异的机械性能，采用其制备的薄膜具有防尘、抗静电、耐脏污及自清洁的特点；本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易行。
本发明所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0002806466080000021
所述的聚合物二元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二元醇或聚己二酸乙二醇酯二元醇中的一种；聚合物二元醇的数均分子量为500-2000。
优选的，二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
优选的，扩链剂为1,4-丁二醇。
优选的，催化剂为有机铋类催化剂。
优选的，抗氧剂为1010。
优选的，有机硅油为聚二甲基硅氧烷，分子量为1000-30000。
所述的石墨烯粒径尺寸为100-900nm。
优选的，二氧化钛为纳米二氧化钛，粒径尺寸为100-900nm。
所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合物二元醇、抗氧剂、有机硅油、催化剂在配料罐中混合，机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时；
(2)将纳米二氧化钛、纳米石墨烯通过真空输送系统从配料罐底部输送进配料罐，搅拌开启中，保证纳米级二氧化钛和石墨烯进入配料罐中直接接触聚酯多元醇，避免不同加入方式颗粒小飞散在配料罐空气中，机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时。
(3)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120～240℃下进行聚合反应，螺杆转速150-300r/min；
(4)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒。
将上述制得的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒，采用挤出流延法，得到防尘抗菌自清洁薄膜。
本发明通过掺杂有机硅油和金属氧化物等功能助剂，利用硅元素与部分金属氧化物如二氧化钛共混可以增强材料的光透明和光催化性能的特性，增强TPU薄膜材料的各项抗菌、自清洁性能。
本发明还提供真空输送技术，保证纳米级助剂能在聚酯中分散均匀，而且减少粉尘与操作人员的直接接触，减少粉尘伤害。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明在热塑性聚氨酯弹性体的合成过程中采用真空输送纳米石墨烯和二氧化钛，避免操作人员直接接触纳米级固体粉末，减少人体伤害；
(2)本发明在制备热塑性聚氨酯弹性体薄膜产品过程中三级机械搅拌，充分保证纳米级固体助剂的分散情况，减少常规需要对纳米助剂进行改性的工艺，简化生产工艺；
(3)本发明引进纳米二氧化钛、石墨烯、有机硅油，通过三者协同作用，使本发明生产的TPU薄膜，表面电阻仅104-106欧姆，具有明显的抗静电效果，薄膜产品无防护放置室外40天，之后测试透光率，损失在5％以内，抗大肠杆菌能力超过95％，具有明显的防尘抗菌效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
实施例1
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000031
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、抗氧剂1010、聚二甲基硅氧烷、催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌120r/min，搅拌1小时；
(2)将粒径100nm的二氧化钛、纳米石墨烯通过真空输送系统从配料罐底部输送进配料罐，搅拌开启中，机械搅拌120r/min，搅拌1小时。
(3)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在240℃下进行聚合反应，螺杆转速300r/min；
(4)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(5)将防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到防尘抗静电自清洁聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
实施例2
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000041
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、抗氧剂1010、聚二甲基硅氧烷、催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将粒径900nm的二氧化钛、纳米石墨烯通过真空输送系统从配料罐底部输送进配料罐，搅拌开启中，机械搅拌60r/min，搅拌4小时。
(3)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在200℃下进行聚合反应，螺杆转速200r/min；
(4)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(5)将防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到防尘抗静电自清洁聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
实施例3
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000042
Figure BDA0002806466080000051
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、抗氧剂1010、聚二甲基硅氧烷、催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌40r/min，搅拌4小时；
(2)将粒径500nm的二氧化钛、纳米石墨烯通过真空输送系统从配料罐底部输送进配料罐，搅拌开启中，机械搅拌30r/min，搅拌8小时。
(3)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在180℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(4)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(5)将防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到防尘抗静电自清洁聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
对比例1
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000052
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、抗氧剂1010、有机铋催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌120r/min，搅拌1小时；
(2)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在200℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(4)将热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
对比例2
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000061
(1)将聚己二酸己二醇酯二元醇、抗氧剂1010、聚二甲基硅氧烷、有机铋催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌60r/min，搅拌4小时；
(2)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在240℃下进行聚合反应，螺杆转速300r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(4)将热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
对比例3
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0002806466080000062
(1)将聚己二酸乙二醇酯二元醇、抗氧剂1010、聚二甲基硅氧烷、有机铋催化剂CB83在配料罐中混合，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚酯多元醇、异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在150℃下进行聚合反应，螺杆转速200r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒；
(4)将热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒采用挤出流延法得到聚氨酯弹性体薄膜，薄膜厚度10μm。
对实施例1-3和对比例1-3制备的薄膜进行性能检测，各项性能检测结果见表1。
透光率按照标准ASTM E313中规定的方法进行测试，膜厚度为10μm；
通过抑菌环法定性实验对所制备材料的抗菌性能进行测定，大肠杆菌；
四探针电阻率测试仪进行表面电阻率的测试；
抗拉强度与延伸率按照标准ASTM D412中规定的方法进行测试。
表1实施例与对比例薄膜的各项性能
Figure BDA0002806466080000071
从表1数据可以看出，本发明在TPU生产过程中引入纳米二氧化钛、石墨烯和有机硅油，之后制备的TPU薄膜表面电阻、透光率变化明显小于对比例，而且抗菌能例明显提升，抗菌效果高达95％以上。此外，本发明真空输送技术及三级搅拌技术提升纳米固体助剂的分散效果，从而显著提高TPU薄膜的防尘、抗静电及自清洁能力。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0002806466070000011
2.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：聚合物二元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二元醇或聚己二酸乙二醇酯二元醇；聚合物二元醇的数均分子量为500-2000。
3.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：扩链剂为1,4-丁二醇。
5.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：催化剂为有机铋类催化剂。
6.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：抗氧剂为1010。
7.根据权利要求7所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：有机硅油为聚二甲基硅氧烷，分子量为1000-30000。
8.根据权利要求7所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：石墨烯粒径尺寸为100-900nm。
9.根据权利要求1所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：二氧化钛为纳米二氧化钛，粒径尺寸为100-900nm。
10.一种权利要求1-9任一所述的防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚合物二元醇、抗氧剂、有机硅油、催化剂在配料罐中混合，机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时；
(2)将纳米二氧化钛、纳米石墨烯通过真空输送系统从配料罐底部输送进配料罐，持续搅拌，机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时；
(3)将配置好的聚合物二元醇、二异氰酸酯和扩链剂通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120～240℃下进行聚合反应，螺杆转速150-300r/min；
(4)熔融的聚合物进行水下切粒，并干燥，得防尘抗菌自清洁薄膜用热塑性聚氨酯弹性体材料颗粒。
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