CN111019328B - 一种热塑性聚氨酯填充母粒及其制备方法 - Google Patents

一种热塑性聚氨酯填充母粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热塑性聚氨酯填充母粒及其制备方法，包括以下质量百分含量的原料：无机填料60‑85％，热塑性聚氨酯5‑20％，增韧剂3‑5％，表面处理剂1‑5％，扩链剂1‑5％，支化剂载体3‑5％，支化剂0.2‑2％。制备时：按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50‑70℃，分散时间40～60min，获得A料；按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80‑100℃，分散时间40～60min，获得B料；把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1～10min；所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。与现有技术相比，本发明材料无机填料加入量最高可达到85％，同时又保证了其的物理性能。

Description

一种热塑性聚氨酯填充母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物填充母粒的制备方法，尤其涉及一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯树脂(TPU)是通用的热塑性材料，它是由特定的软段和硬段组成。所以，它既有橡胶的柔韧性又有塑料的刚性，具有很广的使用范围。但是，由于其价格昂贵限制了其发展应用。
使用无机填料对热塑性聚氨酯进行填充，可以将部分树脂替换成无机填料，使其成本降低。但是当无机填料量加入过高时，会使得材料性能显著降低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热塑性聚氨酯填充母粒及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热塑性聚氨酯填充母粒，其特征在于，包括以下质量百分含量的原料：
Figure BDA0002334743080000011
所述的无机填料为碳酸钙，粒度400-1250目。
所述的热塑性聚氨酯邵氏硬度为60-98A。
所述的增韧剂为端羟基液体聚丁二烯，羟基值0.49-0.82mmol/g。
所述的表面处理剂为2-羟基丙酸。
所述的扩链剂为双(三羟甲基)丙烷。
碳酸钙为惰性材料，表面基本无可进行有机反应的官能团。其可与异氰酸酯类物质反应的羟基，主要来源于其中掺杂的氢氧化钙。由于羟基的含量较少导致异氰酸酯类物质对碳酸钙的包容性较差。通过表面处理剂2-羟基丙酸与碳酸钙反应在表面上引入的较多的羟基，为其下一步与异氰酸酯类物质反应提供了基础。
所述的支化剂载体为分子筛活化粉，型号4A，含水量<2％。
所述的支化剂为封闭型多异氰酸酯，解封温度110℃-160℃。
活化粉为多孔类物质，具有较好的吸附液体的作用，本方案通过在其上负载的封闭多异氰酸酯，制备了一种缓释的支化剂。在挤出机挤出过程中封闭多异氰酸酯从分子筛内部扩散到树脂基体中需要一定的时间，其分解过程也一定程度上降低了了参加支化反应官能团的单位密度。通过对扩散时间和分解时间的调整，降低了了整个体系反应的强度，使反应更加平稳，不会出现因为局部支化剂含量较多而使体系中出现凝胶的现象，该种凝胶与体系不相容，严重影响产品性能。通过以上方案保证了产品性能的均一性和稳定性。
一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间40～60min，获得A料；
(2)按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间40～60min，获得B料；
(3)把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1～10min；
(4)将(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
所述的双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃。
本发明将支化剂分散固定支化剂载体，然后用表面处理剂处理无机填料，使无机填料表面充满羟基，然后将异氰酸酯与无机填料表面的羟基进行反应连接，在低官能团含量无机填料表面引入较多的反应基团，同时通过增加增韧剂和扩链剂等反应基团的柔顺性提高其反应活性。增加了无机填料与热塑性聚氨酯的相容性。
聚氨酯树脂主要为含异氰酸酯化合物与含羟基化合物聚合而成的产物。该专利可以在无机填料非常高的情况下仍然保持聚氨酯材料的物理性能，主要原因为上面涉及到的反应步骤。富含羟基的改性碳酸钙填料，扩链剂双(三羟甲基)丙烷以及增韧剂端羟基液体聚丁二烯分别与封闭多异氰酸酯交替反应，相当于制备了以碳酸钙为核，聚氨酯链段为壳的核壳聚合物。核壳间以稳定的化学键相连，壳与聚氨酯基础树脂为热力学相容体系，确保了在高填充的体系内没有出现弱界面层，从而保证了高无机填料含量下材料的物理性能。
与现有技术相比，本发明提供了一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法，该材料无机填料加入量最高可达到85％，同时又保证了其的物理性能。该产品可以直接制备热塑性聚氨酯塑料产品或和其他热塑性聚氨酯混合使用制备产品，显著降低了热塑性聚氨酯产品价格扩大了其使用范围。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(一)一种热塑性聚氨酯填充母粒，其各原料组分的质量百分比：
Figure BDA0002334743080000031
(二)一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法：
(1)按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间50min，获得A料。
(2)按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间50min，获得B料
(3)把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间5min。
(4)将(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，挤出机长径比40:1，设定温度为170℃，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
实施例2：
(一)一种热塑性聚氨酯填充母粒，其各原料组分的质量百分比：
Figure BDA0002334743080000041
(二)一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法
(1)按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间40min，获得A料；
(2)按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间40min，获得B料；
(3)把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1min；
(4)将(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
实施例3：
(一)一种热塑性聚氨酯填充母粒，其各原料组分的质量百分比：
Figure BDA0002334743080000051
(二)一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法
(1)按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间60min，获得A料；
(2)按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间60min，获得B料；
(3)把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间10min；
(4)将(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
实施例4：
(一)一种热塑性聚氨酯填充母粒，其各原料组分的质量百分比：
Figure BDA0002334743080000052
Figure BDA0002334743080000061
(二)一种热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法
(1)按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间60min，获得A料；
(2)按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间50min，获得B料；
(3)把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间8min；
(4)将(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
采用下述方法对本发明实施例1-4制备的一种热塑性聚氨酯填充母粒制成2mm左右的薄板进行测试，所述性能见表1。
Figure BDA0002334743080000062
测试结果证明：
一种热塑性聚氨酯填充母粒具有较高的填料含量，同时保证了较好的机械性能，可直接制备热塑性聚氨酯塑料产品或和其他热塑性聚氨酯混合使用制备产品，显著降低了热塑性聚氨酯产品价格扩大了其使用范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明组份质量百分比的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热塑性聚氨酯填充母粒，其特征在于，包括以下质量百分含量的原料：
无机填料 60-85%
热塑性聚氨酯 5-20%
增韧剂 3-5%
表面处理剂 1-5%
扩链剂 1-5%
支化剂载体 3-5%
支化剂 0.2-1%；
所述的无机填料为碳酸钙，所述的表面处理剂为2-羟基丙酸，所述的支化剂载体为分子筛活化粉；所述的支化剂为封闭型多异氰酸酯；
所述的增韧剂为端羟基液体聚丁二烯，羟基值0.49-0.82mmol/g；
所述的扩链剂为双(三羟甲基)丙烷；
所述的支化剂的解封温度110℃-160℃；
所述热塑性聚氨酯填充母粒通过以下方法制得：
（1）按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间40~60min，获得A料；
（2） 按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间40~60min，获得B料；
（3） 把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1~10min；
（4） 将（3）所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
2.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯填充母粒，其特征在于所述的无机填料的粒度400-1250目。
3.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯填充母粒，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯邵氏硬度为60-98A。
4.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯填充母粒，其特征在于，所述的支化剂载体的含水量<2%。
5.一种如权利要求1~4中任一所述的热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照质量百分比把支化剂载体，支化剂投入到高速分散机中，分散温度50-70℃，分散时间40~60min，获得A料；
（2） 按照质量百分比把无机填料，表面处理剂，投入到高速分散机中，分散温度80-100℃，分散时间40~60min，获得B料；
（3） 把A料，B料，热塑性聚氨酯，增韧剂，扩链剂按照比例加入到高速分散机中进行混合，时间1~10min；
（4） 将（3）所得混合物料加入双螺杆挤出机熔融，经过挤出切粒后，获得一种热塑性聚氨酯填充母粒。
6.根据权利要求5所述的热塑性聚氨酯填充母粒的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的长径比40:1，设定温度为170℃。
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