CN115677967A - 一种脚轮耐磨耐候tpu材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料合成制备领域，具体涉及一种脚轮耐磨耐候TPU材料及其制备方法，包括如下重量份数的原料：聚酯二元醇35‑70份，异氰酸酯23‑45份，扩链剂5‑13份，抗氧剂0.1‑0.3份，润滑剂0.1‑0.3份，改性六钛酸钾晶须6‑10份，催化剂0.007‑0.02份；所述改性六钛酸钾晶须为六钛酸钾晶须经过钛酸酯偶联剂改性所得。本发明将六钛酸钾晶须引入TPU，起到了增强相的作用，增强耐磨性能以及耐候性能；并且通过改性六钛酸钾晶须，使其能在聚酯二元醇中均匀分散，避免团聚现象，使得最终制备的TPU脚轮材料性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料合成制备领域，具体涉及一种脚轮耐磨耐候TPU材料及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体材料具有普通弹性体的伸长率、回弹性和机械变形恢复性，还具有较高的抗拉强度和断裂伸长率。由于热塑性聚氨酯弹性体优异的抗拉强度、抗撕裂性、柔韧性和耐磨性，在汽车、鞋材、薄膜、手机护套、脚轮等诸多领域具有广泛的应用。
目前，脚轮从材质属性来分类，常规的材质有PVC、尼龙、PU、TPR、橡胶等材质。但是目前最为环保的属PU材料，PU中的TPU具有良好的力学性能和耐候性能。然而TPU脚轮材料的制备方法较为单一，仅靠TPU本身的性能虽然短时间能够满足脚轮的使用性能，但使用寿命较短，需要进行频繁的更换。
发明内容
针对现有脚轮材料的不足和局限性，本发明的目的是提供一种耐磨、耐候的TPU脚轮材料，以增强脚轮的耐磨、耐候性能及使用寿命，本发明所述的一种脚轮耐磨耐候TPU材料，包括如下重量份数的原料：聚酯二元醇35-70份，异氰酸酯23-45份，扩链剂5-13份，抗氧剂0.1-0.3份，润滑剂0.1-0.3份，改性六钛酸钾晶须6-10份，催化剂0.007-0.02份；
所述改性六钛酸钾晶须为六钛酸钾晶须经过钛酸酯偶联剂改性所得。
进一步的，所述改性六钛酸钾晶须由以下方法制备而成：
(1)将钛酸酯偶联剂与水按质量比1:(6-8)配好，加入冰醋酸水解1-2小时，备用；将六钛酸钾晶须置于110-120℃烘箱中烘干2-3小时，备用；
(2)将(1)中所得钛酸酯偶联剂溶液、六钛酸钾晶须加入到蒸馏水中，共混，并加热；
(3)搅拌1-2小时后，过滤干燥，研磨，即得所述改性六钛酸钾晶须。
进一步的，所述聚酯二元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-1,3-丙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇中的一种或几种。
进一步的，所述聚酯二元醇优选为聚己二酸乙二醇酯二醇，聚己二酸的分子量为1000-3000。
进一步的，所述异氰酸酯为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、甲苯异氰酸酯、亚苯基-1,4-二异氰酸酯中的一种或几种。
进一步的，所述异氰酸酯优选为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯。
进一步的，所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种。
进一步的，所述扩链剂优选为1,4-丁二醇。
进一步的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
进一步的，所述抗氧剂优选为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
进一步的，所述润滑剂为单硬脂酸甘油酯、季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡或OP蜡中的一种或几种。
进一步的，所述润滑剂优选为蒙旦蜡。
进一步的，所述催化剂为有机铋类、有机锡类、钛酸酯类催化剂中的一种或几种。
进一步的，所述催化剂优选为有机铋类催化剂。
进一步的，一种脚轮耐磨耐候TPU材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子。
进一步的，其特征在于：所述反应釜A温度为90-120℃，所述反应釜B温度为70-90℃，所述反应釜C温度为70-90℃；所述双螺杆挤出机的温度为120-210℃，转速为180-240r/min。
六钛酸钾晶须作为复合材料的增强体，内部缺陷少，具有极高的拉伸强度和弹性模量，红外发射率高，耐磨耐蚀，各维度上晶须强度高，在脚轮中作为增强相，提升脚轮的耐磨耐候性能以及使用寿命。
六钛酸钾晶须为钛酸酯偶联剂改性六钛酸钾晶须，因六钛酸钾晶须表面能高，在有机高聚物中难以分散均匀，易出现团聚现象，所以须对六钛酸钾晶须改性处理。
本发明能够带来如下有益效果：
1.本发明通过改性六钛酸钾晶须，使其能在聚酯二元醇中均匀分散，避免团聚现象，使得最终制备的TPU脚轮材料性能稳定。
2.本发明将六钛酸钾晶须引入TPU，由于六钛酸钾本身的性质，在脚轮材料中起到了增强相的作用，耐磨性能提高了22％，耐候性能提高了19％。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
改性六钛酸钾晶须由以下方法制备而成：
(1)将钛酸酯偶联剂与水按质量比1比8配好，加入冰醋酸水解1小时，备用；将六钛酸钾晶须置于110℃烘箱中烘干2小时，备用；
(2)将(1)中所得钛酸酯偶联剂溶液、六钛酸钾晶须加入到蒸馏水中，共混，并加热；
(3)搅拌1小时后，过滤干燥，研磨，即得所述改性六钛酸钾晶须。
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇酯二醇分子量为1000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为100℃，反应釜B温度为90℃，反应釜C温度为90℃；双螺杆挤出机的温度为190℃，转速为220r/min。
实施例2
改性六钛酸钾晶须的制备方法与实施例1相同。
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇-1,3-丙二醇酯二醇分子量为2000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为110℃，反应釜B温度为80℃，反应釜C温度为90℃；双螺杆挤出机的温度为180℃，转速为210r/min。
实施例3
改性六钛酸钾晶须的制备方法与实施例1相同。
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇分子量为3000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为120℃，反应釜B温度为85℃，反应釜C温度为85℃；双螺杆挤出机的温度为205℃，转速为200r/min。
对比例1
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇酯二醇分子量为1000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为110℃，反应釜B温度为85℃，反应釜C温度为90℃；双螺杆挤出机的温度为200℃，转速为210r/min。
对比例2
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇-1,3-丙二醇酯二醇分子量为2000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为100℃，反应釜B温度为90℃，反应釜C温度为90℃；双螺杆挤出机的温度为180℃，转速为200r/min。
对比例3
一种脚轮耐磨耐候TPU材料，由以下份数原料制成：
聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇分子量为3000。
其制备方法为：(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子；反应釜A温度为100℃，反应釜B温度为80℃，反应釜C温度为90℃；双螺杆挤出机的温度为190℃，转速为220r/min。
表1六钛酸钾晶须改性前后的表面能对比(23℃)
从表中可以看出，改性六钛酸钾晶须的表面能由71变为49，明显降低，表面包覆的钛酸酯偶联剂使其表面性质发生改变，极性分量也由50降为10，且改性后的钛酸钾晶须加入到后，聚酯二元醇中无明显团聚现象，从微观和宏观上改性后的六钛酸钾晶须在有机高聚物基体中的相溶性均大幅提高。
表2对实施例1-3及对比例1-3制备的脚轮材料检测结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 硬度(邵A) | 98 | 83 | 95 | 98 | 83 | 95 |
| 拉伸强度(MPa) | 42.9 | 39.1 | 41.3 | 38.4 | 36.3 | 37.2 |
| DIN磨耗/mm<sup>3</sup> | 55 | 58 | 54 | 70 | 71 | 74 |
| 耐黄等级(3个月) | 4.5 | 4.6 | 4.7 | 3.8 | 3.7 | 3.9 |
由以上实施例对比例结果来看，硬度越高，DIN磨耗越低；硬度相近材料，加入改性六钛酸钾晶须的比未加入DIN磨耗低，同时，加入改性六钛酸钾晶须耐黄等级越高。对于实施例1与对比例1，改性六钛酸钾晶须的引入提升了脚轮材料的拉伸强度，耐磨性能提高了21％，耐候性能提高了18％，提升了脚轮材料机械性能和耐候性能，能够延长脚轮材料在较为恶劣环境条件下的使用寿命。
以上所述均为本发明优选的实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有不同的变化和更改，凡在本发明的原则和精神内，所作出的相应修改，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：聚酯二元醇35-70份，异氰酸酯23-45份，扩链剂5-13份，抗氧剂0.1-0.3份，润滑剂0.1-0.3份，改性六钛酸钾晶须6-10份，催化剂0.007-0.02份；
所述改性六钛酸钾晶须为六钛酸钾晶须经过钛酸酯偶联剂改性所得。
2.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述改性六钛酸钾晶须由以下方法制备而成：
(1)将钛酸酯偶联剂与水按质量比1:(6-8)配好，加入冰醋酸水解1-2小时，备用；将六钛酸钾晶须置于110-120℃烘箱中烘干2-3小时，备用；
(2)将(1)中所得钛酸酯偶联剂溶液、六钛酸钾晶须加入到蒸馏水中，共混，并加热；
(3)搅拌1-2小时后，过滤干燥，研磨，即得所述改性六钛酸钾晶须。
3.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述聚酯二元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-1,3-丙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述异氰酸酯为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、甲苯异氰酸酯、亚苯基-1,4-二异氰酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述润滑剂为单硬脂酸甘油酯、季戊四醇硬脂酸酯、蒙旦蜡或OP蜡中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的脚轮耐磨耐候TPU材料，其特征在于：所述催化剂为有机铋类、有机锡类、钛酸酯类催化剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8任一所述的脚轮耐磨耐候TPU材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚酯二元醇、润滑剂、抗氧剂、改性六钛酸钾晶须、催化剂加入到反应釜A中并混合，将异氰酸酯置于反应釜B中，将扩链剂置于反应釜C中；
(2)通过计量的浇注系统，将反应釜A、B、C中的原料注入双螺杆挤出机喂料口，在双螺杆挤出机中进行反应、塑化，经水下切粒机切成椭圆形粒子。
10.根据权利要求9所述的脚轮耐磨耐候TPU材料的制备方法，其特征在于：所述反应釜A温度为90-120℃，所述反应釜B温度为70-90℃，所述反应釜C温度为70-90℃；所述双螺杆挤出机的温度为120-210℃，转速为180-240r/min。
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