CN109337355A - 一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，所述聚氨酯弹性体的原料包括异氟尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷、扩链剂、硅酮母粒以及催化剂。所述热塑性弹性体具有优异的耐刮擦性能，同时排除了了硅酮母粒的添加对材料机械性能的影响，扩展了材料的使用范围。

Description

一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯(TPU)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。TPU具有优异的物理性能，例如耐磨性，回弹力都好过普通聚氨酯和PVC，耐老化性优于橡胶，可以说是替代PVC和PU的最理想的材料。但是传统TPU材料的阻燃性能不佳，需要外加阻燃剂来提高TPU的阻燃性能，但是阻燃剂的添加会对TPU材料的物理性能产生影响。
CN 106700388 A公开了一种耐刮檫和低温冲击的ABS/TPU合金材料及其制备方法，ABS/TPU合金材料是由950～750份ABS、50～250份TPU、10～50份相容剂、5～30份耐刮擦剂和2～5份抗氧剂经混合、熔融挤出制备而成。本发明利用TPU来改性ABS，不仅可以提高ABS/TPU合金材料的耐低温冲击性能、增加其熔体黏度，提高耐低温冲击性能，使其适合于低温使用；同时提高ABS/TPU合金材料的表面硬度和耐磨性。该发明采用TPU混合ABS的方式提高材料的耐刮擦性能，但是为根本解决提高TPU材料的耐磨性能的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，所述热塑性弹性体具有优异的耐刮擦性能，同时排除了硅酮母粒的添加对材料机械性能的影响，扩展了材料的使用范围。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，所述聚氨酯弹性体的原料包括异氟尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷、扩链剂、硅酮母粒以及催化剂。
作为本发明优选的技术方案，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
其中，异氟尔酮二异氰酸酯的重量份可以是30份、32份、35份、38份、40份、42份或45份等，聚醚多元醇的重量份可以是60份、62份、66份、68份、70份、72份、76份、78份或80份等，端羟基聚硅氧烷扩链剂的重量份可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份等，扩链剂的重量份可以是10份、11份、12份、13份、14份或15份等，硅酮母粒的重量份可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份等，催化剂的重量份可以是1份、2份、3份、4份或5份等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
作为本发明优选的技术方案，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
本发明中，采用添加硅酮母粒来增加材料热塑性聚氨酯弹性体的耐刮擦性能，然而硅酮母粒与聚氨酯分子的相容性差，会对材料的机械性能产生影响，且硅酮母粒在材料中的迁移率高，影响材料的稳定性。故本发明添加了端羟基聚硅氧烷，在聚氨酯反应的过程中会与异氰酸酯基团反应，进而掺杂在聚氨酯分子中，提高了聚氨酯分子与硅酮母粒的相容性，同时提高了聚氨酯分子自身的耐刮擦性能，进一步提高了热塑性聚氨酯弹性体的耐刮擦能力。
作为本发明优选的技术方案，所述不饱和聚醚多元醇的数均分子量为4000～6000，如4000、4200、4500、4800、5000、5200、5500、5800或6000等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述扩链剂选自乙二醇、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，所述组合典型但非限制性实例有：乙二醇和1,3-丙二醇的组合、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇的组合、1,4-丁二醇和1,5-戊二醇的组合、乙二醇和1,5-戊二醇的组合或乙二醇、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇的组合等。
优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、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，所述组合典型但非限制性实例有：辛酸亚锡和二辛酸二丁锡的组合、二辛酸二丁锡和二月桂酸二丁锡的组合、二月桂酸二丁锡和辛酸亚锡的组合或辛酸亚锡、二辛酸二丁锡和二月桂酸二丁锡的组合等。
本发明目的之二在于提供一种上述高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷以及异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在搅拌条件下于60～80℃抽真空，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的扩链剂和催化剂，于70～80℃继续反应2～4h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入配方量的硅酮母粒，搅拌1～2h，然后加入双螺杆挤出机中挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
其中，步骤(1)所述抽真空的温度可以是60℃、62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃或80℃等；步骤(2)所述反应温度可以是70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃等；步骤(2)所述反应的时间可以是2h、2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h、3.8h或4h等；步骤(3)所述搅拌的时间可以是1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等；但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述的搅拌速率为500～1000r/min，如500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min或1000r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述的真空的真空度为-0.4～-0.2kPa，如-0.4kPa、-0.38kPa、-0.35kPa、-0.32kPa、-0.30kPa、-0.28kPa、-0.25kPa、-0.22kPa或-0.20kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述的搅拌速率为500～1000r/min如500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min或1000r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述步骤(3)中设置双螺杆挤出机的喂料段温度为130～140℃，如130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃或140℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的混合段温度为170～180℃，如170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的挤出段温度为180～200℃，如180℃、182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃、198℃或200℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的机头温度为200～210℃，如200℃、201℃、202℃、203℃、204℃、205℃、206℃、207℃、208℃、209℃或210℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，所述热塑性聚氨酯弹性体的耐刮擦性能优异，在摩擦测试1000次后表面无明显磨损；
(2)本发明提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，所述热塑性聚氨酯弹性体具有优异的机械性能，拉伸强度可达58MPa，断裂伸长率可达275％，回弹率在90％左右；
(3)本发明提供一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法工艺简单，适用于工业化生产。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。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
一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将80份聚醚多元醇(数均分子量6000)和45份异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在1000r/min的速率下搅拌，于80℃抽真空至-0.2kPa，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的15份1,4-丁二醇、10份端羟基聚硅氧烷和5份二月桂酸二丁锡，于80℃继续反应2h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入10份硅酮母粒，在1000r/min的速率下搅拌1h，然后加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的喂料段温度为180℃，混合段温度为200℃，挤出段温度为210℃，机头段温度为180℃，挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
实施例2
一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将60份聚醚多元醇(数均分子量4000)和30份异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在500r/min的速率下搅拌，于60℃抽真空至-0.4kPa，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的10份1,3-丙二醇、5份端羟基聚硅氧烷和1份辛酸亚锡，于70℃继续反应4h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入5份硅酮母粒，在500r/min的速率下搅拌2h，然后加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的喂料段温度为170℃，混合段温度为180℃，挤出段温度为200℃，机头段温度为170℃，挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
实施例3
一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将65份聚醚多元醇(数均分子量5000)和35份异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在800r/min的速率下搅拌，于70℃抽真空至-0.3kPa，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的12份乙二醇、6份端羟基聚硅氧烷和2份二辛酸二丁锡，于75℃继续反应3h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入6份硅酮母粒，在800r/min的速率下搅拌2.5h，然后加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的喂料段温度为165℃，混合段温度为190℃，挤出段温度为205℃，机头段温度为175℃，挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
实施例4
一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将75份聚醚多元醇(数均分子量5000)和42份异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在800r/min的速率下搅拌，于70℃抽真空至-0.3kPa，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的14份乙二醇、8份端羟基聚硅氧烷和3份二辛酸二丁锡，于75℃继续反应3h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入8份硅酮母粒，在800r/min的速率下搅拌2.5h，然后加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的喂料段温度为165℃，混合段温度为190℃，挤出段温度为205℃，机头段温度为175℃，挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
实施例5
一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将70份聚醚多元醇(数均分子量5000)和38份异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在800r/min的速率下搅拌，于70℃抽真空至-0.3kPa，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的13份乙二醇、7份端羟基聚硅氧烷和2.5份二辛酸二丁锡，于75℃继续反应3h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入7份硅酮母粒，在800r/min的速率下搅拌2.5h，然后加入到双螺杆挤出机中，设置双螺杆挤出机的喂料段温度为165℃，混合段温度为190℃，挤出段温度为205℃，机头段温度为175℃，挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
对比例1
本对比例除了步骤(1)不添加端羟基聚硅氧烷而替换为等质量份的聚醚多元醇外，其他条件均与实施例5相同。
对比例2
本对比例除了步骤(3)不添加硅酮母粒外，其他条件均与实施例5相同。
对实施例1-5以及对比例1和2制备得到的高耐刮聚氨酯弹性体的机械性能和耐刮擦性能进行测试，结果如表1所示。
其中，本发明进行的耐刮擦测试为使用直径1cm的平底磨头，包覆ISO 105标准规定的涤纶擦布，在9N压力下反复擦磨1000次后观察材料表面的状态，磨损严重为“-”,轻微磨损为“+”，无磨损为“++”。
表1
项目 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/％ 回弹率/％ 耐刮擦测试
实施例1 56 272 89 ++
实施例2 52 268 90 ++
实施例3 53 270 90 ++
实施例4 55 271 92 ++
实施例5 58 275 92 ++
对比例1 41 227 80 +
对比例2 52 269 88 -
从表1的测试结果可以看出，本发明制备得到的热塑性聚氨酯弹性体具有优异的机械性能，拉伸强度可达58MPa，断裂伸长率可达275％，回弹率在90％左右。而对比例1由于未添加端羟基聚硅氧烷，导致硅酮母粒与聚氨酯分子间的融合性差，导致耐刮擦性能虽然小幅下降，但机械性能相比于实施例5大幅下降。对比例2由于未添加硅酮母粒，虽然机械系能基本与实施例5相同，但是耐刮擦性能明显下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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)

1.一种高耐刮热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚氨酯弹性体的原料包括异氟尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷、扩链剂、硅酮母粒以及催化剂。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
4.根据权利要求1-3任一项所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，按照重量份计所述聚氨酯弹性体的原料包括：
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述不饱和聚醚多元醇的数均分子量为4000～6000。
6.根据权利要求1-5任一项所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述扩链剂选自乙二醇、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。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高耐刮热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷以及异氟尔酮二异氰酸酯依次加入容器中，在搅拌条件下于60～80℃抽真空，得到预聚体；
(2)向步骤(1)得到的预聚体中加入配方量的扩链剂和催化剂，于70～80℃继续反应2～4h；
(3)向步骤(2)中反应后的物料中加入配方量的硅酮母粒，搅拌1～2h，然后加入双螺杆挤出机中挤出成型得到高耐刮热塑性聚氨酯弹性体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的搅拌速率为500～1000r/min；
优选地，步骤(1)所述的真空的真空度为-0.4～-0.2kPa。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的搅拌速率为500～1000r/min。
10.根据权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中设置双螺杆挤出机的喂料段温度为170～180℃；
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的混合段温度为180～200℃；
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的挤出段温度为200～210℃；
优选地，步骤(3)中设置双螺杆挤出机的机头温度为170～180℃。
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