CN108587120B - 一种具有红外光吸收功能的tpu薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有红外光吸收功能的TPU薄膜及其制备方法，所述TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：TPU颗粒60‑70重量份，聚苯胺20‑30重量份，聚吡咯5‑15重量份，聚碳酸酯10‑20重量份，聚乙烯吡咯烷酮5‑10重量份，纳米二氧化硅3‑8重量份，硅烷偶联剂1‑5重量份，抗氧剂1‑3重量份，通过本发明制备方法制备得到的TPU薄膜具有较高的红外光区吸收性能，通过聚苯胺与聚吡咯的相互配合，使其红外光吸收率可达到60％‑75％，此外，TPU薄膜同时具有良好的柔韧性与力学性能，具有较高的应用价值与良好的应用前景。

Description

一种具有红外光吸收功能的TPU薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种TPU薄膜及其制备方法，尤其涉及一种具有红外光吸收功能的TPU薄膜及其制备方法。
背景技术
TPU名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，它的分子结构是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二异氰酸酯与大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的，是一种新型的有机高分子合成材料，具有良好的耐磨性、回弹性、耐老化性和力学性能，被国际上称为新型聚合物材料，TPU已广泛应用于医疗卫生、电子电器以及体育用品等方面。
目前，在一些防护领域、勘探领域、环保领域、保温领域种，有时需要对红外光进行防护，屏蔽红外光区的光源照射或者防止热量散失。而目前TPU薄膜在这一领域的应用还是一个空白。
CN102756521A公开了一种红外吸收保温功能膜，本发明的保温膜为包括外层、中层和内层三层共挤复合而成一体的薄膜结构；主要是通过聚乙烯薄膜加工过程中，在薄膜中层引入红外吸收材料，使得加工成型的薄膜能有效吸收并反射远红外光，从而有效地避免因远红外热能辐射而导致棚内热量损失、棚温迅速下降，从而实现温室棚保温之目的，其制备的红外吸收功能膜复杂，红外吸收保温材料复杂，不利于大规模应用。
目前，还没有具有吸收红外光功能的TPU薄膜被开发出来，因此，开发出一种新型的红外吸收的TPU薄膜，应用于遮蔽材料达到保温防辐射的效果，具有重要的意义。
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具有红外光吸收功能的TPU薄膜及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种TPU薄膜，所述TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：
Figure BDA0001518631540000021
本发明提供的TPU薄膜具有较高的红外光区吸收性能，通过聚苯胺与聚吡咯的相互配合，发挥作用，使其红外光吸收率可达到60％-75％，增强了材料的红外光吸收性能，此外TPU薄膜中添加了聚碳酸酯与聚乙烯吡咯烷酮，调节了薄膜的柔韧性，纳米二氧化硅则增强了薄膜的机械性能，使得TPU薄膜在具有吸收红外光性能的基础上，同时具有良好的力学性能。
在本发明中，所述TPU颗粒的重量含量为60-70重量份，例如可以是60重量份、62重量份、63重量份、64重量份、65重量份、68重量份、69重量份或70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。
在本发明中，所述聚苯胺的重量含量为20-30重量份，例如可以是20重量份、21重量份、23重量份、25重量份、27重量份、28重量份或30重量份。
在本发明中，聚苯胺具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性及电化学性能，尤其对于光学吸收有明显的影响，聚苯胺在可见光、近红外光区、中红外光区、远红外光区的光学吸收均有独特的响应，在TPU薄膜中可提升红外光区吸收性能。
在本发明中，所述聚吡咯的重量含量为5-15重量份，例如可以是5重量份、7重量份、8重量份、10重量份、11重量份、13重量份或15重量份。
在本发明中，聚吡咯是一种杂环共轭型导电高分子，其拥有优良的近红外吸收性能和生物相容性，在TPU薄膜中可进一步提升薄膜的红外光吸收性能。
在本发明中，聚苯胺与聚吡咯在TPU薄膜中相互配合，提高了TPU薄膜的红外光区吸收性能，使其吸收率达到了60％-75％，提升了TPU薄膜的光学性能，而缺少任意一种都会影响红外光吸收率。
在本发明中，所述聚碳酸酯的重量含量为10-20重量份，例如可以是10重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份、18重量份或20重量份。
在本发明中，聚碳酸酯具有高强度及弹性系数，无味无臭对人体安全。
在本发明中，所述聚乙烯吡咯烷酮的重量含量为5-10重量份，例如可以是5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或10重量份。
在本发明中，聚碳酸酯与聚乙烯吡咯烷酮的添加，可以提升TPU薄膜的柔韧性，使TPU薄膜在拉伸方面等力学性能进一步提升。
在本发明中，所述纳米二氧化硅的重量含量为3-8重量份，例如可以是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，通过添加适量的二氧化硅，可以增强TPU薄膜的机械强度，使其具备更优良的力学性能。
在本发明中，所述硅烷偶联剂的重量含量为1-5重量份，例如可以是1重量份、2重量份、3重量份、4重量份或5重量份。
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。
在本发明中，所述抗氧剂的重量含量为1-3重量份，例如可以是1重量份、2重量份或3重量份。
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，本发明提供了一种如上所述的TPU薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌条件下，真空脱水，而后在80-100℃混炼；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和抗氧剂混合，在130-150℃下混炼，挤出，得到所述TPU薄膜。
优选地，步骤(1)所述搅拌的转速为50-60rpm/min，例如可以是50rpm/min、52rpm/min、53rpm/min、55rpm/min、56rpm/min、58rpm/min或6rpm/min。
优选地，步骤(1)所述真空脱水时的温度为70-90℃，例如可以是70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、86℃、88℃或90℃。
优选地，步骤(1)所述真空脱水的时间为5-10min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min或10min。
优选地，步骤(1)所述真空脱水时的压力为-0.3～-0.1kPa，例如可以是-0.3kPa、-0.2kPa或-0.1kPa。
优选地，步骤(1)所述混炼在80-100rpm/min转速下进行，例如可以是80rpm/min、82rpm/min、85rpm/min、88rpm/min、90rpm/min、94rpm/min、98rpm/min或100rpm/min。
优选地，步骤(1)所述混炼的时间为10-20min，例如可以是10min、12min、14min、16min、18min或20min。
优选地，步骤(2)所述混合时的搅拌转速为30-50rpm/min，例如可以是30rpm/min、32rpm/min、35rpm/min、38rpm/min、40rpm/min、45rpm/min、46rpm/min、48rpm/min或50rpm/min。
优选地，步骤(2)所述混炼的时间为15-25min，例如可以是15min、17min、18min、20min、22min、23min或25min。
优选地，步骤(2)所述混炼在转速50-70rpm/min下进行，例如可以是50rpm/min、52rpm/min、55rpm/min、58rpm/min、60rpm/min、65rpm/min、67rpm/min或70rpm/min。
优选地，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转速50-60rpm/min下，在70-90℃下真空脱水5-10min，真空脱水时的压力为-0.3～-0.1kPa，而后在80-100℃、80-100rpm/min转速下混炼10-20min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和抗氧剂在转速为30-50rpm/min下混合，在130-150℃、50-70rpm/min转速下混炼15-25min，挤出，得到所述TPU薄膜。
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薄膜具有较高的红外光区吸收性能，通过聚苯胺与聚吡咯的相互配合，使其红外光吸收率可达到60％-75％，增强了材料的红外光吸收性能，此外TPU薄膜中添加了聚碳酸酯与聚乙烯吡咯烷酮，调节了薄膜的柔韧性，纳米二氧化硅则增强了薄膜的机械性能，使得TPU薄膜在具有吸收红外光性能的基础上，同时具有良好的力学性能，具有良好的应用前景与较高的应用价值。
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
本实施例中的TPU薄膜制备原料包括以下重量份的组分：
Figure BDA0001518631540000061
TPU薄膜的制备方法如下：
(1)将聚醚型TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转速55rpm/min下，在80℃下真空脱水8min，真空脱水时的压力为-0.2kPa，而后在90℃、90rpm/min转速下混炼15min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、KH-550和抗氧剂1076在转速为40rpm/min下混合，在140℃、60rpm/min转速下混炼20min，挤出，得到TPU薄膜。
实施例2
本实施例中的TPU薄膜制备原料包括以下重量份的组分：
Figure BDA0001518631540000071
TPU薄膜的制备方法如下：
(1)将聚酯型TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转速50rpm/min下，在90℃下真空脱水10min，真空脱水时的压力为-0.1kPa，而后在100℃、80rpm/min转速下混炼20min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、KH-570和抗氧剂1010在转速为50rpm/min下混合，在130℃、70rpm/min转速下混炼25min，挤出，得到TPU薄膜。
实施例3
本实施例中的TPU薄膜制备原料包括以下重量份的组分：
Figure BDA0001518631540000072
Figure BDA0001518631540000081
TPU薄膜的制备方法如下：
(1)将聚酯型TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转速60rpm/min下，在70℃下真空脱水5min，真空脱水时的压力为-0.3kPa，而后在80℃、100rpm/min转速下混炼10min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、KH-570与KH560和抗氧剂TPP在转速为30rpm/min下混合，在150℃、50rpm/min转速下混炼15min，挤出，得到TPU薄膜。
实施例4
本实施例中的TPU薄膜制备原料包括以下重量份的组分：
Figure BDA0001518631540000082
TPU薄膜的制备方法如下：
(1)将聚醚型TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转53rpm/min下，在78℃下真空脱水8min，真空脱水时的压力为-0.2kPa，而后在85℃、90rpm/min转速下混炼14min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、KH-550、抗氧剂TPP与抗氧剂TNP在转速为38rpm/min下混合，在140℃、55rpm/min转速下混炼20min，挤出，得到TPU薄膜。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚苯胺，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚吡咯，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚苯胺与聚吡咯，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中添加的聚苯胺重量含量为5重量份，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中添加的聚吡咯重量含量为2重量份，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚碳酸酯，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例7
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚乙烯吡咯烷酮，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例8
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加聚碳酸酯与聚乙烯吡咯烷酮，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
对比例9
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不添加纳米二氧化硅，其余组分、组分的重量份及制备方法均与实施例1相同，制备得到TPU薄膜。
将实施例1-4与对比例1-9制备得到的TPU薄膜进行红外光吸收测试与力学性能测试(包括拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率)，得到的具体测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0001518631540000101
Figure BDA0001518631540000111
通过实施例1-4与对比例1-5对比例可知，本发明提供的TPU薄膜具有良好的红外吸收性能，而未添加聚苯胺与聚吡咯的薄膜，则完全不具有红外吸收功能，而只添加聚苯胺或聚吡咯其中的一种时，其红外吸收率仅有30％左右，不能达到本发明60％-75％的高红外吸收率，如果聚苯胺、聚吡咯的添加范围不在本发明限定的范围内时，薄膜的红外吸收率有所降低。
通过实施例1-4与对比例6-8对比可知，当TPU薄膜中未添加聚碳酸酯和聚乙烯吡咯烷酮时，薄膜的拉伸强度、冲击强度以及断裂伸长率等力学性能均下降较多，而只添加聚碳酸酯或聚乙烯吡咯烷酮中的一种时，薄膜的力学性能也有所下降。
通过实施例1-4与对比例9的对比可知，TPU薄膜中添加了纳米二氧化硅，会提升薄膜的冲击强度，而未添加纳米二氧化硅的薄膜冲击强度很低。
因此，本发明提供的具有红外光吸收功能的TPU薄膜具有优良的红外光吸收性能以及力学性能，具有较高的应用价值。
本发明通过上述实施例来说明本发明的具有红外光吸收功能的TPU薄膜及其制备方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。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 (14)

1.一种红外光吸收率为60-75％的TPU薄膜，其特征在于，所述TPU薄膜的制备原料由以下组分组成：
Figure FDA0002664264550000011
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；
所述TPU薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌条件下，真空脱水，而后在80-100℃混炼；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和抗氧剂混合，在130-150℃下混炼，挤出，得到所述红外光吸收率为60-75％的TPU薄膜。
2.根据权利要求1所述的TPU薄膜，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所述的TPU薄膜，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。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的红外光吸收率为60-75％的TPU薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将TPU颗粒、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌条件下，真空脱水，而后在80-100℃混炼；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和抗氧剂混合，在130-150℃下混炼，挤出，得到所述红外光吸收率为60-75％的TPU薄膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的转速为50-60rpm/min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空脱水时的温度为70-90℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空脱水的时间为5-10min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空脱水时的压力为-0.3～-0.1kPa。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混炼在80-100rpm/min转速下进行。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混炼的时间为10-20min。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合时的搅拌转速为30-50rpm/min。
12.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混炼的时间为15-25min。
13.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混炼在转速50-70rpm/min下进行。
14.根据权利要求4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、聚苯胺以及聚吡咯在搅拌转速50-60rpm/min下，在70-90℃下真空脱水5-10min，真空脱水时的压力为-0.3～-0.1kPa，而后在80-100℃、80-100rpm/min转速下混炼10-20min；
(2)将步骤(1)得到的产物与聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和抗氧剂在转速为30-50rpm/min下混合，在130-150℃、50-70rpm/min转速下混炼15-25min，挤出，得到所述红外光吸收率为60-75％的TPU薄膜。
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