一种TPU氧气面罩及其制备方法和应用
文献发布时间：2024-04-18 19:52:40
技术领域
本发明属于氧气面罩技术领域，具体涉及一种TPU氧气面罩及其制备方法和应用。
背景技术
氧气面罩是将口鼻与外界环境隔开，以保证氧气调节器输来的具有一定含氧浓度和压力的气体流入人体呼吸器官的面具，目前氧气面罩主要有医用氧气面罩、军用航空氧气面罩以及民用航空氧气面罩等；其中，医用氧气面罩主要是供呼气困难、缺氧病人输氧用，在使用时，需要将氧气直接注入贮氧袋内，将面罩置于患者面部，密闭口鼻，然后使用固定构件将面罩固定于患者头部，进行吸氧。
由于PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，目前大部分氧气面罩均是PVC为主要基材。CN109498946A公开了一种高透明医疗面罩，涉及到医疗器具技术领域，包括透明面罩主体，所述透明面罩主体由PVC改性材料制成，透明面罩主体的正面上端两侧均开设有槽口，槽口内固定连接有钢化镜片。本发明还公开了一种管用PVC改性材料，包括以下原料：聚氯乙烯树脂、聚四氟乙烯、碳酸钙、高分子发泡材料、聚乙烯醇、三氧化二铝、高分子增塑剂、抗冲改性剂、稳定剂、阻燃剂和抗氧剂；该发明提供的透明面罩主体是由PVC改性材料制成，该材料阻燃效果好，韧性较好，抗冲击性能优良。
CN103113694A公开了一种抗伽玛射线医用软聚氯乙烯面罩料的制备方法，其制备方法如下：将PVC树脂粉、非邻苯环保增塑剂、稳定剂、润滑剂和受阻胺类抗伽玛试剂置于混料机中混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到氧气面罩料。
但是，PVC制品常常释放VOC且产生异味，使得PVC材质的氧气面罩的环保性较差，在长时间佩戴使用的过程中，易对用户的身体健康造成影响；且PVC材质的氧气面罩的亲肤性较差。
因此，开发一种环保无毒、亲肤性优异的TPU氧气面罩，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种TPU氧气面罩及其制备方法和应用，所述TPU氧气面罩包括面罩主体，所述面罩主体的制备原料采用TPU为基材，搭配添加特定份数的碳纳米管、阻燃剂和防霉剂，使得到的TPU氧气面罩兼具优异的阻燃性能、防霉性和亲肤性，还具有优异的机械性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种TPU氧气面罩，所述TPU氧气面罩包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管；
所述面罩主体的制备原料按照重量份包括如下组分：
其中，所述TPU母粒可以为55重量份、60重量份、65重量份、70重量份、75重量份、80重量份、85重量份、90重量份或95重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述外交联剂可以为12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述碳纳米管可以为0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述磷系阻燃剂可以为7重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或23重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述氮系阻燃剂可以为7重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或23重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述防霉剂可以为0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明提供的TPU氧气面罩包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管，所述面罩主体在佩戴时直接与皮肤接触，所述面罩主体的制备原料包括特定份数的TPU母粒、外交联剂、碳纳米管、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和防霉剂的组合；本发明通过选择TPU母粒作为面罩主体的主要材料，可以保证最终得到的TPU氧气面罩具有优异的亲肤性，且环保无毒；且添加特定份数的磷系阻燃剂和氮系阻燃剂进行搭配，有助于提升所述TPU氧气面罩的阻燃性，还添加有特地份数的防霉剂，使所述TPU氧气面罩的防霉性能满足要求，同时还搭配添加有特定份数的碳纳米管和外交联剂，利用所述碳纳米管可以与防霉剂、阻燃剂配合，进一步提升氧气面罩的防霉性和阻燃性，所述外交联剂与所述碳纳米管还可以协调配合共同提升面罩主体的机械性能。
优选地，所述TPU母粒的制备原料包括多元醇、异氰酸酯、扩链剂和催化剂。
优选地，所述TPU母粒按照重量份包括如下组分：
所述多元醇可以为41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份或49重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述二异氰酸酯可以为51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份、56重量份、57重量份、58重量份或59重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述扩链剂可以为5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份或9.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述催化剂可以为1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.7重量份、1.8重量份或1.9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述多元醇包括聚乙二醇和/或聚四氢呋喃二醇的组合。
优选地，所述二异氰酸酯包括环己烷二亚甲基二异氰酸酯和/或1,6-己二异氰酸酯。
优选地，所述扩链剂包括乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述催化剂包括为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或二月桂酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述TPU母粒通过如下方法制备得到，所述方法包括将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂进行反应，挤出造粒，得到所述TPU母粒。
优选地，所述外交联剂包括三羟甲基丙烷。
优选地，所述磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯或膦酸酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述氮系阻燃剂包括三聚氰胺和/或双氰胺。
优选地，所述磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的质量比为1:(0.5～1.5)，例如1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3或1:1.4等。
作为本发明的优选技术方案，限定磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的质量比为1:(0.5～1.5)可以使得到的面罩主体具有最优异的阻燃性能。
优选地，所述防霉剂包括二氯-辛基异噻唑、吡啶硫酮锌或正辛基异噻唑啉酮中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述面罩主体的制备原料还包括抗氧剂和/或填料。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述TPU氧气面罩的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将TPU母粒、外交联剂、碳纳米管、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、防霉剂、任选地抗氧剂和任选地填料混合挤出，得到改性母粒；
(2)将步骤(1)得到的改性母粒注塑成型，连接弹性带、连接管以及输氧管，得到所述TPU氧气面罩。
优选地，步骤(2)所述注塑成型的温度为180～220℃，例如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃或215℃，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述TPU氧气面罩作为救生储气囊面罩的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的TPU氧气面罩包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管，所述面罩主体的制备原料包括TPU母粒、外交联剂、碳纳米管、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和防霉剂的组合，通过选择TPU母粒作为面罩主体的基材，使得到的TPU氧气面罩具有柔软舒适的特点，并且具有良好的韧性和耐磨性；搭配添加特地份数的外交联剂、碳纳米管、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和防霉剂的组合，使得到的氧气面罩还具有优异的阻燃性、防霉性和机械性能，具体而言，本发明提供的TPU氧气面罩的阻燃性阻燃性能测试显示自熄时间仅为7～9s，防霉等级为0～1级，拉伸强度高达40～43MPa，同时触感柔软亲肤。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备例1
一种TPU母粒，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本制备例提供的TPU母粒的制备方法包括：将聚乙二醇(数均分子量为200)、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、乙二醇和辛酸亚锡在双螺杆挤出机中进行反应，反应温度为150℃，经挤出造粒，得到所述TPU母粒。
制备例2
一种TPU母粒，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本制备例提供的TPU母粒的制备方法与制备例1相同。
制备例3
一种TPU母粒，其制备原料按照重量份包括如下组分：
本制备例提供的TPU母粒的制备方法与制备例1相同。
实施例1
一种TPU氧气面罩，其包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管；
所述面罩主体的制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例1提供的TPU氧气面罩的制备方法包括如下步骤：
(1)将TPU母粒(制备例1)、三羟甲基丙烷、碳纳米管、磷酸酯、双氰胺和吡啶硫酮锌通过单螺杆挤出机在185℃下挤出，得到改性母粒；
(2)将步骤(1)得到的改性母粒在注塑成型机上，在200℃下加工注塑成型，经脱模和修整，连接弹性带、连接管以及输氧管，得到所述TPU氧气面罩。
实施例2
一种TPU氧气面罩，其包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管；
所述面罩主体的制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例1提供的TPU氧气面罩的制备方法包括如下步骤：
(1)将TPU母粒(制备例2)、三羟甲基丙烷、碳纳米管、亚磷酸酯、三聚氰胺和二氯-辛基异噻唑通过单螺杆挤出机在185℃下挤出，得到改性母粒；
(2)将步骤(1)得到的改性母粒在注塑成型机上，在200℃下加工注塑成型，经脱模和修整，连接弹性带、连接管以及输氧管，得到所述TPU氧气面罩。
实施例3
一种TPU氧气面罩，其包括面罩主体、弹性带、连接管以及输氧管；
所述面罩主体的制备原料按照重量份包括如下组分：
本实施例1提供的TPU氧气面罩的制备方法包括如下步骤：
(1)将TPU母粒(制备例3)、三羟甲基丙烷、碳纳米管、亚磷酸酯、三聚氰胺和二氯-辛基异噻唑通过单螺杆挤出机在185℃下挤出，得到改性母粒；
(2)将步骤(1)得到的改性母粒在注塑成型机上，在200℃下加工注塑成型，经脱模和修整，连接弹性带、连接管以及输氧管，得到所述TPU氧气面罩。
实施例4
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，磷酸酯的添加量为10重量份，双氰胺的添加量为20重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，磷酸酯的添加量为20重量份，双氰胺的添加量为10重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，磷酸酯的添加量为5重量份，双氰胺的添加量为25重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，磷酸酯的添加量为25重量份，双氰胺的添加量为5重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，不添加磷酸酯，双氰胺的添加量为30重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，不添加双氰胺，磷酸酯的添加量为30重量份，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，不添加碳纳米管，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例4
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，不添加三羟甲基丙烷，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例5
一种TPU氧气面罩，其与实施例1的区别仅在于，不添加防霉剂，其他组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)阻燃性能：按照《HB5470-1991民用飞机舱内非金属材料燃烧性能要求》测试，将试样进行12s点火垂直燃烧实验，测试移去火源后试样的续燃时间。
(2)防霉性：按照《GJB 150.10A-2009军用设备环境试验方法霉菌试验》对黑曲菌进行测试；
(3)亲肤性：进行触感测试。
(4)拉伸强度：按照《GB/T 1040-2006》提供的测试标准进行测试。
按照上述测试方案对实施例1～7和对比例1～5提供的TPU氧气面罩中的面罩主体部分进行测试，测试结果如表所示：
表1
根据表1数据可以看出，本发明提供的TPU氧气面罩兼具优异的机械性能、防霉性和阻燃性，且触感柔软亲肤。
具体而言，通过进一步限定磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的质量比，可使实施例1～5得到的TPU氧气面罩的阻燃性能测试自熄时间仅为7～9s，防霉等级为0～1级，拉伸强度高达40～43MPa。
比较实施例1和对比例1～2的数据可以看出，仅添加一种类型的阻燃剂，对TPU的阻燃效果提升有限，阻燃性较差。
而比较实施例1和对比例3～4的数据还可以看出，碳纳米管以及外交联剂的添加与否不仅会影响最终得到的TPU氧气面罩的阻燃性能，还会影响其机械性能和防霉等级。
再比较实施例1和对比例5的数据还可以看出，不添加防霉剂的TPU氧气面罩防霉性较差。
最后比较实施例1和实施例4～7的数据还可以看出，实施例5和实施例6提供的TPU氧气面罩中添加的氮系阻燃剂和磷系阻燃剂的质量比不在本发明限定的优选范围内，进而阻燃性能也有所降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种TPU氧气面罩及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。