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CN113861369A - 低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 Download PDF

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CN113861369A CN202111086673.XA CN202111086673A CN113861369A CN 113861369 A CN113861369 A CN 113861369A CN 202111086673 A CN202111086673 A CN 202111086673A CN 113861369 A CN113861369 A CN 113861369A
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王真
管永
黄连超
罗杰
陈淑海
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Shandong Inov Polyurethane Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，属于热熔胶技术领域。本发明所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，包括以下原料：合物多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂；所述聚合物多元醇的数均分子量为500‑1000，官能度为2.01‑3；所述弹性体材料整个体系R值(异氰酸酯摩尔数：羟基摩尔数)为0.7‑1。本发明所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，不仅具有较低的熔点，还具有较高的粘合强度和机械强度；本发明同时提供了简单易行的制备方法。

Description

低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，属于热熔胶技术领域。
背景技术
随着热塑性聚氨酯弹性体的发展，TPU凭借着优异的性能和多样的加工性能，越来越多的被应用到生产生活的各个方面，其中TPU粘合剂是近些年发展迅速的一类TPU应用形式。TPU结构中既有羰基又含有氨基，可以和许多极性基团互相作用形成氢键，因此TPU胶黏剂具有优良的吸附粘接力，而且独特的环保优势使它在众多的胶粘剂中独占熬头。根据具体应用领域的需求，TPU粘合剂可加工成薄膜、网膜，粉体等众多形态应用于服装、鞋材、汽车、卫生用品、包装、电子等行业。其中，粘合剂产品在服装领域的应用要求苛刻，既要保持优良的粘合强度，又要兼顾可在较低温度下实现贴合且贴合后满足水洗要求。
目前，服装用粘合剂产品包括其他类型的粘合剂面临的主要难题是不能破坏不耐高温织物，而且要保证进行贴合后的织物经过多次水洗后不出现脱胶现象。对于市面常规的织物尤其是弹性织物来说，低温可贴合、耐水洗、粘合强度高、强度好的产品开发仍存在明显的技术瓶颈，极大程度上限制了粘合剂在织物贴合领域的扩展。
CN 108070069公布一种低硬度高回弹低熔点热塑性聚氨酯弹性体及制法和应用，但是该方法制备的热塑性弹性体力学强度明显与常规胶膜一样力学强度低，这意味着该类产品粘结强度差不耐水洗。
CN 107739589公布一种低熔点热塑性聚氨酯胶黏剂及其制备方法，同样该方法制备的产品粘结力差。
CN 111647382公布一种TPU粘合剂的制备方法，该方法制备的TPU粘合剂熔点低，但是方法复杂需要多次螺杆反应。
CN 110903805公布一种低极性高回弹的聚氨酯热熔胶、其制备方法及应用。该方法制备的热熔胶熔点≤135℃，对比熔点仍然较高，产品使用过程中贴合需要较高温度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其不仅具有较低的熔点，还具有较高的粘合强度和机械强度；本发明同时提供了简单易行的制备方法。
本发明所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，包括以下原料：聚合物多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂；
所述聚合物多元醇的数均分子量为500-1000，官能度为2.01-3；
所述弹性体材料整个体系R值(异氰酸酯摩尔数：羟基摩尔数)为0.7-1。
所述聚合物二元醇为聚酯型二元醇或聚四氢呋喃多元醇的一种或者两种。
优选的，聚酯型二元醇为聚己内酯、聚葵二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二元醇或聚己二酸乙二醇酯二元醇。
优选的，二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)或六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的一种或多种。
优选的，扩链剂为1,2-乙二醇，1,3-丙二醇，1,4-丁二醇，1,5-戊二醇，1,6-己二醇或1,8-辛二醇中的一种或多种。
优选的，催化剂为有机铋类催化剂。
优选的，所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0003265800630000021
所述热塑性聚氨酯弹性体硬度为60-80A，拉伸强度大于30MPa，熔点小于70-90℃，产品在90-100℃下贴合，粘结力大于10N/mm。
所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚合物多元醇、扩链剂和催化剂机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时；
(2)将配置好的聚合物多元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120～240℃下进行聚合反应，螺杆转速150-300r/min；
(3)将熔融的聚合物进行水下切粒，水温0-5℃，冷风干燥(10-20℃)，得到所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过使用官能度2.01-3的聚合物多元醇，控制整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.7-1，产品体系内部产生化学交联，保证羟基数量过量，提高了整个体系粘结作用，撕裂力超过10N/mm；保证制备的材料具有较低的熔点70-90℃，实现低温90-100℃贴合；
(2)本发明制备的聚氨酯弹性体材料同时具备优异的机械性能，大于30MPa，保证产品贴合织布等胶体不被破坏，具有超强的耐水洗性能；
(3)本发明所述的制备方法为常规一步法合成，简单易行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例中所用原料除特别说明之外，均为市售。
实施例1
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0003265800630000031
(1)将聚己二酸己二醇酯二元醇、聚四氢呋喃多元醇、扩链剂和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温5℃，冷风干燥(10℃)，得低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本实施例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.896。
实施例2
Figure BDA0003265800630000032
(1)将聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸丁二醇酯二元醇、BDO和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温1℃，冷风干燥(20℃)，得低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本实施例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.97。
实施例3
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0003265800630000041
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、HDO和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温1℃，冷风干燥(15℃)，得低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本实施例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.72。
实施例4
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0003265800630000042
(1)将聚四氢呋喃多元醇、聚己二酸丁二醇酯二元醇、BDO和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在150℃下进行聚合反应，螺杆转速250r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温1℃，冷风干燥(15℃)，得低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本实施例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.85。
对比例1
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0003265800630000043
Figure BDA0003265800630000051
(1)将聚己二酸己二醇酯二元醇、聚四氢呋喃多元醇、BDO和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温5℃，冷风干燥(10℃)，得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本对比例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.97。
对比例2
原料及其质量份数如下：
Figure BDA0003265800630000052
(1)将聚己二酸丁二醇酯二元醇、HDO和催化剂，机械搅拌10r/min，搅拌12小时；
(2)将配置好的聚合物二元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120℃下进行聚合反应，螺杆转速150r/min；
(3)熔融的聚合物进行水下切粒，水温5℃，冷风干燥(10℃)，得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
本对比例制得产品的整个体系R值(异氰酸酯摩尔数/羟基摩尔数)为0.94。
将得到的TPU分别进行性能测试，具体测试方法如下：
流出温度：通过日本岛津流变仪测试。
剥离强度：将实施例得到的产品通过流延机制备膜厚度0.1mm薄膜，通过热合机将TPU膜热压到两片牛仔布之间，确定贴合温度90℃，将热压好的牛仔布裁剪成宽25mm的样条，拉伸速率为100mm/min，剥离角度为180，测试结果为3个平行样条的平均值。
抗拉强度与延伸率：按照标准ASTM D412中规定的方法进行测试。
表1实施例与对比例所得产品的各项性能
Figure BDA0003265800630000061
从表1数据可以看出，本发明制得的TPU流出温度都小于90℃，保证产品在90℃下能够实现优异贴合，剥离强度高大于10N/mm，力学强度明显优于传统的热熔胶膜。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请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)

1.一种低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：
包括以下原料：聚合物多元醇、二异氰酸酯；
聚合物多元醇的数均分子量为500-1000，官能度为2.01-3；
弹性体材料整个体系异氰酸酯摩尔数：羟基摩尔数＝0.7-1。
2.根据权利要求1所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：聚合物二元醇为聚酯型二元醇或聚四氢呋喃多元醇的一种或者两种。
3.根据权利要求2所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：聚酯型二元醇为聚己内酯、聚葵二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚己二酸己二醇酯二元醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二元醇或聚己二酸乙二醇酯二元醇。
4.根据权利要求1所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：原料中还包括扩链剂和催化剂。
6.根据权利要求5所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：扩链剂为1,2-乙二醇，1,3-丙二醇，1,4-丁二醇，1,5-戊二醇，1,6-己二醇或1,8-辛二醇中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：催化剂为有机铋类催化剂。
8.根据权利要求5所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0003265800620000011
9.根据权利要求1所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料，其特征在于：所述热塑性聚氨酯弹性体硬度为60-80A，拉伸强度大于30MPa，熔点小于70-90℃，产品在90-100℃下贴合，粘结力大于10N/mm。
10.一种权利要求1-8任一所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将聚合物多元醇、扩链剂和催化剂机械搅拌10-120r/min，搅拌1-12小时；
(2)将配置好的聚合物多元醇、异氰酸酯通过喂料灌注系统加入双螺杆挤出机系统，在120～240℃下进行聚合反应，螺杆转速150-300r/min；
(3)将熔融的聚合物进行水下切粒，水温0-5℃，干燥，得到所述的低熔点高粘性高强度热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
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