抗菌防霉聚氨酯沙发革的研制

抗菌防霉聚氨酯沙发革的研制
摘要：抗菌防霉聚氨酯沙发合成革是在聚氨酯合成革的基础上通过添加特殊选择的高效抗菌防霉材料，使产品具有长效永久的抗菌防霉性能。同时该产品采用特殊的聚氨酯树脂和优质的基布研制而成，具有撕裂强度高、耐磨耐刮好等优良的物理机械性能，手感柔韧，弹性佳，耐用性好，适用于高档沙发家俱的真皮替代材料。
   关键词：抗菌；防霉；聚氨酯；沙发革
   聚氨酯（PU）合成革是一类具有特殊性能的高分子材料，经过几十年的研究开发，其突出的耐磨性、强度和韧性、耐溶剂性、耐油性、高裁剪率等优异性能，被广泛应用在运动休闲鞋、皮鞋、皮革衣服、箱包、沙发（家具）、腰带、票夹、文具、汽车内饰等用途，是理想的天然皮革替代产品。然而，近年来由于加工过程、使用方法或放置贮存条件不当，聚氨酯合成革在制成成品使用时间不久，革表面就出现霉变、龟裂现象，以至无法使用而失去价值。究其原因，其中最主要的就是微生物(霉菌和细菌)在适宜条件下，在聚氨酯表面上长霉，且由于霉菌分泌物引起高聚物的生物降解，使得聚氨酯皮膜上布满小裂纹[1]。
   随着社会的发展，人们对家具皮革制品的需求不断增加，但无论是真皮还是替代真皮的聚氨酯合成革产品，一般不具备抗菌防霉的功能，我们使用的沙发或其它产品会沾染对人体有害的细菌，而且会在上面继续繁殖增多，再通过人体的接触交叉感染，不断传播，对健康造成危害。因此抗菌防霉不仅局限于天然皮革的应用研究，聚氨酯合成革也必须注意抗菌防霉，从而有利于人体健康，提高消费者的生活质量。本研究旨在解决上述真皮及合成革性能上的不足，研制出手感柔软，弹性好，断裂强度、撕裂强度高，耐磨耐刮性好，色牢度高，不易脱膜掉色的产品。其原理是通过添加缓释型纳米级银系抗菌防霉剂，使产品具有长效抗菌防霉性能。所添加的助剂环保无毒，且添加份量少，成本低廉，有利于此类产品在沙发家俱领域的推广应用。
   1实验与研制
   1.1抗菌剂的选择
   目前市场上的塑料用抗菌剂主要有三大类，即无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂[2]。天然抗菌剂主要来自天然植物的提取物质，但由于天然抗菌剂的耐热性差、药效持续时间短，大规模商业化还有待时日。有机抗菌剂的发展历史较长，已有30多年的历史，主要成分是四价铵盐、乙醇、双胍类化合物、吡啶、咪唑、卤代烷，碘化物等，其抗菌作用原理是通过破坏细胞膜、使蛋白质变性、-SH酸化、破坏DNA合成、代谢受阻。有机抗菌剂虽然来源丰富，杀菌力强，但存在耐热性差、易水解、针对性强并具有一定挥发性和毒性等缺点。无机抗菌剂是利用银、铜、锌等金属的抗菌能力，通过物理吸附离子交换等方法，将银、铜、锌等金属（或其离子）固定在氟石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料。水银、镉、铅等金属也具有抗菌能力，但对人体有害；铜、镍、钴等离子带有颜色，会影响产品的美观，锌有一定的抗菌性，但其抗菌强度仅为银离子的1/1000。因此，银离子抗菌剂在无机抗菌剂中占有主导地位。本研究选用的缓释型纳米级银系抗菌防霉剂是一种高效安全和耐热的新型无机抗菌添加剂，即使低浓度应用亦可达到较好的效果，对人体和环境具有高度安全性。
   1.2抗菌防霉聚氨酯沙发用合成革湿法坯革的制造
   湿法坯革制造涉及到的工艺设备包括：放布架、储布器、浸水槽、烫平机、涂覆机、凝固槽、水洗槽、烘干设备、冷却辊、卷取机等。根据产品需求选择合适的布基，常温常压下在布基上涂覆添加抗菌防霉助剂的湿法聚氨酯浆料，经DMF水溶液凝聚、水洗置换溶剂、扩幅烘干、高温定型获得具有抗菌防霉性能湿法半成品底坯。湿法工艺流程图如图1所示。
   具体配方为：
   固含量30%～40%，模量30～70kg/cm2聚氨酯100份；
   二甲基甲酰胺（DMF）60～150份；
   木质纤维素0～20份；
   阴离子表面活性剂0.2～2份；抗菌防霉助剂0～2份。
   1.3抗菌防霉聚氨酯沙发家俱用合成革干法贴面
   本过程涉及到的设备有：接纸台、储纸器、涂刮机、烘干设备、干贴设备、冷却辊、纸革分离机、卷取机等。
   据产品需求选择离型纸，在半成品底坯上经干法贴面工艺，贴合具有抗菌防霉性能的聚氨酯面料、粘接料，经高温溶剂挥发成膜、冷却、纸革分离、卷取、检验获得具有长效永久抗菌防霉性能的聚氨酯沙发家俱用合成革。干法工艺具体流程见图2。面浆配制成分为：
   固含量30%～40%，模量100～120kg/cm2聚氨酯100份；
   二甲基甲酰胺（DMF）50～70份；色料10～20份；
   流平剂0.02～0.05份；
   抗菌防霉助剂0.5～3.5份。
   粘接浆配制成分为：
   固含量30%～50%，模量30～40kg/cm2聚氨酯100份；
   二甲基甲酰胺（DMF）45～55份；色料10～15份；
   流平剂0.02～0.05份；
   抗菌防霉助剂0.5～1.5份。
   2抗菌防霉性能分析
   2.1抗菌性能测试
   本研究分别用日本的JISZ2801:2000[3]和美国的ASTME2149-01[4]抗霉菌性能测试方法检测样品的抗菌性能，实验菌种均为金黄葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色链珠菌四种。
　　JISZ2801:2000抗菌测试结果如表1所示。由检测结果可以看出，用本研究方法研制的聚氨酯沙发家俱用合成革样品对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色链珠菌等细菌具有高效的杀灭功能，可以通过日本JISZ2801：2000表面抗菌性能测试。
美国ASTME-2149-01破碎震荡法检测比日本的方法更加严格，具体为将2g试样投到盛有50mL菌液的三角烧瓶中，在37℃经24h强烈振荡后计测烧瓶内的细菌数，并与振荡前的细菌数比较，定量表示其抑菌率。样品测试结果见表2。由表2可知，用本研究方法研制的聚氨酯合成革样品在防霉方面能通过美国ASTME-2149-01标准检测，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌杀灭效果显著，普通合成革及真皮不具此性能。
   2.2抗霉性能测试
   以美国常用的ASTMD4576[5]方法测试样品的抗霉性能，选择黑曲霉菌为测试菌种，培养温度28℃。以0～4表征测试样品表面上所观察到的霉菌生长的程度（其中0表示没有霉菌生长；0.5表示低于12%的样品表面上有霉菌生长；1表示样品表面的25%有霉菌生长；2表示样品表面的50%有霉菌生长；3表示样品表面的75%有霉菌生长；4表示样品表面100%有霉菌生长）。测试结果如表3所示。用本文方法研制的聚氨酯合成革样品在培养14天后表面无霉菌生长，具有良好的防霉性能，可以通过美国ASTM4576标准检测。
用上述方法生产的具有抗菌防霉性能的聚氨酯沙发家具用合成革，在前面所述的抗菌方面能通过检测严格的美国ASTME-2149-01标准检测，对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色链珠菌等细菌具有良好的杀灭功能；在防霉方面能通过美国ASTM4576检测。国内其它产品则难以达到此抗菌防霉要求或仅对个别菌种有效果，与所研制的产品合成革性能相差较远。
   （作者单位：安徽安利合成革股份有限公司，安徽合肥，230601）
   参考文献
   [1]牛建民，俞从正，聚氨酯合成革防霉[J]，中国皮革，2003，32（11）：35-37.
   [2]王哲，塑料抗菌剂主要品种及其应用[J]，中国石油和化工，2008，9：48-49.
   [3]JISZ2801：2000抗霉菌性能测试方法[M].
   [4]ASTME2149-01在动态接触条件下抗菌剂抗菌活性测定的标准试验方法[M].
   [5]ASTMD4576-01蓝色原料(皮革)抗霉菌生长的试验方法[M].

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