CN104140517A - 一种高透明不黄变tpu材料及其制备方法 - Google Patents

一种高透明不黄变tpu材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高透明不黄变TPU材料，主要包含脂肪族或脂环族二异氰酸酯、小分子二醇扩链剂、无定形高分子多元醇、线性高分子多元醇等成分。本发明所述的TPU材料具有高透明不黄变的特点，透光率可达到95%，耐黄变等级可达到5级。同时，本发明还提供制备该TPU材料的方法，利用该方法能够简便地制备该TPU材料。

Description

一种高透明不黄变TPU材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热塑性聚氨酯弹性体材料的制备技术领域，特别是一种高透明不黄变TPU材料及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(Thermo plastic polyurethanes，即TPU)以其优异的性能已经被各行各业大量应用，目前市面上广泛使用的热塑性聚氨酯弹性体主要是采用二苯基甲烷二异氰酸酯、小分子二元醇、高分子二元醇等材料合成，这种材料所生产的制品抗黄变性能很差，户外使用2个月后，制品就会由无色透明变成橘黄色。
有些厂家生产的热塑性聚氨酯弹性体可以达到户外用途的耐黄变要求，抗紫外线级别可以达到4.5级，但他们生产出来的制品呈现乳白色，无法用于生产无色透明的制品。
本发明的目的是合成一种高透明不黄变的热塑性聚氨酯弹性体，这种弹性体可以满足制品对耐黄变和高透明的性能要求。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种高透明不黄变TPU材料及其制备方法，解决传统高透明TPU材料容易发黄的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
一种高透明不黄变TPU材料，包括以下成分及各组分的重量百分比：
脂肪族或脂环族二异氰酸酯      20%~40%
小分子二醇扩链剂              5%~10%
无定形高分子多元醇            25%~45%
线性高分子多元醇              25%~45%
催化剂                        0.05%~0.2%
消泡剂                        0.1%~1.0%
抗黄变剂                      0.1%~2.0%
进一步的，所述脂肪族或脂环族二异氰酸酯为选自己二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯。
进一步的，所述小分子二醇扩链剂为选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、1,4-环己二醇和新戊二醇中的一种或多种。
进一步的，所述无定形高分子多元醇为选自分子量在500至4000间的丙二醇无定形聚醚、丁二醇无定形聚醚、十二醇无定形聚醚、月桂酸无定形聚醚和甲基封端无定形聚醚中的一种或多种。
进一步的，所述线性高分子多元醇为选自聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸己二醇酯多元醇、聚己内酯多元醇和聚碳酸酯多元醇中的一种或多种。
进一步的，所述催化剂选自有机锡、有机铋、有机铅和有机锌中的一种或多种。
进一步的，所述消泡剂选自有机硅类或丙烯酸类消泡剂。
本发明还提供一种制备高透明不黄变TPU材料的方法，包括如下步骤：将脂肪族或脂环族二异氰酸酯倒入浇注机的第一料筒中，抽真空脱泡30分钟；将无定形高分子多元醇倒入浇注机的第二料筒中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；将线性高分子多元醇倒入浇注机的第三料筒中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；将催化剂、消泡剂、抗黄变剂、小分子二醇扩链剂倒入浇注机的第四料筒中，高速分散均匀，然后升温至100℃后抽真空2小时；启动浇注机将上述四个料筒中的材料进行搅拌混合，然后通过反应型双螺杆挤出机挤出，形成TPU材料。
本发明提供的另一种制备高透明不黄变TPU材料的方法，包括如下步骤：将无定形高分子多元醇、线性高分子多元醇倒入反应釜中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；将脱水后的多元醇降温至60℃~70℃；将氮气充入反应釜中，边搅拌边加入脂肪族或脂环族二异氰酸酯，并使反应釜内的温度恒定在90℃~115℃反应3小时；将反应釜中合成好的预聚体倒入浇注机的第一料筒中，充氮气保护，控制温度为50℃~55℃；将催化剂、发泡剂、抗黄变剂、小分子二醇扩链剂倒入浇注机的第二料筒中，高速分散均匀，然后升温至100℃后抽真空2小时；启动浇注机将上述两个料筒中的材料搅拌混合，然后通过反应型双螺杆挤出机挤出，形成TPU材料。
进一步的，在上述两种制备方法中，在启动浇注机搅拌混合材料后，可以将混合均匀的材料胶液倒入表面电镀铁氟龙的铝盘中，加温烘烤固化形成TPU材料。
本发明的有益效果在于解决TPU材料耐黄变和高透明的要求，是一种新型的TPU配方，解决了现有技术中存在透明TPU材料在使用过程中易发生黄变，或者制成的耐黄变TPU材料变成不透明的问题。本发明的配方，制备获得TPU材料，透光率达到95%以上，耐黄变等级可达4.5级至5级。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
表1为以下实施例所用组分的重量百分比表
其中，表1中抗黄变剂选用具有抗氧化和抗紫外功能的复合产品，比如可以选用巴斯夫的抗黄变剂。
实施例1 高透明不黄变TPU材料的制备
原料：见表1。 
制备工艺：
采用一步法生产工艺：
首先，将己二异氰酸酯按重量百分比倒入浇注机的第一料筒中，抽真空脱泡30分钟；
接着，将丁二醇无定形聚醚按重量百分比倒入浇注机第二料筒中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；
将聚四氢呋喃醚二醇放入90℃烘箱中熔化，然后按重量比倒入浇注机的第三料筒中，边搅拌边升温至100℃，抽真空脱水2小时，后降温至60℃进行保温。
接着，将催化剂、消泡剂、抗黄变剂、丁二醇，按重量比加入浇注机的第四料筒中，边搅拌边升温至100℃，抽真空脱水2小时，后降温至60℃进行保温。
最后，启动浇注机，将上述四个料筒中的原料进行混合搅拌，待均匀后，注入镀铁氟龙的铝盘中，后将铝盘放入流水线烘道进行高温固化，形成高透明不黄变TPU材料。
对于获得的TPU材料，可以破碎后，通过单螺杆挤出机、水下造粒机、脱水机、干燥机等设备进行造粒，以便最终形成颗粒大小均匀的TPU弹性体颗粒。
实施例2  高透明不黄变TPU材料的制备
本次的实施例2中，各原料的添加参见实施例1的各种原料，区别仅在实施例2中不添加抗黄变剂，且己二异氰酸酯的重量百分比提高一个点。
本次的实施例2的制备工艺与实施例1的制备工艺一样。
实施例3  高透明不黄变TPU材料的制备
本次的实施例3中，各原料的添加参见实施例1的各种原料，区别仅在实施例3中各组分的占比不同，其中：己二异氰酸酯占35%，丁二醇占5%，丁二醇无定形聚醚占30%，聚四氢呋喃醚二醇占27%，复合抗黄变剂占2.0%，有机铋催化剂占0.1%，有机硅消泡剂占0.9%。
本次的实施例3的制备工艺参见实施例1的制备工艺。
实施例4  高透明不黄变TPU材料的制备
原料：见表1。 
制备工艺：
采用两步法生产工艺：
首先，将聚己二酸丁二醇酯二醇和十二醇无定形聚醚按重量百分比放入90℃烘箱中熔化，然后放入反应釜中，边搅拌边升温至100℃，抽真空脱水2小时，后降温至60℃进行保温。
接着，向反应釜中充氮气保护后，将异佛尔酮二异氰酸酯按百分比重量加入反应釜中，保持反应釜的反应温度为：90℃～115℃，反应3小时。
将在反应釜中合成好的预聚体倒入浇注机的第一料筒中，充氮气保护，恒温于50℃～55℃。
上述步骤为第一步，形成预聚体。
下面为第二步：
将催化剂、消泡剂、抗黄变剂及丁二醇，按百分比重量加入浇注机的第二料筒中，边搅拌边升温至100℃，抽真空脱水2小时，后降温至60℃进行保温。
启动浇注机，将上述准备好的材料进行搅拌混合均匀后，启动反应性双螺杆挤出机挤出获得高透明不黄变TPU材料。后续，可以通过水下造粒机、脱水机、干燥机等设备对TPU材料进行造粒，以便最终生产出颗粒大小均匀的TPU弹性体颗粒。
实施例5  高透明不黄变TPU材料的制备
本实施例中，各组分的具体原料与实施例4一致，区别在于实施例5中不添加抗黄变剂，且异佛尔酮二异氰酸酯提高一个百分点至27%。
实施例5的制备工艺参见实施例4的制备工艺。
实施例6  高透明不黄变TPU材料的制备
本实施例中，各组分的具体原料与实施例4一致，尽是在实施例6中各组分的占比不同，其中：异佛尔酮二异氰酸酯为38%，丁二醇为9%，十二醇无定形聚醚为25%，聚己二酸丁二醇酯二醇为25%，催化剂为0.2%，消泡剂为0.8%，抗黄变剂为2.0%。
本实施例的制备工艺参见实施例4的制备工艺。
针对上述实施例制备的TPU产品，经过试验测试，测试结果见表2。
表2为实施例制备的TPU的测试数据
测试结果表明，在不添加抗黄变剂的情况下，本发明的TPU材料的耐黄变等级达到4.5级，抗黄变剂添加1％后，本发明的TPU材料的耐黄变等级达到5.0的最高耐黄变等级。
测试结果表明，本发明的TUP材料的透光率达到95％高度透明的级别。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种高透明不黄变TPU材料，其特征在于，包括以下成分及各组分的重量百分比：
脂肪族或脂环族二异氰酸酯      20%~40%
小分子二醇扩链剂              5%~10%
无定形高分子多元醇            25%~45%
线性高分子多元醇              25%~45%
催化剂                        0.05%~0.2%
消泡剂                        0.1%~1.0%
抗黄变剂                      0.1%~2.0%。
2.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述脂肪族或脂环族二异氰酸酯为选自己二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述小分子二醇扩链剂为选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇、1,4-环己二醇和新戊二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述无定形高分子多元醇为选自分子量在500至4000间的丙二醇无定形聚醚、丁二醇无定形聚醚、十二醇无定形聚醚、月桂酸无定形聚醚和甲基封端无定形聚醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述线性高分子多元醇为选自聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸己二醇酯多元醇、聚己内酯多元醇和聚碳酸酯多元醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述催化剂选自有机锡、有机铋、有机铅和有机锌中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述高透明不黄变TPU材料，其特征在于，所述消泡剂选自有机硅类或丙烯酸类消泡剂。
8.一种制备权利要求1所述高透明不黄变TPU材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将脂肪族或脂环族二异氰酸酯倒入浇注机的第一料筒中，抽真空脱泡30分钟；
将无定形高分子多元醇倒入浇注机的第二料筒中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；
将线性高分子多元醇倒入浇注机的第三料筒中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；
将催化剂、消泡剂、抗黄变剂、小分子二醇扩链剂倒入浇注机的第四料筒中，高速分散均匀，然后升温至100℃后抽真空2小时；
启动浇注机将上述四个料筒中的材料进行搅拌混合，然后通过反应型双螺杆挤出机挤出，形成TPU材料。
9.一种制备权利要求1所述高透明不黄变TPU材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将无定形高分子多元醇，线性高分子多元醇倒入反应釜中，升温至100℃后抽真空脱水2小时；
将脱水后的多元醇降温至60℃~70℃；
将氮气充入反应釜中，边搅拌边加入脂肪族或脂环族二异氰酸酯，并使反应釜内的温度恒定在90℃~115℃反应3小时；
将c中合成好的预聚体倒入浇注机的第一料筒中，充氮气保护，控制温度为50℃~55℃；
将催化剂、发泡剂、抗黄变剂、小分子二醇扩链剂倒入浇注机的第二料筒中，高速分散均匀，然后升温至100℃后抽真空2小时；
启动浇注机将上述两个料筒中的材料搅拌混合，然后通过反应型双螺杆挤出机挤出，形成TPU材料。
10.根据权利要求8或9所述方法，其特征在于，在最后步骤中，启动浇注机搅拌混合材料后，直接将混合均匀的材料胶液倒入表面电镀铁氟龙的铝盘中，加温烘烤固化形成TPU材料。
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