本技術(shù)涉及聚氨酯材料，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚氨酯(簡(jiǎn)稱(chēng)pu)全稱(chēng)為聚氨基甲酸酯，是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的統(tǒng)稱(chēng)。聚氨酯可通過(guò)改變?cè)系姆N類(lèi)和化學(xué)結(jié)構(gòu)、規(guī)格指標(biāo)、配方比例制造出具有各種性能的不同制品，是各種高分子材料中唯一一種在塑料、橡膠、泡沫、纖維、涂料、膠粘劑和功能高分子七大領(lǐng)域均有重大應(yīng)用價(jià)值的有機(jī)合成材料，已成為當(dāng)前高分子材料中品種最多、用途最廣、發(fā)展最快的特種有機(jī)合成材料。

2、聚氨酯(pu)材料具有制作工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)輕、手感好等特點(diǎn)，特別適合作為玩具使用。但材料本身顏色單一，通常需要額外添加顏料賦予其更豐富的顏色。傳統(tǒng)的著色方法，著色劑與pu的相容性較差，需要加入助劑以提高分散性，同時(shí)需要保證聚合物體系穩(wěn)定。傳統(tǒng)顏料的顏色來(lái)自有機(jī)結(jié)構(gòu)中的顯色基團(tuán)，長(zhǎng)期使用會(huì)褪色，造成聚氨酯色澤不均勻，使用性能下降，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成不同程度的污染，同時(shí)目前的聚氨酯玩具的抗菌性能差，不很好的保護(hù)小孩免受細(xì)菌的危害。

3、因此，開(kāi)發(fā)一種新型的顏色穩(wěn)定、具有抗菌功能、回彈率好的聚氨酯材料以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本技術(shù)提供了一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料及其制備方法與應(yīng)用，本技術(shù)制備的結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)生色性、疏水性能、抗菌性能及機(jī)械性能。廣泛應(yīng)用于兒童玩具和工藝品。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料，采用如下技術(shù)方案：

3、一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，制備原料包括：聚四氫呋喃醚二醇60-65份、多異氰酸酯20-25份、結(jié)構(gòu)色二氧化硅2-3份、擴(kuò)鏈劑6-8份、催化劑0.1-0.3份、抗菌劑0.5-0.8份、n,n-二甲基甲酰胺40-50份，其中，所述抗菌劑為改性銀銅鋅摻雜二氧化硅。

4、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，聚四氫呋喃醚二醇：作為主要的聚合物基體，提供聚氨酯材料的彈性和柔軟性。多異氰酸酯：與聚四氫呋喃醚二醇發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚氨酯材料的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高材料的強(qiáng)度和耐久性。結(jié)構(gòu)色二氧化硅：通過(guò)不同顏色的結(jié)構(gòu)色二氧化硅微球賦予材料特定的顏色，提高材料的視覺(jué)吸引力。擴(kuò)鏈劑：用于控制聚氨酯材料的分子量和交聯(lián)密度，影響材料的力學(xué)性能。催化劑：促進(jìn)聚合反應(yīng)的進(jìn)行，加快固化速度?？咕鷦焊男糟y銅鋅摻雜二氧化硅具有抗菌性能，有效抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)，提高材料的抗菌性能。n,n-二甲基甲酰胺：作為溶劑，幫助各組分充分溶解反應(yīng)并混合均勻。通過(guò)以上組分的作用和協(xié)同作用，制備的結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料具有優(yōu)異的性能，適用于兒童玩具和工藝品的制造。

5、優(yōu)選的，所述改性銀銅鋅摻雜二氧化硅的制備方法，包括以下步驟：

6、s21、室溫下，將200ml硅酸四正丁酯加入到300ml乙醇，攪拌20min，形成溶液a；

7、s22、將0.9g硝酸銀、12g硝酸鋅和6g硝酸銅加入到由200ml乙醇、15ml醋酸和90ml水組成的溶液中，形成溶液b；

8、s23、將溶液b逐滴滴加到溶液a中，攪拌30min，升溫至40℃，靜置陳化10h，然后離心分離，洗滌，在95℃下，烘干10h，最后在550℃下煅燒2.5h，冷卻，進(jìn)行研磨處理，獲得銀銅鋅摻雜二氧化硅；

9、s24、將0.5gγ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷與50g乙醇和30g水混合，攪拌均勻，得到混合物c；

10、s25、將獲得銀銅摻雜二氧化硅加入到混合物c，然后升溫至45℃，以300r/min轉(zhuǎn)速攪拌90min，最后過(guò)濾、洗滌、在80℃下干燥、研磨，即得改性銀銅鋅摻雜二氧化硅，所述改性銀銅摻雜二氧化硅粒徑為80-120nm。

11、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在改性銀銅鋅摻雜二氧化硅的制備步驟中，通過(guò)將銀、銅、鋅等金屬離子摻雜到二氧化硅中，利用不同金屬離子的抗菌作用，提高了二氧化硅的抗菌性能。同時(shí)，通過(guò)添加γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷實(shí)現(xiàn)對(duì)銀銅鋅摻雜二氧化硅的改性處理，提高了其分散性和相容性，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的抗菌性能。改性銀銅鋅摻雜二氧化硅的粒徑為80-120nm，這個(gè)范圍內(nèi)的顆粒大小可以提供更大的比表面積，有利于抗菌活性的展現(xiàn)。同時(shí)，粒徑的控制有助于提高改性銀銅鋅摻雜二氧化硅與其他原料的相容性，促進(jìn)其在聚氨酯材料中的均勻分散。綜上所述，通過(guò)所述改性銀銅鋅摻雜二氧化硅的制備方法，實(shí)現(xiàn)了銀銅鋅摻雜二氧化硅的改性，提高了其抗菌性能，并且粒徑的控制有助于提高材料的性能和應(yīng)用效果。

12、優(yōu)選的，所述結(jié)構(gòu)色二氧化硅的制備方法，包括以下步驟：

13、s31、將無(wú)水乙醇和正硅酸乙酯混合，攪拌均勻，得到a組分；

14、s32、將無(wú)水乙醇、氨水和去離子水混合均勻，得到b組分；

15、s33、將a組分加入反應(yīng)器中，在1200r/min、32℃下快速倒入b組分?jǐn)嚢?-2min后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為300r/min，反應(yīng)2-3h，反應(yīng)結(jié)束后，在10000r/min下離心10min，取下層沉淀使用無(wú)水乙醇洗滌3次，在60℃真空干燥箱中干燥3-4h后，進(jìn)行研磨，得到單分散二氧化硅微球；

16、s34、取10ml1mol/l的ph＝8.5的三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽緩沖液與1000ml去離子水，加入1g單分散二氧化硅微球，超聲至分散均勻，得到混合液，再將混合液倒入反應(yīng)器中，在300r/min、30℃下加入0.3g鹽酸多巴胺，反應(yīng)20-24h，產(chǎn)物使用去離子水洗滌3次，抽濾，在60℃真空干燥箱中干燥24h，研磨，得到結(jié)構(gòu)色二氧化硅。

17、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，在結(jié)構(gòu)色二氧化硅的制備過(guò)程中，單分散二氧化硅微球的制備通過(guò)特定的溶劑和反應(yīng)條件控制，得到不同粒徑的二氧化硅微球。這些微球可以通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)獲得不同顏色的結(jié)構(gòu)色二氧化硅，如藍(lán)色、綠色、紅色等。這種結(jié)構(gòu)色二氧化硅的引入可以賦予聚氨酯材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)生色性，增加其美觀(guān)性和裝飾性。另外，在制備過(guò)程中加入鹽酸多巴胺進(jìn)行反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硅微球表面的改性處理，增加其表面活性位點(diǎn)，有助于結(jié)構(gòu)色二氧化硅的分散性和穩(wěn)定性。這樣的改性處理有利于將結(jié)構(gòu)色二氧化硅均勻、穩(wěn)定地分散在聚氨酯材料中，提高材料的整體性能。結(jié)構(gòu)色二氧化硅通過(guò)其微觀(guān)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顏色，這種結(jié)構(gòu)性色彩是由于周期性結(jié)構(gòu)對(duì)光的散射和干涉造成的。在聚氨酯材料中，這些微球可以根據(jù)不同粒徑展現(xiàn)不同的顏色(如藍(lán)色、綠色、紅色)，從而賦予材料本身具有的而非外加色素或染料的鮮艷色彩。結(jié)構(gòu)色二氧化硅的表面處理可以增強(qiáng)材料的疏水性，這有助于降低聚氨酯材料表面對(duì)水的親和性，提高材料的耐水性和防污性能。添加結(jié)構(gòu)色二氧化硅的聚氨酯材料在回彈性、抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能上有所改善。這是由于二氧化硅微球作為增強(qiáng)填料，能夠分散應(yīng)力，提升整體材料的力學(xué)性質(zhì)。因此，在所述結(jié)構(gòu)色二氧化硅的制備方法中，單分散二氧化硅微球的制備和鹽酸多巴胺的引入相互協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色二氧化硅的制備，為結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料的性能提升提供了基礎(chǔ)。

18、優(yōu)選的，在步驟s31中，所述無(wú)水乙醇和正硅酸乙酯的用量比為：45.50ml：2.5-6.50ml。

19、優(yōu)選的，在步驟s32中，所述無(wú)水乙醇、氨水和去離子水的用量比為：16.26ml：9.0ml：24.75ml，所述氨水的質(zhì)量濃度為27％。

20、優(yōu)選的，所述擴(kuò)鏈劑由1,4-丁二醇、乙二醇和對(duì)苯二酚二羥乙基醚以質(zhì)量份數(shù)比5:2:3組成。

21、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，1,4-丁二醇：作為一種短鏈二元醇，能夠與多異氰酸酯發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成聚氨酯鏈條的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，有助于提高材料的硬度和耐磨性。乙二醇：作為另一種短鏈二元醇，可以調(diào)節(jié)聚氨酯材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和彈性模量，影響材料的柔軟度和彎曲性能。對(duì)苯二酚二羥乙基醚：作為一種帶有雙羥基的芳香族單體，具有良好的阻燃性能和耐候性，可以增加聚氨酯材料的抗氧化性和熱穩(wěn)定性。這些成分在擴(kuò)鏈劑中的比例組合能夠相互協(xié)同作用，綜合調(diào)節(jié)聚氨酯材料的結(jié)構(gòu)性能、疏水性能、抗菌性能和機(jī)械性能，使得材料具有優(yōu)越的整體性能。通過(guò)合理設(shè)計(jì)擴(kuò)鏈劑的成分比例，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料在兒童玩具和工藝品等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并進(jìn)一步提高材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

22、優(yōu)選的，所述催化劑由二月桂酸二丁基錫和三苯基鉍以質(zhì)量份數(shù)比5:2組成。

23、通過(guò)采用上述技術(shù)方案，二月桂酸二丁基錫：作為一種有機(jī)錫化合物，主要起到催化劑的作用。在聚氨酯材料的合成反應(yīng)中，二月桂酸二丁基錫可以促進(jìn)多異氰酸酯與聚四氫呋喃醚二醇之間的縮聚反應(yīng)，加速聚合物的形成過(guò)程，有助于提高反應(yīng)速率和材料的生產(chǎn)效率。三苯基鉍：作為一種有機(jī)鉍化合物，可與二月桂酸二丁基錫協(xié)同作用，進(jìn)一步促進(jìn)聚氨酯的合成反應(yīng)。三苯基鉍在縮聚反應(yīng)中可能提供額外的催化活性，有助于確保反應(yīng)的順利進(jìn)行，同時(shí)還可能改善聚氨酯材料的性能。這兩種催化劑的質(zhì)量份數(shù)比為5：2，通過(guò)合理的配比和協(xié)同作用，能夠有效地促進(jìn)結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料的合成反應(yīng)，提高材料的結(jié)構(gòu)生色性、疏水性能、抗菌性能和機(jī)械性能。催化劑的選擇和使用對(duì)于聚氨酯材料的制備過(guò)程至關(guān)重要，能夠影響材料的質(zhì)量和性能，確保最終產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有優(yōu)良的性能和廣泛的應(yīng)用前景。

24、優(yōu)選的，所述多異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯。

25、第二方面，本技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

26、作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本技術(shù)還提供上述一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料的制備方法，包括以下步驟：

27、按質(zhì)量份數(shù)，將聚四氫呋喃醚二醇、多異氰酸酯和n,n-二甲基甲酰胺放入反應(yīng)器中，在70℃、200r/min的反應(yīng)條件下，加入催化劑，反應(yīng)2.5?-3h后，將結(jié)構(gòu)色二氧化硅和抗菌劑加入，再加入擴(kuò)鏈劑反應(yīng)30-40min，將反應(yīng)物倒入規(guī)格為100mm×100mm×5mm的聚四氟乙烯模具，在110℃真空干燥箱中進(jìn)行熟化，質(zhì)量不變后降溫至90℃繼續(xù)熟化5-6h，結(jié)束后通過(guò)熱壓消除氣泡，得到結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料。

28、第三方面，本技術(shù)提供一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料的應(yīng)用，采用如下的技術(shù)方案：

29、作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本技術(shù)還提供上述一種結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料在在玩具、工藝品中的應(yīng)用。

30、綜上所述，本技術(shù)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

31、1.結(jié)構(gòu)生色性：通過(guò)添加結(jié)構(gòu)色二氧化硅，在材料中實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)色效應(yīng)，使得材料具有獨(dú)特的色彩和外觀(guān)。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)色二氧化硅的類(lèi)型和添加量，可以實(shí)現(xiàn)不同顏色的材料，增強(qiáng)了材料的裝飾性和美觀(guān)性。

32、2.抗菌性能：采用改性銀銅鋅摻雜二氧化硅作為抗菌劑，通過(guò)改性提升了銀銅鋅摻雜二氧化硅的相容性和分散性，有效提高了聚氨酯材料的抗菌性能。這種抗菌效果有助于抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)，增強(qiáng)了材料的衛(wèi)生性和安全性。

33、3.疏水性能：結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料在制備過(guò)程中考慮到疏水性能，這有助于材料表面對(duì)水和污漬的抵抗能力，提高了材料的耐污性和易清潔性，適用于長(zhǎng)期使用。

34、4.機(jī)械性能：結(jié)構(gòu)生色抗菌的聚氨酯材料在配方中考慮了不同原料的比例和作用，以及添加擴(kuò)鏈劑等輔助劑，從而使材料具有良好的機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、韌性和耐磨性等方面，適用于各種兒童玩具和工藝品的制作。

35、5.安全性與環(huán)保性：該材料不含有毒有害的重金屬和揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)，特別適合用于兒童玩具和工藝品等需要高安全標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

36、6.美觀(guān)性：由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)生色特性，可以設(shè)計(jì)出多種顏色的聚氨酯材料，滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的審美需求，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)吸引力。