一种TPU材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型高分子弹性体材料领域，具体涉及一种TPU材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane，TPU)材料是一种新型高分子弹性体材料，因其综合性能较好而受到各行各业的青睐。其中，TPU薄膜在服装、鞋材、箱包、医疗、汽车、军工和电子等领域都有越来越多的应用。但TPU薄膜的加工性能较差，特别是软质TPU薄膜在加工性能上的缺陷更为突出，表现为表面较粘、比较涩、不爽滑，这给后续的成品加工造成了困扰。

虽然现有技术CN104262939A公开了一种TPU薄膜爽滑抗粘连母粒，其通过包含有特定的成分和含量的爽滑剂，从而使得母粒开口爽滑效果好，但是开口爽滑效果越好会导致TPU薄膜中的成分析出越严重，特别是当TPU薄膜用于医疗方面时，析出越严重，对生物安全性是越不利的。

因此，如何提供一种在透明，爽滑的同时还耐析出的TPU薄膜成为TPU薄膜行业急需解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服现有的TPU薄膜不爽滑及析出严重的缺陷，从而提供一种TPU材料及其制备方法。该TPU材料透明、爽滑，且还耐析出，加工工艺简单，特别符合行业需求。

本发明为解决上述问题提供下述技术方案。

本发明提供了一种TPU材料，其包括如下重量份数的各组分：100份TPU、0.1-1份爽滑剂、0.1-0.5份润滑剂和0.1-0.5份分散剂，其中，所述爽滑剂为中空玻璃微球、滑石粉和硅酸镁中的一种或多种；所述润滑剂为褐煤蜡；所述分散剂为乙撑双硬脂酰胺。

本发明中，所述TPU材料可为母粒(如TPU薄膜母粒)，或适于应用的各类形态的TPU材料制品(如TPU薄膜)。

本发明中，所述TPU可采用本领域适用的各类TPU，优选聚酯型TPU、聚醚型TPU、聚碳酸酯型TPU或聚己内酯型TPU，更优选聚醚型TPU或聚酯型TPU，例如，科思创9385A10U或华峰3385A-6PF。所述TPU的原料粒子的硬度可为70-95邵氏A，例如85或90邵氏A。

本发明中，所述爽滑剂优选中空玻璃微球，例如，3M IM30K或3M S60。相对100份TPU，所述爽滑剂的质量份数优选0.5-1份，例如0.5份、0.8份或1份。

本发明中，所述润滑剂优选为科莱恩Licowax E或巴斯夫Luwax E。相对100份TPU，所述润滑剂的质量份数优选0.3-0.5份，如0.3份、0.4份或0.5份。

本发明中，所述分散剂优选为花王EBFF。相对100份TPU，所述分散剂的质量份数优选0.3-0.5份，如0.3份、0.4份或0.5份。

较佳地，所述TPU薄膜母粒或TPU薄膜包括如下重量份数的各组分：100份TPU、0.5-1份中空玻璃微球、0.3-0.5份褐煤蜡和0.3-0.5份乙撑双硬脂酰胺。

本发明一优选实例中，所述TPU薄膜母粒或TPU薄膜包括如下重量份数的各组分：100份TPU、1份中空玻璃微球、0.5份褐煤蜡和0.5份乙撑双硬脂酰胺。

本发明一优选实例中，所述TPU薄膜母粒或TPU薄膜包括如下重量份数的各组分：100份TPU、0.5份中空玻璃微球、0.3份褐煤蜡和0.3份乙撑双硬脂酰胺。

本发明一优选实例中，所述TPU薄膜母粒或TPU薄膜包括如下重量份数的各组分：100份TPU、0.8份中空玻璃微球、0.4份褐煤蜡和0.4份乙撑双硬脂酰胺。

本发明还提供了一种TPU材料母粒的制备方法，其包括：将如前所述的TPU材料所含的各组分混合后造粒，制得TPU材料母粒。

其中，通过先混合造粒的步骤，可有效提升助剂的分散均匀性及利用率，避免直接添加助剂会造成的下述缺陷：助剂结团、分散不均匀而造成局部强度降低，及易粘附在后续加工的干燥设备及输送管道中，降低助剂的实际利用量，进而导致最终制品性能变差。

其中，所述混合时所用的TPU优选TPU粉。所述TPU粉优选由TPU原料(通常为约2mm柱状或米粒状的颗粒)在-210℃～-196℃，例如-196℃下低温研磨制得。

其中，所述混合可按本领域常规条件进行。所述混合的温度优选为10-40℃，例如常温25℃。所述混合的时间优选为10-30min，例如10min。所述混合一般在搅拌条件下进行，如可在高速混合机中进行，所述搅拌速度优选为400-600rpm，例如500rpm。

本发明进一步提供了一种TPU材料制品的制备方法，其包括：将如前所述的制备方法制得的TPU材料母粒进行加工，即得。

较佳地，所述加工为挤出流延，即制得TPU薄膜。

在所述挤出流延前，较佳地将所述TPU材料母粒进行干燥。所述干燥的温度优选90-105℃，例如100℃。所述干燥的时间优选3-4小时，例如3.5小时。所述干燥终止的标准优选干燥至母粒所含水份小于0.03wt％，例如0.01wt％。

其中，所述挤出流延的工艺步骤及条件可按本领域常规，优选直接流延工艺，即在前辊、中辊及后辊处不进行压纹处理。所述挤出流延的设备可为流延机。所述流延机的工艺条件优选如表1。

表1流延机工艺条件

在所述挤出流延后，优选还包括冷却并收卷，及包装成品。所述冷却优选在室温25℃下进行。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明所提供的TPU材料耐析出、透明性好且爽滑性好，且其加工简单，适于现有设备及工艺下的大规模生产。

附图说明

图1为本发明TPU薄膜的生产流程示例图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

1.TPU薄膜包括如下各组分：

TPU：科思创9385A10U；爽滑剂：中空玻璃微球(3M IM30K)；润滑剂：褐煤蜡(科莱恩Licowax E)；分散剂：乙撑双硬脂酰胺(花王EBFF)。

TPU、爽滑剂、润滑剂和分散剂的质量比为100：1：0.5：0.5。

2.TPU薄膜的制备：

(A)先将TPU科思创9385A10U在-196℃温度下研磨成粉。之后将磨成粉的TPU与爽滑剂、润滑剂和分散剂按如上比例放置高速混合机中，在常温下以搅拌速度为500rpm进行搅拌混合10min，再进行造粒，制得母粒。

(B)将母粒在100℃的温度下进行3.5小时烘干，直到干燥至母粒所含水份0.01wt％。再将干燥后的母粒经挤出机流延成TPU薄膜，并且在三辊处不进行压纹处理，具体的挤出工艺请见上述表1。之后将TPU薄膜在室温下进行冷却并收卷，最后包装成品。

实施例2

1.TPU薄膜包括如下各组分：

TPU：华峰3385A-6PF；爽滑剂：中空玻璃微球(3M S60)；润滑剂：褐煤蜡(巴斯夫Luwax E)；分散剂：乙撑双硬脂酰胺(花王EBFF)。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

实施例3

1.TPU薄膜包括如下各组分：

组分种类与实施例1组分完全相同。TPU、爽滑剂、润滑剂和分散剂的质量比为100：0.5：0.3：0.3。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

实施例4

1.TPU薄膜包括如下各组分：

组分种类与实施例1组分完全相同。TPU、爽滑剂、润滑剂和分散剂的质量比为100：0.8：0.4：0.4。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

实施例5

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了爽滑剂为滑石粉(IMIFABI TALC HTP05 L)；其他组分种类及质量比与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

实施例6

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了爽滑剂为硅酸镁铝(道康宁HMB-6301)；其他组分与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例1

1.TPU薄膜包括如下各组分：

与实施例1组分种类完全相同。TPU、爽滑剂、润滑剂和分散剂的质量比为100：1：1：1。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例2

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了润滑剂为氧化聚乙烯蜡(三井Hiwax 4202E)；其他组分及质量比与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例3

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了分散剂为硬脂酸钙(意大利发基SW级)；其他组分及质量比与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例4

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了爽滑剂为硅丙烯微球(日信化学R-170S)；其他组分及质量比与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例5

1.TPU薄膜包括如下各组分：

除了爽滑剂为硅酮母粒(美国VEEGUM ULTRA)；其他组分及质量比与实施例1完全相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例6

1.TPU薄膜包括如下各组分：

TPU：科思创9385A10U；爽滑剂：轻质碳酸钙粉末；润滑剂：油酸酰胺；分散剂：硬脂酸钙。质量比与实施例1相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

对比例7

1.TPU薄膜包括如下各组分：

TPU：科思创9385A10U；爽滑剂：轻质碳酸钙粉末；润滑剂：芥酸酰胺；分散剂：硬脂酸钙。质量比与实施例1相同。

2.TPU薄膜的制备：

制备步骤与实施例1完全相同。

效果实施例1

一、测试方法

对实施例1-6和对比例1-7制得的TPU薄膜进行表2所示项目的测试：

表2测试项目及测试设备

透光率、雾度、处理前动摩擦系数测试：在23±2℃、50±10％RH状态下静置48小时之后测试。

处理后动摩擦系数测试：将样品在85℃、85％RH恒温恒湿箱中静置168小时(处理)，之后取出再在23±2℃、50±10％RH状态下静置48小时后测试。

析出性R＝处理前动摩擦系数/处理后动摩擦系数。R值越大说明TPU薄膜中助剂析出越多，R值越小说明析出越少。

二、评价标准

不同性能的评价标准如表3所示：

表3性能评价标准

三、测试结果

实施例1-6和对比例1-7制得的TPU薄膜测得的性能如表4所示。

表4TPU薄膜的性能

从表4可知，相比于对比例，实施例1-6的TPU薄膜，兼具透明、爽滑及析出低的优异效果。