CN108059819A - 一种具有低密度和高回弹性的tpu材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有低密度和高回弹性的TPU材料及其制备方法，所述TPU材料包括60‑70重量份TPU颗粒、20‑30重量份甲基硅橡胶、10‑20重量份聚丙烯、5‑10重量份乙烯‑乙酸乙烯共聚物、8‑15重量份丁腈橡胶、5‑10重量份聚氧化烯烃‑聚硅氧烷、1‑5重量份氧化石墨烯、2‑8重量份白炭黑、3‑6重量份纳米碳酸钙、1‑3重量份偶联剂和1‑3重量份抗氧剂，通过各组分的配合使得其具有低密度、高回弹率，具有合适的柔韧性以及机械强度，具有抗菌功效，适合用于家具材料、床上用品、汽车内饰材料以及一些医用材料的制备，具有广泛的应用前景。

Description

一种具有低密度和高回弹性的TPU材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种TPU材料及其制备方法，尤其涉及一种具有低密度和高回弹性的TPU材料及其制备方法。
背景技术
TPU(Thermoplastic polyyrethane，热塑性聚氨酯)是一种新型的有机高分子合成材料，其各项性能优异，可以代替橡胶、软性聚氯乙烯材料PVC。
在一些家具，床上用品以及一些医用材料的应用中，需要材料具有低密度以及良好的回弹性，如何将TPU材料制备成为低密度高回弹的材料是本领域的研究重点。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种TPU材料及其制备方法，特别是提供一种具有低密度和高回弹性的TPU材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种TPU材料，所述TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
在本发明中，所述甲基硅橡胶、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶的使用使得材料具备弹性，并且配合聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物，进一步调节材料的柔韧性以及弹性性能，使用聚氧化烯烃-聚硅氧烷作为致孔剂，使得材料的整体密度较低，更加柔软，以及富有弹性。并且配合氧化石墨烯以增强材料的抗菌性以及抗静电性能，其与白炭黑、纳米碳酸钙一同增强材料的机械性能，在本发明所述材料组分的配合下使得TPU材料具有低密度、高回弹、抗菌性、抗静电性以及良好的柔韧性。
在本发明中，所述TPU颗粒的用量可以为60重量份、63重量份、65重量份、68重量份、70重量份、72重量份、75重量份、78重量份或80重量份。
在本发明中，所述甲基硅橡胶的用量可以为20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或30重量份。
在本发明中，所述聚丙烯的用量可以为10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份。
在本发明中，所述乙烯-乙酸乙烯共聚物的用量可以为5重量份、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、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述丁腈橡胶的用量可以为8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份或15重量份。
在本发明中，所述氢化丁腈橡胶的用量可以为5重量份、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、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述聚氧化烯烃-聚硅氧烷的用量可以为5重量份、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、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述氧化石墨烯的用量可以为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份或5重量份。
在本发明中，所述白炭黑的用量可以为2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份或8重量份。
在本发明中，所述纳米碳酸钙的用量可以为3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份或6重量份。
在本发明中，所述偶联剂的用量可以为1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.8重量份、2重量份、2.5重量份、2.8重量份或3重量份。
在本发明中，所述抗氧剂的用量可以为1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.8重量份、2重量份、2.5重量份、2.8重量份或3重量份。
优选地，所述TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒。
优选地，所述甲基硅橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶的重量比为1.5-2.5:1，例如1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1或2.5:1。
优选地，聚丙烯与乙烯-乙酸乙烯共聚物的重量比为1.5-2:1，例如1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH-570、KH-550或KH560中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。
另一方面，本发明提供了如上所述的TPU材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷混合均匀，混炼；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物与步骤(2)得到的混合物加入至挤出机中挤出，得到所述TPU材料。
优选地，步骤(1)所述混合时的搅拌转速为50-70rpm/min，例如50rpm/min、53rpm/min、55rpm/min、58rpm/min、60rpm/min、62rpm/min、65rpm/min、68rpm/min或70rpm/min。
优选地，步骤(1)所述混炼的温度为80-100℃，例如80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、93℃、95℃、98℃或100℃。
优选地，步骤(1)所述混炼的时间为5-15min，例如5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min。
优选地，步骤(1)所述混炼在转速60-80rpm/min(例如60rpm/min、62rpm/min、65rpm/min、68rpm/min、70rpm/min、73rpm/min、75rpm/min、78rpm/min或80rpm/min)下进行。
优选地，步骤(2)所述混合的搅拌转速为30-50rpm/min，例如30rpm/min、33rpm/min、35rpm/min、38rpm/min、40rpm/min、43rpm/min、45rpm/min、48rpm/min或50rpm/min。
优选地，步骤(3)中将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入挤出机。
优选地，步骤(3)所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃(例如可以是110℃、112℃、115℃、116℃、118℃或120℃)，混合段温度为140-150℃(例如可以是140℃、142℃、144℃、145℃、148℃或150℃)，挤出段温度为170-180℃(例如可以是170℃、172℃、175℃、177℃、178℃或180℃)，机头温度为150-160℃(例如可以是150℃、151℃、153℃、155℃、158℃或160℃)。
作为优选技术方案，所述TPU材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在50-70rpm/min转速下混合均匀，在80-100℃、60-80rpm/min的转速下混炼5-15min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在30-50rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为140-150℃，挤出段温度为170-180℃，机头温度为150-160℃，得到所述TPU材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的TPU材料通过各组分的配合使得其具有低密度、高回弹率，具有合适的柔韧性以及机械强度，具有抗菌功效，适合用于家具材料、床上用品、汽车内饰材料以及一些医用材料的制备，具有广泛的应用前景。
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。
实施例1
在本实施例中，TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
制备方法如下：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在60rpm/min转速下混合均匀，在90℃、70rpm/min的转速下混炼10min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在40rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为140℃，挤出段温度为180℃，机头温度为150℃，得到所述TPU材料。
实施例2
在本实施例中，TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
制备方法如下：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在65rpm/min转速下混合均匀，在95℃、60rpm/min的转速下混炼15min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在50rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为170℃，机头温度为160℃，得到所述TPU材料。
实施例3
在本实施例中，TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
制备方法如下：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在70rpm/min转速下混合均匀，在80℃、80rpm/min的转速下混炼5min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在30rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为115℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为175℃，机头温度为155℃，得到所述TPU材料。
实施例4
在本实施例中，TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
制备方法如下：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在50rpm/min转速下混合均匀，在100℃、60rpm/min的转速下混炼5min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在45rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为180℃，机头温度为150℃，得到所述TPU材料。
实施例5
在本实施例中，TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
制备方法如下：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在65rpm/min转速下混合均匀，在95℃、60rpm/min的转速下混炼10min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在50rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为175℃，机头温度为160℃，得到所述TPU材料。
实施例6
本实施例与实施例1不同之处在于丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶的用量分别为10重量份和5重量份(即重量比为2:1)。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶的用量分别为10重量份和6.7重量份(即重量比为1.5:1)。
实施例8
本实施例与实施例1不同之处在于丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶的用量分别为15重量份和6重量份(即重量比为2.5:1)。
实施例9
本实施例与实施例3不同之处在于聚丙烯与乙烯-乙酸乙烯共聚物的用量分别为10重量份和5重量份(即重量比为2:1)。
实施例10
本实施例与实施例3不同之处在于聚丙烯与乙烯-乙酸乙烯共聚物的用量分别为10.5重量份和7重量份(即重量比为1.5:1)。
对比例1
在本对比例中与实施例1不同之处仅在于，所述TPU材料的制备原料中不包括氧化石墨烯。
对比例2
本对比例中与实施例1不同之处仅在于，所述TPU材料的制备原料中不包括白炭黑，氧化石墨烯的用量为8重量份。
对比例3
本对比例中与实施例1不同之处仅在于，所述TPU材料的制备原料中不包括纳米碳酸钙，纳米碳酸钙的用量为9重量份。
对比例4
本对比例中与实施例1不同之处仅在于，所述TPU材料的制备原料中不包括聚氧化烯烃-聚硅氧烷。
对实施例1-10制备得到的TPU材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，本发明制备得到的TPU材料具有较低的密度，回弹率达到71-87％，具有合适的柔韧性和机械强度，具有良好的抗菌功效，适合用于家具材料、床上用品、汽车内饰材料以及一些医用材料的制备。
本发明通过上述实施例来说明本发明的具有低密度和高回弹性的TPU材料及其制备方法，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。

Claims (10)

1.一种TPU材料，其特征在于，所述TPU材料的制备原料包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于，所述TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的TPU材料，其特征在于，所述丁腈橡胶与氢化丁腈橡胶的重量比为1.5-2.5:1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的TPU材料，其特征在于，聚丙烯与乙烯-乙酸乙烯共聚物的重量比为1.5-2:1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的TPU材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的TPU材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-570、KH-550或KH560中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的TPU材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的TPU材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷混合均匀，混炼；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物与步骤(2)得到的混合物加入至挤出机中挤出，得到所述TPU材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合时的搅拌转速为50-70rpm/min；
优选地，步骤(1)所述混炼的温度为80-100℃；
优选地，步骤(1)所述混炼的时间为5-15min；
优选地，步骤(1)所述混炼在转速60-80rpm/min下进行；
优选地，步骤(2)所述混合的搅拌转速为30-50rpm/min；
优选地，步骤(3)中将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入挤出机；
优选地，步骤(3)所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为140-150℃，挤出段温度为170-180℃，机头温度为150-160℃。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、甲基硅橡胶、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯共聚物、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、聚氧化烯烃-聚硅氧烷在50-70rpm/min转速下混合均匀，在80-100℃、60-80rpm/min的转速下混炼5-15min；
(2)将氧化石墨烯、白炭黑、纳米碳酸钙、偶联剂和抗氧剂在30-50rpm/min的搅拌转速下混合均匀，得到混合物；
(3)将步骤(1)得到的混炼产物从主喂料口加入双螺杆挤出机，将步骤(2)得到的混合物从侧喂料口加入双螺杆挤出机，挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为140-150℃，挤出段温度为170-180℃，机头温度为150-160℃，得到所述TPU材料。
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