CN112851984B - 一种增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法。本发明将聚氨酯颗粒、促溶剂和溶剂在反应器中搅拌，再静置去泡，使聚氨酯颗粒完全溶解在溶剂中，得到透明溶液；再将纳米金属氧化物或氢氧化物加入聚氨酯溶液中混合搅拌均匀，将所得的混合溶液涂布于模板上，在常温常压下通过干法转相技术成膜；将膜与模板剥离，即得到增强型聚氨酯透明复合薄膜产品。本发明所得复合薄膜的性能优异，具备工艺简单，条件温和，原料可回收利用等显著优点，可避免目前的生产方法中存在的设备要求高，能耗大，工艺复杂等不足。

Description

一种增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于环境保护技术，节能新技术及透明薄膜材料生产技术领域，具体涉及一种增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法。
背景技术
随着环保技术的发展和社会提倡绿色环保，化石基塑料导致的“白色污染”问题已经越来越受到人们的重视。传统的塑料袋因其不可降解性已渐渐地被各国限制使用。为了克服现有技术的缺陷，更好地解决能源短缺和环境污染等一系列问题，寻求一种绿色环保型聚合物膜已经成为全世界的共识。聚氨酯膜因其所具有的卓越性能而逐渐受到广泛关注。相较于其他聚合物膜，聚氨酯膜在耐磨性、亲水性与生物相容性等方面具有其他材料无法比拟的优势。但传统的聚氨酯膜制备工艺具有能耗大，原料不可回收，工艺复杂，成本高等不足。阻碍聚氨酯利用的原因主要来自三个方面：(1)聚氨酯的交联度较大，难以溶解于有机溶剂中；(2) 聚氨酯利用湿法转相技术难以制备出透明的聚氨酯膜，(3)纯聚氨酯膜抗拉伸强度有限，通过聚氨酯分子上氨基与羟基化纳米金属(氢)氧化物上羟基形成氢键而促进其强度。因此，在保持原有优良特性的基础上，寻找一种制备工艺简单，低能耗的方法具有重要意义。本发明提供了一种工艺简约、环境友好、性能优异的新型聚氨酯透明薄膜的制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，更好地解决能源短缺和环境污染等一系列问题，本发明公开了一种工艺简约、环境友好、性能优异的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法。
本发明的目的在于提供一种材料易得、工艺简单可靠、环境友好的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将50-120重量份溶剂和4-10重量份促溶剂配制成混合溶剂；
(2)将10-20重量份聚氨酯颗粒加入步骤(1)所得混合溶剂中，在密闭环境中加热搅拌2-4小时至完全溶解形成均匀透明溶液；
(3)在步骤(2)所得聚氨酯溶液中，加入0.5-4.5重量份的纳米金属氧化物或氢氧化物颗粒，搅拌均匀，得到聚氨酯混合溶液，并静置消泡；
(4)将步骤(3)所得聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，利用干法转相技术成膜；
(5)将膜与模板剥离，再根据实际需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到增强型聚氨酯透明复合薄膜产品。
进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为四氢呋喃和丙酮中的至少一种。
进一步地，步骤(1)中，所述促溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
进一步地，步骤(2)中，所述的聚氨酯颗粒为聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和聚醚型热塑性聚氨酯颗粒中的至少一种，其邵氏硬度为85A～95A。
进一步地，步骤(2)中，所述加热搅拌的温度为50-80℃。
进一步地，步骤(3)中，所述纳米金属氧化物或氢氧化物为氧化硅，氧化铝，氢氧化铝中的至少一种，粒径为5-100nm。
进一步地，步骤(4)中，溶液涂布的厚度为300微米-800微米。
进一步地，步骤(4)中，所述干法转相技术的条件为空气气氛或氮气气氛，空气相对湿度小于50％。
进一步地，步骤(5)中，通过调节涂布于模板上的聚氨酯混合溶液的厚度控制薄膜的总厚度为在20微米-80微米。
本发明所制备的增强型聚氨酯透明复合薄膜，外观为无色透明，制备的薄膜透光率大于90.0％，雾度在1.0-4.0％，抗拉强度30-70MPa，伸长率在250-350％。
本发明相对现有技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明所用的原料为聚氨酯颗粒，原料来源广泛、成本低廉；
(2)本发明方法与现有技术相比，最大的优势在于在上述体系中，能耗低，在温和的条件下就可以实现聚氨酯的溶解和透明聚氨酯薄膜的制备，为聚氨酯温和条件干法制备透明薄膜提供理论依据和基础。
(3)本发明所加填料为羟基化纳米金属(氢)氧化物，可与聚氨酯分子链上氨基形成氢键，从而加强了聚氨酯分子链间的相互作用力，达到提升聚氨酯薄膜强度的目的；此外由于金属(氢)氧化物为纳米级，能使光有效衍射，而不影响膜透光率。
本发明为替代化石基塑料而开发绿色的增强型聚氨酯透明复合薄膜的开发利用开辟新途径。
附图说明
图1为实施例1所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图2为实施例2所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图3为实施例3所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图4为实施例4所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
图5为实施例5所得产品的外观照片(左)及电镜扫描图(右)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将50重量份四氢呋喃和4重量份N,N-二甲基乙酰胺混合配制成混合溶剂；将10重量份聚氨酯颗粒与上述混合溶剂一同加入反应器中，80℃密闭环境中加热搅拌4小时后，使聚氨酯颗粒完全溶解在混合溶剂中形成均匀透明溶液；将0.5重量份纳米氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置3小时消泡。将所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于50％的环境下，空气气氛下通过干法转相制备得到透明薄膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的聚氨酯混合溶液厚度来控制膜的总厚度为0.02mm；再根据实际需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到聚氨酯透明复合薄膜产品。
实施例2
将80重量份四氢呋喃和6重量份N,N-二甲基甲酰胺混合配制成混合溶剂；将10重量份聚氨酯颗粒与上述混合溶剂一同加入反应器中，70℃密闭环境中加热搅拌3小时后，使聚氨酯颗粒完全溶解在混合溶剂中形成均匀透明溶液；将2.0重量份纳米氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于50％的环境下，空气气氛下通过干法转相制备得到透明薄膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的聚氨酯溶液的厚度来控制膜的总厚度为 0.04mm；再根据实际需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到聚氨酯透明复合薄膜产品。
实施例3
将100重量份四氢呋喃和8重量份N,N-二甲基乙酰胺混合配制成混合溶剂；将15重量份聚氨酯颗粒与上述混合溶剂一同加入反应器中，60℃密闭环境中加热搅拌2小时后，使聚氨酯颗粒完全溶解在混合溶剂中形成均匀透明溶液；将1.5重量份纳米氢氧化铝缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置1小时消泡。将所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于50％的环境下，空气气氛下通过干法转相制备得到透明薄膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的聚氨酯溶液的厚度来控制膜的总厚度为0.06mm；再根据实际需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到聚氨酯透明复合薄膜产品。
实施例4
将100重量份丙酮和8重量份N,N-二甲基乙酰胺混合配制成混合溶剂；将15重量份聚氨酯颗粒与上述混合溶剂一同加入反应器中，50℃密闭环境中加热搅拌2小时后，使聚氨酯颗粒完全溶解在混合溶剂中形成均匀透明溶液；将将3.0重量份纳米氧化硅缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于50％的环境下，空气气氛下通过干法转相制备得到透明薄膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的聚氨酯溶液的厚度来控制膜的总厚度为 0.08mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到聚氨酯透明复合薄膜产品。
实施例5
将120重量份四氢呋喃和8重量份N,N-二甲基乙酰胺混合配制成混合溶剂；将20重量份聚氨酯颗粒与上述混合溶剂一同加入反应器中，60℃密闭环境中加热搅拌2小时后，使聚氨酯颗粒完全溶解在混合溶剂中形成均匀透明溶液；将4.5重量份纳米氧化硅缓慢加入边搅拌的透明溶液中，混合均匀后，静置2小时消泡。将所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，在常温常压、相对湿度小于50％的环境下，空气气氛下通过干法转相制备得到透明薄膜；将膜与模板剥离，通过调节涂布于模上的聚氨酯溶液的厚度来控制膜的总厚度为0.08mm；再根据需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到聚氨酯透明复合薄膜产品。
对实施例1-5制备的薄膜进行电镜扫描和性能测试，电镜扫描采用的仪器型号为Zeiss Sigma 300，测试方法如下：
拉伸强度和断裂伸长率的测定：
根据GB/T13022-1991，用刀具将薄膜切成哑铃型长条，用游标卡尺测定薄膜的宽度和厚度，抗张试验机以300mm/min的速度拉伸薄膜，记录下薄膜断裂时的拉伸强度和断裂伸长率，测试结果见表1。
透明度和雾度的测定：
根据GB/T2410-2008，在650nm波长处，用721分光光度计测量其透光率和雾度，测试结果见表1。
表1：
Figure RE-GDA0003020589840000041
Figure RE-GDA0003020589840000051

Claims (5)

1.一种增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下顺序的步骤：
（1）将50-120重量份溶剂和4-10重量份促溶剂配制成混合溶剂，所述溶剂为四氢呋喃和丙酮中的至少一种，所述促溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；
（2）将10-20重量份聚氨酯颗粒加入步骤（1）所得混合溶剂中，在密闭环境中加热搅拌2-4小时至完全溶解形成均匀透明溶液；
（3）在步骤（2）所得聚氨酯溶液中，加入0.5-4.5重量份的粒径为5-100 nm的氧化硅，氧化铝，氢氧化铝纳米颗粒中的至少一种，搅拌均匀，得到固液混合物，并静置消泡；
（4）将步骤（3）所得的聚氨酯混合溶液采用延流法涂布于模板上，利用干法转相技术成膜；
（5）将膜与模板剥离，再根据实际需求将膜制品剪裁成合适尺寸，即得到增强型聚氨酯透明复合薄膜产品。
2.如权利要求1所述的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的聚氨酯颗粒为聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和聚醚型热塑性聚氨酯颗粒中的至少一种，其邵氏硬度为85A～95A。
3.如权利要求1所述的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述加热搅拌的温度为50-80℃。
4.如权利要求1所述的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，溶液涂布的厚度为300微米-800微米。
5.如权利要求1所述的增强型聚氨酯透明复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述干法转相技术的条件为常温常压、相对湿度小于50%。
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