CN112661926B - 一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材及其制备方法，其中制备方法包括：将碱木质素溶液采用超滤法按分子量进行分级分离，收集得到截留液A和透过液B；用纳米银、有机硅季铵盐对截留液A中的高分子量碱木质素组分进行改性，得到碱木质素基添加剂A；以环氧氯丙烷作为交联剂，将聚乙二醇接枝到透过液B中的低分子量碱木质素组分上，得到碱木质素基添加剂B；将碱木质素基添加剂A、碱木质素基添加剂B按一定比例加入聚氨酯发泡保温材料的原料中，进行发泡、熟化、固化，即得。本发明制备的彩钢夹芯板用芯材具有高强度、高抗菌性能，能够满足医疗、制药等特殊行业的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料技术领域，尤其涉及一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材及其制备方法。
背景技术
彩钢夹芯板是一种常用的建筑材料，由上下两层金属或非金属材料制成的面板和位于面板中间的内芯组成，具有质轻、安装简便，保温效果好等优点，其的保温、隔热、吸声等性能主要取决于它的芯层材料。彩钢夹芯板的芯材主要有酚醛、聚苯乙烯、硬质聚氨酯、聚酯和岩棉材料等，其中硬质聚氨酯是保温隔热效果最好的芯材之一，得到广泛的应用。近年来，随着彩钢夹芯板在医疗、制药等行业的普及应用，为了满足这些特殊场合对于杀菌、消毒方面性能的需求，如何改善彩钢夹芯板用芯材的抗菌性能，成为一项新的挑战。同时，由于大量添加抗菌剂往往会削弱芯材的物理性能，而添加量过低则无法起到预期的抗菌效果，因此，如何平衡芯材的物理性能和抗菌性能，成为目前重点关注的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材及其制备方法。
本发明提出的一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，包括下述步骤：
S1、将质量分数为20-30％的碱木质素溶液用截留分子量为5000-7000Da的超滤膜进行超滤，收集得到截留液A和透过液B；
S2、将纳米银加入截留液A中超声分散均匀，然后在40-60℃振荡吸附12-24h，再加入有机硅季铵盐，在70-80℃振荡反应6-12h，反应完毕后，将得到的反应液的pH调至2-3，将得到的沉淀冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂A；
S3、将聚乙二醇、环氧氯丙烷、四正丁基氯化铵、氢氧化钠按质量比1：(1-2)：(0.01-0.02)：(2-3)混合均匀，在40-60℃搅拌反应1-3h，反应完毕后，将得到的反应液与透过液B按体积比(1-3)：1混合均匀，在70-80℃搅拌反应2-4h，反应完毕后，将得到的反应液冷却至室温，将pH调至中性，然后冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂B；
S4、按质量份计，先将20-30份聚醚多元醇、20-30份聚酯多元醇、4-6份环戊烷、5-8份碱木质素基添加剂A、2-3份碱木质素基添加剂B、3-5份有机硅匀泡剂和0.3-0.5份水混合均匀，然后加入65-85份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和2-3份交联剂混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，经过发泡、泡沫熟化、固化，即得。
优选地，所述碱木质素溶液的制备方法为：将麦草碱木质素加入pH为9.5-10的碱性溶液中，在60-80℃搅拌直至充分溶解，即得；优选地，所述碱性溶液为NaOH水溶液、Na2CO3水溶液、KOH水溶液、K2CO3水溶液中的至少一种。
优选地，所述步骤S2中，纳米银、有机硅季铵盐与截留液A的比例为(0.3-0.5)g：(30-40)mL：100mL。
优选地，所述步骤S2中，有机硅季铵盐为有机硅季铵盐DC5700。
优选地，所述聚醚多元醇的羟值为400-520mgKOH/g，25℃粘度为4000-7500mPa·S；聚酯多元醇的羟值为300-350mgKOH/g，25℃粘度为1500-3500mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯的异氰酸根含量为30-40％。
优选地，所述交联剂为三羟甲基丙烷。
优选地，所述步骤S4中，将混合料注入模具中，在50-55℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化1-2h，再在80-90℃固化2-4h，即得。
一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材，由所述的制备方法得到。
本发明的有益效果如下：
本发明先采用截留分子量为5000-7000Da的超滤膜对麦草碱木质素溶液按分子量进行分级分离，收集得到截留液A和透过液B，其中截留液A中为高分子量碱木质素组分，透过液B中为低分子量碱木质素组分；一方面，利用截留液A中的高分子量碱木质素组分对纳米银进行吸附，利用高分子量碱木质素三维网状结构复杂，孔隙较大，将纳米银固定在网状结构中形成复合物，再用有机硅季铵盐对形成的复合物进行表面改性，使有机硅季铵盐接枝在复合物表面，从而得到碱木质素基添加剂A，通过木质素、有机硅季铵盐和纳米银的协同作用，可以有效改善材料的抗菌性能；另一方面，以环氧氯丙烷作为交联剂，将聚乙二醇接枝到透过液B中的低分子量碱木质素组分上得到碱木质素基添加剂B，在低分子量碱木质素组分分子量低、表面活性高的基础上，通过接枝反应亲水性高分子进一步提高其表面活性，从而能够使其均匀地分布在泡沫界面上，起到优良的稳泡效果，提高泡沫质量，并且通过活性基团的交联进一步提高聚氨酯泡沫的强度。本发明通过将碱木质素基添加剂A、碱木质素基添加剂B按一定比例加入聚氨酯发泡保温材料的原料中，进行发泡、熟化、固化制得彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材，既具有高强度，而且具有良好的抗菌性能，能够满足医疗、制药等特殊行业的使用需求。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，包括下述步骤：
S1、将麦草碱木质素加入pH为9.5的NaOH水溶液中，在60℃搅拌直至充分溶解，得到质量分数为20％的碱木质素溶液，将得到的碱木质素溶液用截留分子量为5000Da的超滤膜进行超滤，收集得到截留液A和透过液B；
S2、将纳米银加入截留液A中超声分散均匀，然后在40℃振荡吸附24h，再加入有机硅季铵盐DC5700，在70℃振荡反应12h，反应完毕后，将得到的反应液的pH调至2，将得到的沉淀冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂A，其中纳米银、有机硅季铵盐与截留液A的比例为0.3g：30mL：100mL；
S3、将聚乙二醇、环氧氯丙烷、四正丁基氯化铵、氢氧化钠按质量比1：1：0.01：2混合均匀，在40℃搅拌反应3h，反应完毕后，将得到的反应液与透过液B按体积比1：1混合均匀，在70℃搅拌反应4h，反应完毕后，将得到的反应液冷却至室温，将pH调至中性，然后冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂B；
S4、按质量份计，先将20份聚醚多元醇、20份聚酯多元醇、4份环戊烷、5份碱木质素基添加剂A、2份碱木质素基添加剂B、3份有机硅匀泡剂和0.3份水混合均匀，然后加入65份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和2份三羟甲基丙烷混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，在50℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化1h，再在80℃固化4h，即得。
聚醚多元醇型号为Puranol RF 4190，羟值为475-510mgKOH/g，25℃粘度为5500-6000mPa·S；聚酯多元醇型号为青岛瑞诺化工PS-3152，羟值为300-330mgKOH/g，25℃粘度为1700-2700mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯型号为陶氏PAPI-135C，异氰酸根含量为30-32.1％。
实施例2
一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，包括下述步骤：
S1、将麦草碱木质素加入pH为10的NaOH水溶液中，在75℃搅拌直至充分溶解，得到质量分数为25％的碱木质素溶液，将得到的碱木质素溶液用截留分子量为6000Da的超滤膜进行超滤，收集得到截留液A和透过液B；
S2、将纳米银加入截留液A中超声分散均匀，然后在50℃振荡吸附18h，再加入有机硅季铵盐DC5700，在75℃振荡反应10h，反应完毕后，将得到的反应液的pH调至2.5，将得到的沉淀冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂A，其中纳米银、有机硅季铵盐与截留液A的比例为0.35g：35mL：100mL；
S3、将聚乙二醇、环氧氯丙烷、四正丁基氯化铵、氢氧化钠按质量比1：1.5：0.015：2.5混合均匀，在45℃搅拌反应2h，反应完毕后，将得到的反应液与透过液B按体积比2：1混合均匀，在75℃搅拌反应3h，反应完毕后，将得到的反应液冷却至室温，将pH调至中性，然后冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂B；
S4、按质量份计，先将24份聚醚多元醇、28份聚酯多元醇、5份环戊烷、6份碱木质素基添加剂A、2.5份碱木质素基添加剂B、4份有机硅匀泡剂和0.4份水混合均匀，然后加入80份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和2.5份三羟甲基丙烷混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，在53℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化1.5h，再在85℃固化3h，即得。
聚醚多元醇型号为Puranol RF 4190，羟值为475-510mgKOH/g，25℃粘度为5500-6000mPa·S；聚酯多元醇型号为青岛瑞诺化工PS-3152，羟值为300-330mgKOH/g，25℃粘度为1700-2700mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯型号为陶氏PAPI-135C，异氰酸根含量为30-32.1％。
实施例3
一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，包括下述步骤：
S1、将麦草碱木质素加入pH为10的NaOH水溶液中，在80℃搅拌直至充分溶解，得到质量分数为30％的碱木质素溶液，将得到的碱木质素溶液用截留分子量为7000Da的超滤膜进行超滤，收集得到截留液A和透过液B；
S2、将纳米银加入截留液A中超声分散均匀，然后在60℃振荡吸附12h，再加入有机硅季铵盐DC5700，在80℃振荡反应6h，反应完毕后，将得到的反应液的pH调至3，将得到的沉淀冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂A，其中纳米银、有机硅季铵盐与截留液A的比例为0.5g：40mL：100mL；
S3、将聚乙二醇、环氧氯丙烷、四正丁基氯化铵、氢氧化钠按质量比1：2：0.02：3混合均匀，在60℃搅拌反应1h，反应完毕后，将得到的反应液与透过液B按体积比3：1混合均匀，在80℃搅拌反应2h，反应完毕后，将得到的反应液冷却至室温，将pH调至中性，然后冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂B；
S4、按质量份计，先将30份聚醚多元醇、30份聚酯多元醇、6份环戊烷、8份碱木质素基添加剂A、3份碱木质素基添加剂B、5份有机硅匀泡剂和0.5份水混合均匀，然后加入85份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和3份三羟甲基丙烷混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，在55℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化2h，再在90℃固化2h，即得。
聚醚多元醇型号为Puranol RF 4190，羟值为475-510mgKOH/g，25℃粘度为5500-6000mPa·S；聚酯多元醇型号为青岛瑞诺化工PS-3152，羟值为300-330mgKOH/g，25℃粘度为1700-2700mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯型号为陶氏PAPI-135C，异氰酸根含量为30-32.1％。
对比例1
按质量份计，先将24份聚醚多元醇、28份聚酯多元醇、5份环戊烷、4份有机硅匀泡剂和0.4份水混合均匀，然后加入80份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和2.5份三羟甲基丙烷混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，在53℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化1.5h，再在85℃固化3h，即得。
聚醚多元醇型号为Puranol RF 4190，羟值为475-510mgKOH/g，25℃粘度为5500-6000mPa·S；聚酯多元醇型号为青岛瑞诺化工PS-3152，羟值为300-330mgKOH/g，25℃粘度为1700-2700mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯型号为陶氏PAPI-135C，异氰酸根含量为30-32.1％。
将实施例1-3和对比例1制备的芯材进行性能测试，其中抗压强度参照GB/T8813，导热系数参照GB/T 3399，密度参照GB/T6343；抗菌性能参照QB/T 2591。测试结果如表1和表2所示。
表1芯材的物理性能
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 抗压强度(kPa) | 158 | 174 | 163 | 137 |
| 导热系数(W/mK) | 0.0237 | 0.0241 | 0.0248 | 0.0259 |
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 39.4 | 39.7 | 40.3 | 41.0 |
表2芯材的抗菌性能
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、将质量分数为20-30%的碱木质素溶液用截留分子量为5000-7000Da的超滤膜进行超滤，收集得到截留液A和透过液B；
S2、将纳米银加入截留液A中超声分散均匀，然后在40-60℃振荡吸附12-24h，再加入有机硅季铵盐，在70-80℃振荡反应6-12h，反应完毕后，将得到的反应液的pH调至2-3，将得到的沉淀冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂A；
S3、将聚乙二醇、环氧氯丙烷、四正丁基氯化铵、氢氧化钠按质量比1：（1-2）：（0.01-0.02）：（2-3）混合均匀，在40-60℃搅拌反应1-3h，反应完毕后，将得到的反应液与透过液B按体积比（1-3）：1混合均匀，在70-80℃搅拌反应2-4h，反应完毕后，将得到的反应液冷却至室温，将pH调至中性，然后冷冻干燥，得到碱木质素基添加剂B；
S4、按质量份计，先将20-30份聚醚多元醇、20-30份聚酯多元醇、4-6份环戊烷、5-8份碱木质素基添加剂A、2-3份碱木质素基添加剂B、3-5份有机硅匀泡剂和0.3-0.5份水混合均匀，然后加入65-85份多亚甲基多苯基多异氰酸酯和2-3份交联剂混合均匀得到混合料，将混合料注入模具中，经过发泡、泡沫熟化、固化，即得。
2.根据权利要求1所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述碱木质素溶液的制备方法为：将麦草碱木质素加入pH为9.5-10的碱性溶液中，在60-80℃搅拌直至充分溶解，即得；所述碱性溶液为NaOH水溶液、Na2CO3水溶液、KOH水溶液、K2CO3水溶液中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，纳米银、有机硅季铵盐与截留液A的比例为（0.3-0.5）g：（30-40）mL：100mL。
4.根据权利要求1或2所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，有机硅季铵盐为有机硅季铵盐DC5700。
5.根据权利要求1或2所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇的羟值为400-520mgKOH/g，25℃粘度为4000-7500mPa·S；聚酯多元醇的羟值为300-350mgKOH/g，25℃粘度为1500-3500mPa·S；多亚甲基多苯基多异氰酸酯的异氰酸根含量为30-40%。
6.根据权利要求1或2所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述交联剂为三羟甲基丙烷。
7.根据权利要求1或2所述的彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，将混合料注入模具中，在50-55℃条件下发泡，然后在常温下泡沫熟化1-2h，再在80-90℃固化2-4h，即得。
8.一种彩钢夹芯板用高强度抗菌芯材，其特征在于，由如权利要求1-7任一项所述的制备方法得到。
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