本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料及其制备工艺。
背景技术：
聚氨酯发泡材料已广泛地应用于人的日常家居生活中，如床垫、沙发、抱枕、汽车坐垫、枕头及软装等，大多是利用其多孔、富有弹性的特性给人以柔软舒适感而为之，但是现有的聚氨酯发泡材料虽能吸收水分却不易散发水分，因此极易纳污发臭繁殖病菌和滋生螨虫，不利于卫生，给人们的健康带来安全隐患。目前普遍采用太阳直晒的方式对聚氨酯发泡材料进行杀螨除菌，杀螨除菌效率低，且其效果维持的时间很短，无法从根本上杀菌和除螨。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，以缓解了现有聚氨酯发泡材料普遍采用太阳直晒的方式进行杀螨除菌，杀螨除菌效率低，且其效果维持的时间很短，无法从根本上杀菌和除螨的技术问题。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇900-1000份，异氰酸酯450-650份，扩链剂20-100份，水40-50份，硅油10-80份，锡催化剂2-3份，胺催化剂3-8份，活性炭30-100份，纳米二氧化钛50-100份，印楝素5-25份，螺螨脂5-25份，且印楝素和螺螨脂的质量比为(1-2)：(1-2)，优选为1:1。
进一步的，所述杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇920-980份，异氰酸酯500-600份，扩链剂40-80份，水40-50份，硅油30-60份，锡催化剂2-3份，胺催化剂4-6份，活性炭50-80份，纳米二氧化钛60-80份，印楝素10-20份，螺螨脂10-20份，且印楝素和螺螨脂的质量比为(1-2)：(1-2)，优选为1:1。
进一步的，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯中的至少一种，优选为甲苯二异氰酸酯。
进一步的，所述锡催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、草酸亚锡、二烷基二马来酸锡、二(十二烷基硫)二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的至少一种，优选为辛酸亚锡。
进一步的，所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺、n-丙基二乙醇胺、n-丁基二乙醇胺、二甲基乙醇胺中的至少一种，优选为二乙醇胺。
进一步的，所述胺催化剂选自二甲基乙醇胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙烯二胺、二烷基哌嗪、烷基咪唑和五甲基二乙烯三胺中的至少一种，优选为五甲基二乙烯三胺。
所述活性炭的粒径为200-300目，所述氧化锌的粒径为300-1000目。
本发明的目的之二在于提供上述杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，以缓解了现有聚氨酯发泡材料普遍采用太阳直晒的方式进行杀螨除菌，杀螨除菌效率低，且其效果维持的时间很短，无法从根本上杀菌和除螨的技术问题。
本发明提供的杀螨除均聚氨酯发泡材料的制备工艺，包括如下步骤：
(a)将聚醚多元醇、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素、螺螨脂、水和异氰酸酯混合均匀，进行聚合和发泡反应，生成杀螨除菌除臭聚氨酯发泡预聚物；
(b)将杀螨除菌聚氨酯除臭发泡预聚物、锡催化剂、扩链剂和胺催化剂混合均匀，进行聚合和发泡反应，即制得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料。
进一步的，在步骤(b)中，先将聚醚多元醇、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂混合均匀，再加入水和异氰酸酯混合均匀。
进一步的，上述杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，还包括设置于步骤(b)之后的步骤(c)，将杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行乳化和发白。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，使得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料不仅能够吸附甲醛气体，去除异味，净化空气，而且能够从根本上杀菌和除螨，从而为人们的健康提供保证。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，步骤简单，操作方便，能够节约大量的人力和物力，满足工业大生产的需要。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇900-1000份，异氰酸酯450-650份，扩链剂20-100份，水40-50份，硅油10-80份，锡催化剂2-3份，胺催化剂3-8份，活性炭30-100份，纳米二氧化钛50-100份，印楝素5-25份，螺螨脂5-25份，且印楝素和螺螨脂的质量比为(1-2)：(1-2)，优选为1:1。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，使得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料不仅能够吸附甲醛气体，去除异味，净化空气，而且能够从根本上杀菌和除螨，从而为人们的生活环境提供安全保证。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料能够用于床垫、沙发、抱枕和汽车坐垫等家居生活领域中，同时还能够用于家居装饰和车厢夹层等领域中。
在本发明中，聚醚多元醇的典型但非限制性的质量份数如为905、910、915、920、925、930、935、940、945、950、955、960、965、970、975、980、985、990或995份。
异氰酸酯的典型但非限制性的质量份数如为460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630或640份。
扩链剂的典型但非限制性的质量份数如为22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96或98份。
水的典型但非限制性的质量份数如为22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66或68份。
硅油的典型但非限制性的质量份数如为12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76或78份。
在本发明中，硅油作为表面活性剂，以使得各原料混合的更加均匀。
锡催化剂的典型但非限制性的质量份数如为2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8或2.9份。
胺催化剂的典型但非限制性的质量份数如为3.2、3.4、3.6、3.8、4、4.2、4.4、4.6、4.8、5、5.2、5.4、5.6、5.8、6、6.2、6.4、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.6或7.8份。
活性炭的典型但非限制性的质量份数如为32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96或98份。
活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，其比表面积在500-1700m2/g间，具有很强的吸附性能，能够有效吸附空气中的有毒有害气体。
在本发明的优选实施方式中，活性炭为200-300目颗粒状。
在本发明中，纳米二氧化钛的典型但非限制性的质量份数如为52、54、56、58、60、62、64、68、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94、96或98份。
纳米二氧化钛在光线中紫外线的作用下长久杀菌。实验证明，纳米二氧化钛可彻底地杀死恶性海拉细胞，对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉的杀灭率均达到98％以上。
在本发明中，印楝素的典型但非限制性的质量份数如为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24份。
印楝素存在于印楝树的种子、树叶及树皮中，是目前世界公认的广谱、高效、低毒、易降解、无残留的杀虫剂且没有抗药性，对几乎所有植物害虫、室内臭虫、跳蚤、苍蝇、蚊子等都具有驱杀效果，而且对人畜和周围环境无任何污染。
在本发明中，螺螨脂的典型但非限制性的质量份数如为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24份。
螺螨酯是一种全新结构，作用机理独特，能够抑制有害螨体内的脂肪合成，杀螨谱广，适应性强，卵幼兼杀，持续期长，低毒、低残留、安全性好，与其它抗螨剂混用无互抗性。
在本发明中，印楝素和螺螨酯的质量份数为(1-2)：(1-2)时，其杀螨除虫效果较好，尤其是当印楝素和螺螨酯的质量份数为1:1时，两者协同配合，其杀螨除虫效果更佳。
在本发明的优选实施方式中，异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯中的至少一种，优选为甲苯二异氰酸酯。
当异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯时，其所制得的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的强度更高，性能更优异。
在本发明的优选实施方式中，锡催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、草酸亚锡、二烷基二马来酸锡、二(十二烷基硫)二丁基锡或二醋酸二丁基锡中的至少一种。
在本发明中，通过选用锡催化剂能够显著提高聚醚多元醇与异氰酸酯进行聚氨酯化的进程，缩短制备周期，尤其是当锡催化剂为辛酸亚锡时，其聚氨酯化的反应进程更快，制备周期更短。
在本发明的优选实施方式中，所述扩链剂选自二乙醇胺、三乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺、n-丙基二乙醇胺、n-丁基二乙醇胺、二甲基乙醇胺中的至少一种，优选为二乙醇胺。
在本发明中，通过加入扩链剂，使得氨酯化反应进行的更加充分，所制得杀螨除菌聚氨酯材料的强度更高，性能更优异，尤其是当扩链剂为二乙醇胺时，效果更佳。
在本发明的优选实施方式中，胺催化剂选自二甲基乙醇胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙烯二胺、二烷基哌嗪、烷基咪唑和五甲基二乙烯三胺中的至少一种，优选为五甲基二乙烯三胺。
通过加入胺催化剂，使得胺催化剂与锡催化剂相互协同，使得氨酯化反应进行的效率更高，尤其是当胺催化剂为五甲基二乙烯三胺时，其催化效果更佳。
在本发明的优选实施方式中，活性炭的粒径为200-300目，纳米二氧化钛的粒径为300-1000目。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，包括如下步骤：
(a)将聚醚多元醇、异氰酸酯、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素、螺螨脂、水和异氰酸酯混合均匀，发生聚合和发泡反应，生成杀螨除菌除臭聚氨酯发泡预聚物；
(b)将杀螨除菌聚氨酯除臭发泡预聚物、锡催化剂、扩链剂和胺催化剂混合均匀，进行聚合和发泡反应，即制得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料。
本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，步骤简单，操作方便，能够节约大量的人力和物力，能够满足工业大生产的需要。
在本发明的优选实施方式中，在步骤(a)中，先将聚醚多元醇、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂混合均匀，再加入水和异氰酸酯混合均匀。
通过先将聚醚多元醇、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂混合均匀，使得纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂在活性炭的吸附作用下，均匀稳定吸附于活性炭上，从而使得活性炭在负载纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂同时均匀稳定悬浮于聚醚多元醇中；然后再加入异氰酸酯进行交联反应，以保证负载纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂的活性炭均匀稳定分散于生成的聚氨酯预聚物中。
在本发明的优选实施方式中，活性炭的粒径为200-300目，纳米二氧化钛为300-1000目，印楝素和螺螨脂的粒径为500-800目。
在本发明的优选实施方式中，将聚醚多元醇、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂混合均匀后，在室温下保持恒温，并持续搅拌，再加入异氰酸酯并持续搅拌分散，生成杀螨除菌除臭聚氨酯预聚物。
在本发明的优选实施方式中，在步骤(a)中，聚合和发泡反应在搅拌器的搅拌下混合均匀，进行发泡反应，其搅拌器的转速为4500-5500r/min，反应时间为2-3s。
需要说明的是，在进行发泡反应时，本领域技术人员可以根据需要加入适量常规发泡剂，在此不再赘述。
在本发明的优选实施方式中，还包括设置于步骤(b)之后的步骤(c)，将杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行乳化和发白。
步骤(c)在发泡箱中进行，通过对杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行乳化和发白，使得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的性能更加优异。
在本发明的优选实施方式中，乳化和发白的时间为60-150s。
为了便于理解，下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案作进一步描述。
实施例1
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇900份，二苯基甲烷二异氰酸酯650份，二甲基乙醇胺20份，水50份，硅油10份，二丁基锡二月桂酸酯2份，二甲基乙醇胺3份，活性炭100份，纳米二氧化钛5份，印楝素5份，螺螨脂5份。
实施例2
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇1000份，乙二异氰酸酯450份，n-甲基二乙醇胺100份，水40份，硅油80份，草酸亚锡3份，三乙基二胺8份，活性炭30份，纳米二氧化钛100份，印楝素25份，螺螨脂25份。
实施例3
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇920份，甲苯异氰酸酯600份，三乙醇胺40份，水48份，硅油30份，辛酸亚锡3份，二烷基哌嗪4份，活性炭80份，纳米二氧化钛60份，印楝素20份，螺螨脂20份。
实施例4
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇980份，甲苯二异氰酸酯500份，二乙醇胺80份，水42份，硅油60份，辛酸亚锡2份，五甲基二乙烯三胺60份，活性炭50份，纳米二氧化钛80份，印楝素10份，螺螨脂10份。
实施例5
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇950份，甲苯二异氰酸酯550份，二乙醇胺60份，水45份，硅油45份，辛酸亚锡2份，五甲基二乙烯三胺5份，活性炭70份，纳米二氧化钛70份，印楝素20份，螺螨脂10份。
实施例6
本实施例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：聚醚多元醇950份，甲苯二异氰酸酯550份，二乙醇胺60份，水45份，硅油45份，辛酸亚锡2份，五甲基二乙烯三胺5份，活性炭70份，纳米二氧化钛70份，印楝素15份，螺螨脂15份。
上述实施例1-6所提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺，按照如下步骤进行：
(a)先将聚醚多元醇、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂混合均匀，再加入水和异氰酸酯混合均匀，发生聚合和聚合反应，生成杀螨除菌聚氨酯除臭发泡预聚物；
(b)将杀螨除菌除臭聚氨酯发泡预聚物、锡催化剂、扩链剂和胺催化剂混合均匀，进行聚合和发泡反应，即制得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料。
(c)将所制得的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行乳化和发白。
对比例1
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，活性炭为10份，纳米二氧化钛为30份，印楝素和螺螨脂均为50份。
对比例2
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，活性炭为140份，纳米二氧化钛氧化锌为30份，印楝素和螺螨脂均为2份。
对比例3
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，未添加活性炭。
对比例4
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，未添加纳米二氧化钛。
对比例5
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，未添加螺螨脂。
对比例6
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，未添加印楝素。
对比例7
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，印楝素为5份，螺螨脂为20份，两者的质量比为1:4。
对比例8
本对比例提供了一种杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，本对比例与实施例6的不同之处在于，未添加活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂。
上述对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的制备工艺同实施例6，在此不再赘述。
将上述实施例1-6和对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行泡孔结构、拉伸强度、压缩强度、缺口冲击强度、甲醛吸附值和异味去除效果测试，测试结果如表1所示：
表1杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料性能数据表
从表1可以看出实施例1-6提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，所得到的聚氨酯发泡材料孔泡较规则、致密，拉伸强度均高于20mpa，压缩强度大于250kpa，缺口冲击强度高于135kj/m2，游离甲醛吸附值大于7mg/g，去除异味效果明显，这说明本发明题提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料机械性能优异，对甲醛和异味的吸附能力强，能够有效净化空气，为人们生活环境的安全性提供保证。
通过实施例1-6与对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料在拉伸强度、压缩强度和缺口冲击强度方面的对比可以看出，实施例1-6提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的机械性能与对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的机械性能无明显差异，这说明在原料中加入活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂不会影响聚氨酯发泡材料的机械性能，但是从游离甲醛吸附值和异味去除效果方面的对比可以看出，本发明实施例1-6提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的甲醛吸附值均高于7mg/g，异味去除效果明显，而对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料的甲醛吸附值均低于7mg/g，异味去除效果很较差，甚至对比例9提供的未添加活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂的聚氨酯发泡材料的甲醛吸附值小于0.5mg/g异味去除完全无效果，这说明实施例1-6提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，使其能够有效吸附空气中的甲醛气体，去除异味，从而有效净化空气，为人们健康的生活环境提供保证。
将上述实施例1-6和对比例1-8提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料进行抑菌率、驱螨率和抑螨率测试，并在室温下放置90天后重新进行抑菌率、驱螨率和抑螨率测试，测试结果如表2所示：
表2杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料杀螨除菌性能数据表
从表2可以看出，实施例1-6提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料与对比例1-8的对比可以看出，本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，所制得的聚氨酯发泡材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率为95％以上，对大肠杆菌的抑菌率为91％以上，对白色念球菌的抑菌率为90％以上，驱螨率为90％以上，抑螨率为92％以上，且90天后的测试结果无明显差异，这说明本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料不仅能够有效抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌和螨虫的存活和繁殖，且效果持久，能够从根本上杀菌和除螨，从而为人们的健康提供保证。
综上，本发明提供的杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料，通过聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、水、硅油、锡催化剂、胺催化剂、活性炭、纳米二氧化钛、印楝素和螺螨脂协同反应，使得杀螨除菌除臭聚氨酯发泡材料不仅能够吸附甲醛气体，去除异味，净化空气，而且能够从根本上杀菌和除螨，从而为人们的健康提供保证。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。