[发明专利]一种有机硅季铵盐改性聚氨酯及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种有机硅季铵盐改性聚氨酯及其制备方法与应用，所述的有机硅季铵盐改性聚氨酯由有机硅季铵盐、聚醚多元醇或聚酯多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂、扩链剂、消泡剂和固化剂制得；其中有机硅季铵盐的结构如式1所示。本发明首先制备一种有机硅季铵盐，再将其接枝在聚氨酯支链上。由于支链有机硅易迁移到材料表面，与之相连的季铵盐也随之在表面富集，增加了与细菌的接触，提高了抗菌效果，并可减少抗菌剂的使用量，节约成本。此外，支链有机硅比接在主链的有机硅更能有效提高材料表面的疏水性，有利于保持材料表面干燥，从而减少细菌、病毒等微生物的滋生。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种有机硅季铵盐改性聚氨酯及其制备方法与应用。

背景技术

聚氨酯具有耐磨、抗撕裂、抗曲挠性好，便于加工、价格低廉等优点，可应用于医用材料、家电、玩具、通讯产品、厨房用具等多种领域。然而，由于聚氨酯大分子中的聚醚或聚酯链段可成为微生物生长的碳源，导致聚氨酯制品在使用或存放过程中，会在适宜的温度和湿度条件下引起细菌滋生，这对人类的生命健康造成威胁。

为克服上述缺点，常采用抗菌剂对聚氨酯进行改性，以制备抗菌聚氨酯材料。

季铵盐是一类广谱、高效的杀菌剂，用季铵盐对聚氨酯进行改性，可有效增强聚氨酯的抗菌性。有机硅具有低表面能、疏水性好的特点，可降低材料表面的吸水性，有利于保持材料表面干燥，从而减少细菌等微生物的生长繁殖。因此，将季铵盐和有机硅结合，制备有机硅季铵盐，并用于聚氨酯的改性，可增强聚氨酯材料的抗菌能力。

例如：浙江大学张文涛等利用自制的双羟基封端剂MTS、2,4,6-三(3-氯丙基)-2,4,6-三甲基-环三硅氧烷和八甲基环四硅氧烷(D4)，通过开环共聚得到含氯丙基双羟基封端聚硅氧烷，后经季铵化反应向有机硅链引入具有杀菌性能的季铵盐基团，并通过羟基与异氰酸酯反应合成聚氨酯。结果表明：季铵盐含量为20％时，聚氨酯不仅具有低表面能特性，而且对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的杀菌率都能到达90％以上。

上述方案的制备过程复杂，对反应条件要求高，使用试剂多，不环保，且有机硅嵌在聚氨酯的主链上，降低表面能的效果一般。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗菌性能和表面性能都有所改善的有机硅季铵盐改性聚氨酯。通过合成一种新型有机硅季铵盐，将其接枝在聚氨酯支链上。由于有机硅易迁移到材料表面，与之相连的季铵盐也随之在表面富集，增加了与细菌的接触，提高了抗菌效果，并可减少抗菌剂的使用量，节约成本。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种有机硅季铵盐改性聚氨酯，由以下重量份的原料组分制得：

5～30份有机硅季铵盐、100份聚醚多元醇或聚酯多元醇、11.2～50份二异氰酸酯、0.1～0.5份有机金属催化剂、0～5份扩链剂、0.1～2.0份消泡剂，3～17份固化剂。

所述的有机硅季铵盐，其结构如式1所示：

其中，所述的R₁为

中的一种；

所述的X为卤素，优选F、Cl、Br或I；

所述的m＝4～65，n＝0～3，p为12、14或16。

所述的有机硅季铵盐，其分子结构中只有一个羟基，故其与异氰酸酯反应的部位只有一端，使其必然接在聚氨酯的支链上。

上述有机硅季铵盐的制备方法包含以下步骤：