CN114163805A - 一种海藻酸盐抗菌外表面改性tpu挤出线材及其制备方法 - Google Patents
一种海藻酸盐抗菌外表面改性tpu挤出线材及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材及其制备方法，该线材包括如下质量组分：二异氰酸酯30‑50%、多元醇40‑70%、聚丙烯5‑20%、扩链剂5‑10%、海藻酸盐5‑10%、催化剂0‑1%，采用同向双螺杆或单螺杆挤出机进行共混挤出加工，并通过第2/3节尾端单螺杆侧喂技术实现抗菌成分海藻酸盐主要积聚在线材外表面，使得与人体组织接触的外表面具有优异抗菌性和生物亲和性的同时，不影响线材主体TPU材料的优良的机械性能、并具有加工流动性好，适宜挤出成型等特性，具有良好的生物相容性，对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率达到90％以上，可以广泛用于各类医疗卫生场景中。
Description
技术领域
本发明涉及一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材及其制备方法，属于医用高分子材料及制品领域。
背景技术
TPU材料因其优秀的可加工性、机械性能、弹性，已逐渐取代传统塑料如PE、PVC等成为挤出线材领域的主流材料之一。然而，针对医用线材的特殊性能需求，如生物组织亲和力、抗菌性等，TPU材料的改性及加工技术、配方等还尚不如传统高分子材料成熟可靠，尤其是医用材料及器械中非常重要的抗菌性能，对TPU材料改性技术手段还有很大的发展空间。
结合近年来生物质分子抗菌技术的发展，利用壳聚糖、海藻酸钠等天然多糖优异的抗菌性改性的高分子材料已成为抗菌改性技术及配方的重要方案，因此，天然多糖改性医用TPU材料也自然成为一种本专业技术人员易于想见的一种技术手段：例如中国发明专利CN106939122A公开了一种加入壳聚糖改性TPU材料及其挤出线材的制备方法。
但是天然多糖基本都为水溶性高分子，与TPU材料相容性非常差，直接加入材料基体并均匀分散会严重影响TPU材料的机械性能和加工性，此外多糖抗菌成分只有分布在在线材表面才能发挥抗菌作用，而在基质材料内均匀分布则意义不大，不但影响性能且不能有效发挥抗菌作用，并徒增成本。
发明内容
本发明的目的是为解决上述天然多糖改性TPU导致性能下降且抗菌效能不足的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，包括如下组分：
进一步地，所述多元醇为聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚丁二烯多元醇和聚四亚甲基醚二醇五种聚合物多元醇中的一种或多种；所述聚合物多元醇的数均分子量为1000-5000。
进一步地，所述二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步地，所述扩链剂为含有2-10个碳原子的小分子二醇。
进一步地，所述海藻酸盐为海藻酸钠和/或海藻酸钙。
进一步地，所述催化剂为有机铋催化剂。
进一步地，所述海藻酸盐主要分布在线材外表面，使其抗菌效果更佳。
进一步地，所述海藻酸盐在线材外层0.2mm厚度范围内的含量占其总份量的70％以上。
第二方面，本发明提供一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材的制备方法得到，包括如下步骤：(1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯和扩链剂加入反应釜中，在85-105℃温度下搅拌30-60分钟后，经混合配料***注入单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机；(2)同时在单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；(3)在单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机的套筒组合的节数的第2/3节处加装侧喂进料套筒，所述第2/3节为四舍五入取整值；(4)通过所述侧喂进料套筒喂入相应份量的海藻酸盐组份。
根据理论分析和前期大量实验验证，侧面喂入物料时，由于机筒中的物料已经充分塑化，流动性较好，刚刚喂入的物料需要一定时间塑化，而在流动性较差的时候，会由于推进速度较慢，集中在筒腔外侧，因此与主物料构成芯壳结构的分层，而大约1/3段行程后，侧喂料也将充分塑化，此时从模头挤出将得到塑型良好的产品，过早喂入会导致充分共混，芯壳结构消失，过晚喂入会导致辅料塑化不充分，挤出型材不良。
具体地，如果单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机套筒组合的节数为8节，则8*2/3≈5.33，四舍五入取整数为5，即所述侧喂进料套筒设于所述单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机的第5节套筒处。
进一步地，步骤(3)中所述单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机套筒组合的节数为6节，所述侧喂进料套筒设于所述单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机的第4节套筒处。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
抗菌成分海藻酸盐主要积聚在线材外表面，使得与人体组织接触的外表面具有优异抗菌性和生物亲和性的同时，不影响线材主体TPU材料的优良的机械性能、并具有加工流动性好，适宜挤出成型等特性；具有良好的生物相容性，线材外表面对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率≥90％，可以广泛使用于各类日用家化、医疗卫生等场景中。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明，本发明的应用并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通都将落入本发明的保护范围。
实施例1：
一种海藻酸盐外表面改性TPU挤出线材，包含以下组分：
| 组分名称 | 质量百分比(％) |
| 二异氰酸酯 | 45％ |
| 多元醇 | 40％ |
| 聚丙烯 | 5％ |
| 扩链剂 | 5％ |
| 海藻酸钠 | 5％ |
| 催化剂 | 0.5％ |
按以下步骤加工挤出线材：(1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯、扩链剂加入反应釜中，在85℃温度下搅拌30分钟后，经混合配料***注入同向双螺杆挤出机；(2)同时在同向双螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；(3)选用6套筒同向双螺杆挤出机，在第四套筒处采用侧喂进料套筒，喂入相应份量的海藻酸钠组份。
最终挤出成型线材经测，线材外层0.2mm厚度范围内多糖含量占其总份量的92±2％，对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率达到95±2％。
实施例2：
一种海藻酸盐外表面改性TPU挤出线材，包含以下组分：
| 组分名称 | 质量百分比(％) |
| 二异氰酸酯 | 30％ |
| 多元醇 | 40％ |
| 聚丙烯 | 20％ |
| 扩链剂 | 10％ |
| 海藻酸钠 | 10％ |
| 催化剂 | 0.5％ |
按以下步骤加工挤出线材：(1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯、扩链剂加入反应釜中，在105℃温度下搅拌30分钟后，经混合配料***注入同向双螺杆挤出机；(2)同时在同向双螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；(3)选用8套筒同向双螺杆挤出机，在第五套筒处采用侧喂进料套筒，喂入相应份量的海藻酸钠组份。
最终挤出成型线材经测，线材外层0.2mm厚度范围内多糖含量占其总份量的90±2％，对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率达到90±2％。
实施例3：
一种海藻酸盐外表面改性TPU挤出线材，包含以下组分：
| 组分名称 | 质量百分比(％) |
| 二异氰酸酯 | 50％ |
| 多元醇 | 32％ |
| 聚丙烯 | 6％ |
| 扩链剂 | 6％ |
| 海藻酸钠 | 6％ |
| 催化剂 | 0.5％ |
按以下步骤加工挤出线材：(1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯、扩链剂加入反应釜中，在95℃温度下搅拌40分钟后，经混合配料***注入单螺杆挤出机；(2)同时在单螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；(3)选用12套筒单螺杆挤出机，在第八套筒处采用侧喂进料套筒，喂入相应份量的壳聚糖组份。
最终挤出成型线材经测，线材外层0.2mm厚度范围内多糖含量占其总份量的82±2％，对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率达到85±2％。
实施例4：
一种海藻酸盐外表面改性TPU挤出线材，包含以下组分：
| 组分名称 | 质量百分比(％) |
| 二异氰酸酯 | 40％ |
| 多元醇 | 40％ |
| 聚丙烯 | 8％ |
| 扩链剂 | 2％ |
| 海藻酸钠 | 5％ |
| 海藻酸钙 | 5％ |
| 催化剂 | 0.5％ |
按以下步骤加工挤出线材：(1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯、扩链剂加入反应釜中，在100℃温度下搅拌50分钟后，经混合配料***注入单螺杆挤出机；(2)同时在单螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；(3)选用6套筒单螺杆挤出机，在第四套筒处采用侧喂进料套筒，喂入相应份量的海藻酸钙5％、海藻酸钠5％组份。
最终挤出成型线材经测，线材外层0.2mm厚度范围内多糖含量占其总份量的82±2％，对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等三种典型菌抑菌率达到85±2％。
以上所述，仅是本发明的原理示意方案，并非对本发明的结构作其它形式上的限制。未表述的部分默认为采用本领域公知的方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，包括如下组分：
组分 质量百分比
二异氰酸酯 25-50%
多元醇 20-70%
聚丙烯 5-20%
扩链剂 1-10%
海藻酸盐 5-10%
催化剂 0-1% 。
2.根据权利要求1所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述多元醇为聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚丁二烯多元醇和聚四亚甲基醚二醇五种聚合物多元醇中的一种或多种；所述聚合物多元醇的数均分子量为1000-5000。
3.根据权利要求1所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述扩链剂为含有2-10个碳原子的小分子二醇。
5.根据权利要求1所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述海藻酸盐为海藻酸钠和/或海藻酸钙。
6.根据权利要求1所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述催化剂为有机铋催化剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述海藻酸盐主要分布在线材外表面。
8.根据权利要求7所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材，其特征在于，所述海藻酸盐在线材外层0.2mm厚度范围内的含量占其总份量的70%以上。
9.一种海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将聚酯多元醇、二异氰酸酯和扩链剂加入反应釜中，在85-105℃温度下搅拌30-60分钟后，经混合配料***注入单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机；（2）同时在单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机喂料口通过微量注射泵加入催化剂；（3）在单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机的套筒组合的节数的第2/3节处加装侧喂进料套筒，所述第2/3节为四舍五入取整值；（4）通过所述侧喂进料套筒喂入相应份量的海藻酸盐组份。
10.根据权利要求9所述的海藻酸盐抗菌外表面改性TPU挤出线材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机套筒组合的节数为6节，所述侧喂进料套筒设于所述单螺杆挤出机或同向双螺杆挤出机的第4节套筒处。
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