一种抗菌聚氨酯纤维材料及其制备方法与流程

本发明属于合成材料，具体涉及一种抗菌聚氨酯纤维材料及其制备方法。

背景技术：

1、近些年来，细菌污染已经对人类身体健康和正常的生产生活带来了巨大的威胁。为此大量的抗生素被开发和使用，但也不可避免的使大量的细菌产生了耐药性，从而无法有效地抵御微生物的侵袭。因此，亟需开发新的抗菌材料用以满足人类生产生活需要。

2、聚氨酯(pu)是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，其具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂和耐化学腐蚀等特性，同时还兼具良好的生物相容性，因此广泛应用于各个领域，尤其是在生物医用材料方向更加突出。但是，由于pu材料在生物医用方面的应用过程中对人类健康和环境的威胁问题一直没有得到有效地解决，因此使得pu材料的应用在一定程度上受到了影响。

3、材料表面大量繁殖的细菌会对医疗保健和工业生产等方面的造成严重影响，因此，能够防止细菌粘附和生物膜形成的抗菌材料受到了研究者们的广泛关注。目前pu杀菌材料中使用的抗菌剂种类主要包括无机抗菌剂，有机抗菌剂和天然抗菌剂三类，但考虑到材料的可加工性能和抗菌性能的稳定性等因素，有机抗菌剂在制备相关领域的抗菌材料时具有更加显著的优势，目前很多抗菌剂的引入方式以共混和化学接枝为主，但是由于多数有机抗菌剂的分子量不高，采用简单混合的方式很难与基体材料牢固的结合，从而产生化学物质的溶出，危害环境和人类健康。化学接枝一般则需要对材料表面进行处理，这可能会对材料表面产生不利影响。同时反应的接枝率和功能基团与界面结合的牢固程度也会成为限制其使用的主要因素。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗菌聚氨酯纤维材料及其制备方法，用以解决现有技术在制备pu杀菌材料时存在抗菌剂与基体结合能力较弱的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将聚己内酯和4,4'-二苯基二异氰酸酯混合后进行第一预聚反应，反应结束后加入溴硝醇的有机溶液进行第二预聚反应，得到预聚体；

5、s2：将预聚体与扩链剂混合后，进行扩链和固化交联反应，得到具有本体抗菌性能的聚氨酯材料；

6、s3：将具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯共同溶解在有机溶剂中，得到纺丝液；将纺丝液通过纺丝工艺得到一种抗菌聚氨酯纤维材料。

7、进一步地，s1中，所述聚己内酯的分子量为1000～2000；所述聚己内酯使用前在100～120℃条件下，进行真空干燥1～2h。

8、进一步地，s1中，所述第一预聚反应的温度为80～90℃，所述第一预聚反应的时间为1～2h；所述第二预聚反应的温度为80～90℃，第二预聚反应的时间为0.5～2h；所述预聚反应中oh基团与nco基团的摩尔比为1：(1.01～1.09)。

9、进一步地，s2中，所述预聚体与扩链剂的质量比为(15～30)：1；所述扩链剂为1，4-丁二醇、1，6-己二醇或新戊二醇。

10、进一步地，s2中，所述固化交联反应的温度为70～90℃，固化交联反应时间为12～24h。

11、进一步地，s3中，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺；所述纺丝工艺为静电纺丝、湿法纺丝或干法纺丝。

12、进一步地，当所述纺丝工艺为静电纺丝时，静电纺丝的电压为15～25kv，所述纺丝液的固含量为15％～25％；当纺丝工艺为湿法纺丝或干法纺丝时，所述纺丝液的固含量为25％～35％。

13、进一步地，所述纺丝液中具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯的质量比为1：(0.5～2.0)。

14、进一步地，s3中，所述具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯使用前在60～80℃下，干燥12～24h。

15、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的一种抗菌聚氨酯纤维材料。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明公开了一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，首先通过聚合反应将抗菌剂引入聚氨酯结构之中，然后依托复合纺丝将其与tpu均匀混合，获得一种溴硝醇扩链且具备耐久安全特性的本体抗菌纤维或纤维膜；本发明采用经典的三步法制备聚氨酯材料，并且将小分子溴硝醇通过聚合反应，以扩链剂的形式引入聚氨酯的链段之中，相较于共混和化学接枝，得到的材料抗菌稳定性更好，并且最大限度的保持了聚氨酯材料自身的各项性能。最后，因为抗菌纤维材料以聚合反应的方式制备而成，因此使用过程中主要以接触的方式杀灭细菌，而不会出现抗菌剂的溶出与释放，提高了抗菌剂与基体的结合能力，极大的降低了对环境的污染和对人类健康的威胁，同时遵循了目前倡导的绿色化学理念，具有广泛的应用前景

18、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的抗菌聚氨酯纤维材料，从聚氨酯制备过程中材料的选择而言，以高反应活性的mdi作为聚氨酯的硬段，可以有效减少合成过程中催化剂的使用，使得该聚合反应更加绿色环保。另外，选用带有两个端羟基的溴硝醇，无需进行化学修饰，即可将羟基直接作为反应基团与异氰酸酯发生反应引入聚氨酯链段，进一步简化了材料制备过程中的反应步骤。

技术特征：

1.一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述聚己内酯的分子量为1000～2000；所述聚己内酯使用前在100～120℃下，真空干燥1～2h。

3.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述第一预聚反应的温度为80～90℃，所述第一预聚反应的时间为1～2h；所述第二预聚反应的温度为80～90℃，第二预聚反应的时间为0.5～2h；所述预聚反应中oh基团与nco基团的摩尔比为1：(1.01～1.09)。

4.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述预聚体与扩链剂的质量比为(15～30)：1；所述扩链剂为1，4-丁二醇、1，6-己二醇或新戊二醇。

5.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述扩链和固化交联反应的温度为70～90℃，扩链和固化交联反应时间为12～24h。

6.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺；所述纺丝工艺为静电纺丝、湿法纺丝或干法纺丝。

7.根据权利要求6所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，当所述纺丝工艺为静电纺丝时，静电纺丝的电压为15～25kv，所述纺丝液的固含量为15％～25％；当纺丝工艺为湿法纺丝或干法纺丝时，所述纺丝液的固含量为25％～35％。

8.根据权利要求7所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纺丝液中具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯的质量比为1：(0.5～2.0)。

9.根据权利要求1所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯在使用前在60～80℃条件下，干燥12～24h。

10.一种抗菌聚氨酯纤维材料，其特征在于，所述一种抗菌聚氨酯纤维材料采用权利要求1～9中任意一项所述的一种抗菌聚氨酯纤维材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种抗菌聚氨酯纤维材料及其制备方法，属于合成材料技术领域。本发明公开的方法将聚己内酯和4,4'‑二苯基二异氰酸酯混合后进行第一预聚反应，反应结束后加入溴硝醇的有机溶液进行第二预聚反应，得到预聚体；将预聚体与扩链剂混合后，进行扩链和固化交联反应，得到具有本体抗菌性能的聚氨酯材料；将具有本体抗菌性能的聚氨酯材料和聚氨酯共同溶解在有机溶剂中，得到纺丝液；将纺丝液通过纺丝工艺得到一种抗菌聚氨酯纤维材料。上述制备方法得到的抗菌聚氨酯纤维材料具有更好的抗菌稳定性，并且最大限度的保持了聚氨酯材料自身的各项性能。

技术研发人员：王京玉,谭淋,潘靖恺,龚达开,贾秋梓,张伟,宋悦
受保护的技术使用者：烟台泰和新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13