CN105384905A - Tpu材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种TPU材料及其制备方法。TPU材料由如下重量百分比的原料制成：聚合物多元醇44-56％、二异氰酸酯27-42％、扩链剂11-16.5％、耐磨增强剂0.3-1％、润滑剂0.3-0.5％、抗氧化剂0.2-0.4％、催化剂0.02-0.05％。本发明采用连续式工艺生产，产品品质稳定，具有比浇注型聚氨酯弹性体更高的生产加工效率；采用聚酯多元醇为原料，降低了PTMG型聚氨酯材料的高成本，同时赋予弹性体优良的机械性能。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种TPU材料及其制备方法。
背景技术
热塑型聚氨酯弹性体(TPU)因具有特殊的软硬段嵌段共聚物结构，具有高强度、高模量和优良的机械性能。和其他弹性体材料相比，TPU硬度范围宽，在耐磨性能、弹性和力学性能等方面具有较好的综合性能，因此在脚轮、轴套或筛板等领域得到越来越广泛的关注。TPU应用于脚轮或轴套等领域，要求其具有良好的承载能力和刚性，同时还需具有良好的回弹和耐磨性能。聚酯型TPU随着硬度的增高，TPU的拉伸强度、撕裂强度和刚性会增加，但同时TPU的弹性和断裂伸长率会降低。选用聚醚型TPU可以获得高硬度的同时维持良好的回弹性能，但是聚醚型TPU耐磨性和机械性能相对较差。
专利CN101633717B报道了以聚四氢呋喃多元醇(PTMG)为原料合成的浇注型聚氨酯弹性体，其硬度为86～93A，回弹率大于70％，撕裂强度大于100KN/m；JP8231669报道了将PTMG掺混和MDI合成NCO含量为5～15％的预聚体，再采用醇扩链得到聚氨酯弹性体，其回弹率大于70％，硬度为70-85A，撕裂强度为63～70KN/m。
上述资料合成的聚氨酯弹性体以PTMG为原料，均获得了较高的回弹性和力学性能。但其合成产品均为浇注型聚氨酯弹性体，属于热固性聚氨酯材料，在用于加工脚轮或轴套等产品时存在操作效率低、废品率高且无法重复使用等问题。聚氨酯弹性体软段采用纯PTMG为原料，产品的力学性能、耐磨性能和刚性等存在不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种TPU材料，具有优异的耐磨性能和刚性、优良的机械性能；本发明同时提供了TPU材料的制备方法，科学合理、简单易行、生产加工效率高。
本发明所述的TPU材料，由如下重量百分比的原料制成：
所述的聚合物多元醇为聚酯多元醇，数均分子量为2000。聚酯多元醇优选聚己二酸丁二醇酯二醇或聚己二酸己二醇酯二醇。
所述的二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)、亚苯基-1,4-二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯或二苯甲烷-3，3’-二甲氧基-4,4’-二异氰酸酯中的一种。
所述的扩链剂为1,4-丁二醇(1,4-BDO)、氢醌-双(β-羟乙基)醚(HQEE)或1,6-己二醇(1，6HG)中的一种或几种。
所述的耐磨增强剂为有机硅聚醚改性聚合物、芳烷改性聚硅氧烷或有机硅塑料润滑剂中的一种或几种。
所述的润滑剂为硬脂酸酰、油酸酰胺、芥酸酰胺或乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯(PDP)或4,4'-对开异丙基二苯基C12-15-醇亚磷酸酯(PDAP)中的一种或几种。
所述的催化剂为有机锡类催化剂。
所述的有机锡类催化剂为辛酸亚锡(T-9)、二月桂酸二丁基锡(T-12)或100E中的一种或几种。
本发明的TPU材料的硬度范围在90-98A，DIN耐磨耗在22-28mm3。
本发明所述的TPU材料的制备方法，步骤如下：
(1)将聚合物多元醇、抗氧化剂、润滑剂、耐磨增强剂和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为95-105℃；将二异氰酸酯放置于B反应釜中，设置温度为60-75℃；将扩链剂放置于C反应釜中，设置温度为40-60℃；
(2)待各反应釜温度稳定，通过带有精确计量的灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合物料在双螺杆筒体内均匀反应输送，塑化后经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明采用连续式工艺生产，产品品质稳定，具有比浇注型聚氨酯弹性体更高的生产加工效率；采用聚酯多元醇为原料，降低了PTMG型聚氨酯材料的高成本，同时赋予弹性体优良的机械性能。通过引入优选的复合塑料润滑剂，在较低添加量的条件下获得了优异的耐磨性能和刚性，产品耐磨耗低于28mm3，在脚轮、轴套和耐磨筛板等领域获得了广泛的应用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
原料组成如下，按照重量百分比计：
制备工艺：按重量百分比称量各个组分原料，将准确称量的聚己二酸丁二醇酯二醇、油酸酰胺、1010、PDP、R-170S和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为100℃；将MDI-100放置于B反应釜中，设置温度为60℃；将1,4-BG放置于C反应釜中，设置温度为45℃；待各反应釜温度稳定，通过计量灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合头转速设置为5000rpm/min，设置挤出机温度150～200℃，设置螺杆转速220rpm/min，使混合物料在双螺杆筒体内均匀反应塑化，经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
实施例2
原料组成如下，按照重量百分比计：
制备工艺：按重量百分比称量各个组分原料，将准确称量的聚己二酸丁二醇酯二醇、油酸酰胺、双乙撑硬脂酸酰胺、1010、PDP、SI-69和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为100℃；将MDI-100放置于B反应釜中，设置温度为60℃；将1，4-BG放置于C反应釜中，设置温度为45℃；待各反应釜温度稳定，通过计量灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合头转速设置为5000rpm/min，设置挤出机温度145～200℃，设置螺杆转速220rpm/min，使混合物料在双螺杆筒体内均匀反应塑化，经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
实施例3
原料组成如下，按照重量百分比计：
制备工艺：按重量百分比称量各个组分原料，将准确称量的聚己二酸丁二醇酯二醇、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、1010、PDAP、R-170S、E-2203和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为100℃；将MDI-100放置于B反应釜中，设置温度为60℃；将HQEE放置于C反应釜中，设置温度为105℃；待各反应釜温度稳定，通过计量灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合头转速设置为5500rpm/min，设置挤出机温度145～195℃，设置螺杆转速220rpm/min，使混合物料在双螺杆筒体内均匀反应塑化，经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
对比例1
原料组成如下，按照重量百分比计：
制备工艺：按重量百分比称量各个组分原料，将准确称量的聚己二酸丁二醇酯二醇、1010、PDP和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为100℃；将MDI-100放置于B反应釜中，设置温度为60℃；将1，4-BG放置于C反应釜中，设置温度为45℃；待各反应釜温度稳定，通过计量灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合头转速设置为5000rpm/min，设置挤出机温度145～200℃，设置螺杆转速220rpm/min，使混合物料在双螺杆筒体内均匀反应塑化，经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
上述产品的力学性能按照如下标准检测：邵尔A硬度按GB/T531.1-2008测试；拉伸强度按照GB/T528-2009测试；撕裂强度按照GB/T529-2009；回弹性能按照GB/T1681-2009测试；耐磨耗性能按照GB/T9867-2008测试。各项性能检测结果见表1。
表1TPU材料物性检测结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 硬度(shore A) | 98 | 95 | 91 | 91 |
| 拉伸强度(MPa) | 46 | 44 | 40 | 42 |
| 撕裂强度(MPa) | 172 | 156 | 152 | 141 |
| 100％拉伸模量(MPa) | 13 | 11 | 10.5 | 8.5 |
| 回弹(％) | 28 | 30 | 30 | 31 |
| 耐磨耗(mm3) | 22 | 24 | 28 | 75 |
本发明提供的热塑性聚氨酯弹性体，硬度大于90A，具有优异的机械性能和较高的回弹率，产品DIN耐磨耗低于28mm3，可广泛用于对承载和耐磨耗要求高的脚轮、轴套及筛板等领域。产品可注射或挤出加工，操作简单高效，废料可重复使用，无污染浪费。
Claims (10)
1.一种TPU材料，其特征在于由如下重量百分比的原料制成：
2.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的聚合物多元醇为聚酯多元醇，数均分子量为2000。
3.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、亚苯基-1,4-二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯或二苯甲烷-3，3’-二甲氧基-4,4’-二异氰酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的扩链剂为1,4-丁二醇、氢醌-双(β-羟乙基)醚或1,6-己二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的耐磨增强剂为有机硅聚醚改性聚合物、芳烷改性聚硅氧烷或有机硅塑料润滑剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸酰、油酸酰胺、芥酸酰胺或乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的抗氧化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯或4,4'-对开异丙基二苯基C12-15-醇亚磷酸酯中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于所述的催化剂为有机锡类催化剂。
9.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于其硬度范围在90-98A，DIN耐磨耗在22-28mm3。
10.一种权利要求1-9任一所述的TPU材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)将聚合物多元醇、抗氧化剂、润滑剂、耐磨增强剂和催化剂加入到配有机械搅拌及温度计的A反应釜中，设置温度为95-105℃；将二异氰酸酯放置于B反应釜中，设置温度为60-75℃；将扩链剂放置于C反应釜中，设置温度为40-60℃；
(2)待各反应釜温度稳定，通过带有精确计量的灌注系统，将A/B/C反应釜中的原料组分经高速旋转混合头混合注入双螺杆反应机喂料口，混合物料在双螺杆筒体内均匀反应输送，塑化后经水下切粒机切成粒径均匀的椭圆形粒子。
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