CN110564130A - 一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发泡塑料技术领域，具体为一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括：TPU、EPDM类热塑性弹性体、氢化羧基丁腈、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂、增强填充剂、硅烷偶联剂、硫化钙；本发明还公开一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法；包括以下制作步骤：S1：配比称重；S2：混炼胶料；S3：添加助剂；S4：偶联剂改性；S5：一阶挤出；S6：二阶挤出。本发明的有益效果是：配方合理，通过混炼EPDM类热塑性弹性体，提高其耐海水腐蚀性能，并通过超临界挤出提高其自身拉伸强度和压缩强度，使用寿命长。

Description

一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡塑料技术领域，具体为一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，是一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高分子量(1000～6000)的聚酯或聚醚，B为含2～12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是二异氰酸酯。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，但在冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。
TPU的密度跟海水相近，所以可以用来制作海洋漂浮电缆的护套，但由于TPU与海水之间容易发生电化学腐蚀和氯离子腐蚀，其自身使用寿命极低，市场应用比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括（按质量百分比计）：TPU65～70％、EPDM类热塑性弹性体10～15％、氢化羧基丁腈5～6％、邻苯二甲酸二辛酯0.4～1.0％、邻苯二甲酸二丁酯0.3～0.8％、己二酸二辛酯0.2～0.4％、邻羟基二苯甲酮0.5～1.0％、紫外吸收剂0.1～0.4％、增强填充剂5～10％、硅烷偶联剂1.0～2.0％、硫化钙5～10％。
优选的，TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
优选的，EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％。
优选的，增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％。
优选的，硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）。
一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在180～220℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在200～250r/min，持续搅拌10-25min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在300～350r/min，加入增强填充剂，持续搅拌5-8min，得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在100～130r/min，持续搅拌25-40min，降温至170～240℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为150～161℃，双螺杆转速在150～250r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为165～170℃，单螺杆转速在150～250r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
优选的，双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方。
优选的，步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的热塑性聚氨酯弹性体橡胶配方合理，通过混炼EPDM类热塑性弹性体，提高其耐海水腐蚀性能，并通过超临界挤出提高其自身拉伸强度和压缩强度，使用寿命长；
2.本发明通过邻羟基二苯甲酮和紫外吸收剂组成光稳定剂，避免材料发生光氧老化，并通过半水硫酸钙晶须分散补强TPU表面，提高材料的弹性性能，增加其韧性；
3.本发明不含有害金属以及放射性的物质，保护了使用者以及环境的安全，利于推广使用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在180℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在200r/min，持续搅拌10min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在300r/min，加入增强填充剂，持续搅拌5min，得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在100r/min，持续搅拌25min，降温至170℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为150℃，双螺杆转速在150r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为165℃，单螺杆转速在150r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
其中，EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％；增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％；硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）；双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方；步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
实施例二
本发明提供一种技术方案：一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在190℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在210r/min，持续搅拌15min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在310r/min，加入增强填充剂，持续搅拌6min，得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在110r/min，持续搅拌30min以上，降温至190℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为152℃，双螺杆转速在170r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为167℃，单螺杆转速在180r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
其中，EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％；增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％；硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）；双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方；步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
实施例三
本发明提供一种技术方案：一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在200℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在230r/min，持续搅拌20min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在340r/min，加入增强填充剂，持续搅拌7min，得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在125r/min，持续搅拌35min，降温至200℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为159℃，双螺杆转速在220r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为168℃，单螺杆转速在220r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
其中，EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％；增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％；硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）；双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方；步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
实施例四
本发明提供一种技术方案：一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，包括TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在220℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在250r/min，持续搅拌25min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在350r/min，加入增强填充剂，持续搅拌8min，得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在130r/min，持续搅拌40min，降温至240℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为161℃，双螺杆转速在250r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为170℃，单螺杆转速在250r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
其中，EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％；增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％；硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）；双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方；步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
上述四组实施例均能够制得耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其中实施例一制得的橡胶相比其他三组实施例，其耐海水侵蚀效果更好。
本发明的优点是：配方合理，通过混炼EPDM类热塑性弹性体，提高其耐海水腐蚀性能，并通过超临界挤出提高其自身拉伸强度和压缩强度，使用寿命长；通过邻羟基二苯甲酮和紫外吸收剂组成光稳定剂，避免材料发生光氧老化，并通过半水硫酸钙晶须分散补强TPU表面，提高材料的弹性性能，增加其韧性；本发明不含有害金属以及放射性的物质，保护了使用者以及环境的安全，利于推广使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其特征在于，包括（按质量百分比计）：TPU65～70％、EPDM类热塑性弹性体10～15％、氢化羧基丁腈5～6％、邻苯二甲酸二辛酯0.4～1.0％、邻苯二甲酸二丁酯0.3～0.8％、己二酸二辛酯0.2～0.4％、邻羟基二苯甲酮0.5～1.0％、紫外吸收剂0.1～0.4％、增强填充剂5～10％、硅烷偶联剂1.0～2.0％、硫化钙5～10％。
2.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其特征在于：TPU66％、EPDM类热塑性弹性体12％、氢化羧基丁腈5％、邻苯二甲酸二辛酯0.6％、邻苯二甲酸二丁酯0.4％、己二酸二辛酯0.3％、邻羟基二苯甲酮0.6％、紫外吸收剂0.3％、增强填充剂8％、硅烷偶联剂0.8％、硫化钙6％。
3.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其特征在于：EPDM类热塑性弹性体包括EPDM70％和PP30％。
4.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其特征在于：增强填充剂包括纳米三氧化二铝36％，纳米二氧化钛15％，纳米二氧化硅38％和纳米石墨粉11％。
5.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其特征在于：硫化钙为半水硫酸钙晶须（CaSO4·0.5H2O）。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下制作步骤：
S1：配比称重，按照上述材料配比取用材料；
S2：混炼胶料，将TPU在180～220℃下熔融，随后依次加入EPDM类热塑性弹性体和氢化羧基丁腈，混炼成胶料；
S3：添加助剂，将胶料放置在容器中，并通过搅拌器搅拌，控制搅拌器转速在200～250r/min，持续搅拌10-25min，依次加入邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、邻羟基二苯甲酮、紫外吸收剂，降低转速在300～350r/min，加入增强填充剂，持续搅拌5-8min得到混合溶液；
S4：偶联剂改性，将步骤三的到的混合溶液依次加入硅烷偶联剂和硫化钙，并通过搅拌器搅拌，搅拌转速在100～130r/min，持续搅拌25-40min降温至170～240℃，形成混合料；
S5：一阶挤出，将混合料放置在双螺杆挤出机进行挤出成型，控制双螺杆挤出机的机身温度为150～161℃，双螺杆转速在150～250r/min，得到聚合物混合料；
S6：二阶挤出，将步骤五中的聚合物混合料放置在单螺杆挤出机中，控制单螺杆挤出机的机身温度为165～170℃，单螺杆转速在150～250r/min，并向机内注入超临界二氧化碳，单螺杆剪切共混均匀，挤出降压发泡，得到改性后的热塑性聚氨酯弹性体橡胶。
7.根据权利要求6所述的耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机和单螺杆挤出机平行同向串接，单螺杆挤出机进料口位于双螺杆挤出机机头出料口侧方。
8.根据权利要求6所述的耐海水腐蚀的热塑性聚氨酯弹性体橡胶的制备方法，其特征在于：步骤六中，超临界二氧化碳的温度为90℃，注气压力为10MPa。
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