CN112226069B - 一种贴合硅胶的tpu复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴合硅胶的TPU复合材料及其制备方法。本发明的贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：TPU颗粒80‑95份、聚氨酯胶黏剂5‑15份、TPU处理剂5‑20份、硅胶处理剂2‑5份、分散剂1‑5份、抗氧剂1‑5份；其中，所述TPU处理剂由水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂组成。本发明制得的TPU复合材料与硅胶材料贴合时具有良好的粘结性能，解决了TPU材料与硅胶材料贴合难的问题。

Description

一种贴合硅胶的TPU复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及TPU复合材料技术领域，尤其涉及一种贴合硅胶的TPU复合材料及其制备方法。

背景技术

硅橡胶具有优异的耐水解、耐污性、介电性、耐臭氧和耐大气老化等性能，而且使用温度宽广，能在-60℃(或更低的温度)至250℃(或更高的温度)下长期使用，因此得到广泛应用。

TPU(Thermoplastic polyurethanes)，热塑性聚氨酯弹性体橡胶，是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇(扩链剂)共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯分子和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。TPU具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。

硅胶，别名硅酸凝胶，是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO₂·nH₂O；除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代得特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。

TPU材料较硬，硅胶材料较软，二者贴合时粘结力较差，所以，由于受到硅胶与TPU材料粘结性的限制，使得材料应用受到了限制。

CN102357966A公开了一种硅胶表面贴合TPU的方法，其包括步骤：A、在TPU片表面涂一层TPU处理剂；B、将TPU片烘烤；C、将TPU片放入硅胶模具中，通过热压成型方式将TPU片与硅胶材料熔接成一体，通过这种方法可以使得TPU片与硅胶材料稳固熔接成一体，当需要将其它材料与硅胶材料连接时，只需将其它材料与TPU片热压成型，就可将其它材料稳固连接在硅胶材料上，该发明利用TPU片作为中间介质，将其它材料与硅胶材料的连接转换成其它材料与TPU片的连接，使其它材料与硅胶材料间接连接，由于TPU与其它材料很容易连接，解决了传统硅胶与其它材料很难连接在一起的技术问题，方法实施简单方便。但是，该方法不仅产量低而且热压过程中硅胶和TPU易流失，导致原料利用低的同时TPU的厚度也会降低，复合材料因TPU厚度降低而粘结性下降。

CN111171749A公开了一种可粘合其他塑胶材料的硅胶膜的制备方法，包括如下步骤：S1、制备底模：采用TPU热熔胶原料，通过真空热压成型技术，生产TPU热熔胶基膜，备用；S2、制备粘接剂：取热固性粘接剂稀释粘度，静置备用；S3、制备液体硅胶：取AB双组份液体硅胶按一定比例，置于搅拌釜中，搅拌10分钟，静置备用；S4、脱泡：将制备完成的液体硅胶放置在真空脱泡机中，脱泡2小时；S5、涂布贴合；该发明通过备置基膜方式，结合涂布液体硅胶成膜，然后将基膜与成膜硅胶贴合，既可以保证产品整体稳定性，避免粘合牢度不足剥落，同时提高粘合牢度稳定性，简化工艺，利于流程控制，能够大大提高加工便利性，利于推广应用。但是，该方法制得的硅胶膜与TPU材料复合时粘结性能欠佳，有待进一步提高。

因此，开发一种贴合硅胶的TPU复合材料及其制备方法很有必要。

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贴合硅胶的TPU复合材料及其制备方法，本发明制得的TPU复合材料与硅胶材料贴合时具有良好的粘结性能。

本发明的目的之一在于提供一种贴合硅胶的TPU复合材料，为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，所述贴合硅胶的TPU复合材料包括如下组分：

其中，所述TPU处理剂由水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂组成。

本发明的贴合硅胶的TPU复合材料，以TPU颗粒为原料，添加了TPU处理剂和硅胶处理剂，利于形成良好的粘结界面，配合聚氨酯胶黏剂、分散剂和抗氧剂使用，达到提高TPU复合材料与硅胶的粘结性能的效果。

具体地，按重量份计，所述贴合硅胶的TPU复合材料包括如下组分：

TPU颗粒80-95份，例如TPU颗粒的重量份为80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份、91份、92份、93份、94份或95份等。

聚氨酯胶黏剂5-15份，例如聚氨酯胶黏剂的重量份为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

TPU处理剂5-20份，例如TPU处理剂的重量份为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

硅胶处理剂2-5份，例如硅胶处理剂的重量份为2份、3份、4份或5份等。

分散剂1-5份，例如分散剂的重量份为1份、2份、3份、4份或5份等。

抗氧剂1-5份，例如抗氧剂的重量份为1份、2份、3份、4份或5份等。

本发明的TPU处理剂由水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂组成，三者协同作用，与硅胶处理剂共同作用形成良好的粘结界面，缺少任何一种均不能使TPU材料与硅胶较好的贴合。其中，按TPU处理剂重量份为5-20份计，所述TPU处理剂由1-10份水性聚氨酯处理剂、1-5份硅烷偶联剂和1-5份抑制剂组成。

具体地，水性聚氨酯处理剂的重量份为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等，硅烷偶联剂的重量份为1份、2份、3份、4份或5份等，抑制剂的重量份为1份、2份、3份、4份或5份等。

所述硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物可以为甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯的混合物，正硅酸甲酯、正硅酸乙酯的混合物，正硅酸乙酯或正硅酸丙酯的混合物，甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯的混合物，正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯的混合物，甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯的混合物。

所述抑制剂为甲基丁炔醇、乙炔基环己醇或多乙烯基聚硅氧烷中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物可以为甲基丁炔醇、乙炔基环己醇的混合物，甲基丁炔醇、多乙烯基聚硅氧烷的混合物，乙炔基环己醇或多乙烯基聚硅氧烷的混合物，甲基丁炔醇、乙炔基环己醇或多乙烯基聚硅氧烷的混合物。

所述硅胶处理剂为硅胶处理剂890和/或Primer609底涂剂。

所述TPU颗粒为聚酯型TPU颗粒和/或聚醚型TPU颗粒。

优选地，所述TPU颗粒的硬度为Shore A60-Shore D80。

所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的混合物。

所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂264或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。

作为本发明的优选方案，按重量份计，所述贴合硅胶的TPU复合材料包括如下组分：

本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的贴合硅胶的TPU复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)以水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂为原料，制备TPU处理剂；

2)将TPU颗粒、聚氨酯胶黏剂、TPU处理剂、硅胶处理剂、分散剂和抗氧剂分别干燥，按配比混合均匀，挤出得到所述贴合硅胶的TPU复合材料。

所述贴合硅胶的TPU复合材料的使用方法为：将所述贴合硅胶的TPU复合材料经挤出流延法制备TPU复合膜，通过热压成型方式将所述TPU复合膜与硅胶材料熔接成一体。

优选地，所述热压成型的压力为13000-15000N，例如热压成型的压力为13000N、13500N、14000N、14500N或15000N，所述热压成型的温度为150-180℃，例如热压成型的温度为150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃等，所述热压成型的时间为60～120s，例如热压成型的时间为60s、70s、80s、90s、100s、110s或120s等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明制得的贴合硅胶的TPU复合材料，与硅胶材料粘结时贴合好，剥离强度110N/3cm以上，且TPU复合材料与硅胶之间无气泡，结合紧密，解决了TPU材料与硅胶材料贴合难的问题。

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。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

实施例1

本实施例的一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷，抑制剂为1份甲基丁炔醇、1份乙炔基环己醇的混合物，硅胶处理剂为2份硅胶处理剂890和3份Primer609底涂剂的混合物，TPU颗粒的硬度为Shore A60，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗氧剂为1份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂264和0.5份抗氧剂TNP的混合物。

本实施例的贴合硅胶的TPU复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)以水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂为原料，制备TPU处理剂；

2)将TPU颗粒、聚氨酯胶黏剂、TPU处理剂、硅胶处理剂、分散剂和抗氧剂分别干燥，按配比混合均匀，挤出得到所述贴合硅胶的TPU复合材料。

实施例2

本实施例的一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷，抑制剂为0.5份甲基丁炔醇、0.2份乙炔基环己醇和0.3份多乙烯基聚硅氧烷中的混合物，硅胶处理剂为2份硅胶处理剂890和3份Primer609底涂剂的混合物，TPU颗粒的硬度为Shore A60，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗氧剂为1份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂264和0.5份抗氧剂TNP的混合物。

实施例3

本实施例的一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，硅烷偶联剂为1份甲基三乙氧基硅烷、1份正硅酸甲酯、1份正硅酸乙酯和2份正硅酸丙酯的混合物，抑制剂为1份甲基丁炔醇、1份乙炔基环己醇和3份多乙烯基聚硅氧烷的混合物，硅胶处理剂为Primer609底涂剂，TPU颗粒的硬度为Shore A70，分散剂为十六烷基三甲基溴酸钠，抗氧剂为抗氧剂TNP。

实施例4

本实施例的一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，硅烷偶联剂为2份甲基三乙氧基硅烷、1份正硅酸甲酯、1份正硅酸乙酯和1份正硅酸丙酯的混合物，抑制剂为1份甲基丁炔醇、2份乙炔基环己醇的混合物，硅胶处理剂为1份硅胶处理剂890和1份Primer609底涂剂的混合物，TPU颗粒的硬度为Shore 80，分散剂为羧甲基纤维素钠，抗氧剂为1份抗氧剂264和1份抗氧剂TNP的混合物。

实施例5

本实施例的一种贴合硅胶的TPU复合材料，按重量份计，包括如下组分：

其中，硅烷偶联剂为3份正硅酸乙酯和2份正硅酸丙酯的混合物，抑制剂为2份甲基丁炔醇、3份乙炔基环己醇的混合物，硅胶处理剂为硅胶处理剂890，TPU颗粒的硬度为ShoreA60，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，抗氧剂为抗氧剂1010。

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂由12份水性聚氨酯处理剂、1份硅烷偶联剂和1份抑制剂组成，其他的与实施例1均相同。

实施例7

本实施例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂由6份水性聚氨酯处理剂、7份硅烷偶联剂和1份抑制剂组成，其他的与实施例1均相同。

实施例8

本实施例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂由6份水性聚氨酯处理剂、1份硅烷偶联剂和7份抑制剂组成，其他的与实施例1均相同。

实施例9

本实施例与实施例1的区别之处在于，硅烷偶联剂为KH-560，其他的与实施例1均相同。

实施例10

本实施例与实施例1的区别之处在于，抑制剂为羧甲基纤维素，其他的与实施例1均相同。

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂不含水性聚氨酯处理剂，减少的水性聚氨酯处理剂的重量份平均增加至硅烷偶联剂和抑制剂中，以保证TPU处理剂的总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例2

本对比例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂不含硅烷偶联剂，减少的硅烷偶联剂的重量份平均增加至水性聚氨酯处理剂和抑制剂中，以保证TPU处理剂的总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例3

本对比例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂不含抑制剂，减少的抑制剂的重量份平均增加至水性聚氨酯处理剂和硅烷偶联剂中，以保证TPU处理剂的总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例4

本对比例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂的重量份为2份，由0.5份水性聚氨酯处理剂、1份硅烷偶联剂和1份抑制剂组成，减少的TPU处理剂的重量份平均增加至其他组分中以保证总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例5

本对比例与实施例1的区别之处在于，TPU处理剂的重量份为30份，由10份水性聚氨酯处理剂、10份硅烷偶联剂和10份抑制剂组成，增加的TPU处理剂的重量份平均从其他组分中扣除以保证总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例6

本对比例与实施例1的区别之处在于，不含有TPU处理剂，减少的TPU处理剂的重量份增加至硅胶处理剂中以保证总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

对比例7

本对比例与实施例1的区别之处在于，不含有硅胶处理剂，减少的硅胶处理剂的重量份增加至TPU处理剂中以保证总重量份不变，其他的与实施例1均相同。

贴合硅胶的TPU复合材料的使用方法为：将贴合硅胶的TPU复合材料经挤出流延法制备TPU复合膜，通过15000N的压力、160℃热压60s成型将所述TPU复合膜与硅胶材料熔接成一体。

将实施例1-10与对比例1-7制得的TPU复合材料进行性能测试，与硅胶材料的剥离强度测试参照标准GB/T 2792-2014进行，实验结果如表1所示。

表1

本发明制得的贴合硅胶的TPU复合材料，与硅胶材料粘结时贴合好，剥离强度110N/3cm以上，且TPU复合材料与硅胶之间无气泡，结合紧密，解决了TPU材料与硅胶材料贴合难的问题。

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。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种贴合硅胶的TPU复合材料，其特征在于，按重量份计，所述贴合硅胶的TPU复合材料包括如下组分：

按TPU处理剂重量份为5-20份计，所述TPU处理剂由1-10份水性聚氨酯处理剂、1-5份硅烷偶联剂和1-5份抑制剂组成；

所述硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯中的任意一种或至少两种的混合物；

所述抑制剂为甲基丁炔醇、乙炔基环己醇或多乙烯基聚硅氧烷中的任意一种或至少两种的混合物；

所述硅胶处理剂为硅胶处理剂890和/或Primer609底涂剂。

2.根据权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，所述TPU颗粒为聚酯型TPU颗粒和/或聚醚型TPU颗粒。

3.根据权利要求2所述的TPU复合材料，其特征在于，所述TPU颗粒的硬度为Shore A60-Shore D80。

4.根据权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的混合物。

5.根据权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂264或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。

6.根据权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，按重量份计，所述贴合硅胶的TPU复合材料包括如下组分：

7.一种如权利要求1-6之一所述的贴合硅胶的TPU复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)以水性聚氨酯处理剂、硅烷偶联剂和抑制剂为原料，制备TPU处理剂；

2)将TPU颗粒、聚氨酯胶黏剂、TPU处理剂、硅胶处理剂、分散剂和抗氧剂分别干燥，按配比混合均匀，挤出得到所述贴合硅胶的TPU复合材料。