一种高耐刮TPU薄膜及其制备方法
阅读：1发布：2024-02-18
专利汇可以提供一种高耐刮TPU薄膜及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种高耐刮TPU 薄膜 ，其特征在于，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：TPU颗粒60-80重量份，耐刮剂1-10重量份， 碳 纳米管 5-20重量份，阻燃剂1-10重量份，填料5-10重量份，抗 氧 剂1-5重量份。本发明通过添加所述 碳纳米管 和抗刮剂，二者相互配合，协同增效地得到了各项机械强度优异，且高抗磨高耐刮的TPU薄膜。，下面是一种高耐刮TPU薄膜及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述TPU颗粒为聚酯型、聚醚型或脂肪族TPU中的任意一种或至少两种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述耐刮剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米二氧化钛中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述耐刮剂为纳米二氧化硅和纳米氧化铝的混合物；
优选地，所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝的质量比为(0.5-3):1；
优选地，所述耐刮剂为纳米氧化铝和纳米二氧化钛的混合物；
优选地，所述纳米氧化铝和纳米二氧化钛的质量比为(1-4):1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管；
优选地，所述多壁碳纳米管长度为10-30μm；
优选地，所述多壁碳纳米管直径为8-15μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述阻燃剂为十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、云母粉或蒙脱土中的任意一种或者至少两种的混合物，优选为蒙脱土。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高耐刮TPU薄膜，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂
1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高耐刮TPU薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将所述各成分预先干燥；
(2)按配方量将所述各成分混合，挤出得到高耐刮TPU薄膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥温度为80-90℃；
优选地，步骤(1)所述时间为4-5h；
优选地，步骤(2)所述挤出的温度为180-200℃。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为80-90℃，干燥时间为4-5h；
(2)按配方量将所述各成分混合，在180-200℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
一种高耐刮TPU薄膜及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 热塑性聚氨酯(TPU)是一类弹性嵌段共聚物，由含有刚性氨基甲酸酯基团的硬段区(HSs)和含有能够自由变换构象的软段区(SSs)共同构成。硬段区(HSs)中的氨基甲酸酯基团具有强极性，易形成分子内氢键，聚集在一起形成硬段微相区，室温条件下这些微区在整个TPU分子中起到了物理交联点和内增强剂的作用，赋予了TPU材料高模量和高硬度等优异性能；软段区(SSs)赋予了TPU弹性体良好的橡胶弹性和耐低温性心。基于上述性能优势，目前TPU已在建筑材料、汽车零部件、运动装备以及薄膜材料等领域得到广泛应用。
[0003] 碳纳米管(CNTs)的研究已经取得了较大的进展，尤其是在在制备、结构应用等方面.碳纳米管具有极高的韧性旧，它的结构与石墨和C60相似，为同心石墨面构成的中空圆柱体，因此，具有优异的自润滑性能，可以改善聚合物基体的摩擦磨损性能。
[0004] CN105966027A公开了一种环保透气型TPU合成革，所述TPU表层的组分及重量份数为：TPU颗粒30-95重量份，阻燃剂3-25重量份，颜料2-15重量份，光稳定剂0-5重量份，耐刮剂0-5重量份，填料0-20重量份，所述耐刮剂为硅酮类聚合物，其耐刮磨程度低，耐刮性差，光泽度低。
[0005] 因此，开发一直具有极强的力学性能，耐刮耐磨的TPU薄膜称为目前材料领域研究的重点。
发明内容
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种TPU薄膜及其制备方法，特别是提供一种高耐刮TPU薄膜及其制备方法，使TPU薄膜具有极强的力学性能，耐刮耐磨、光泽柔和，同时大幅降低生产成本。
[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 第一方面，本发明提供一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：
[0009]
[0010] 在本发明中TPU颗粒的重量份数为60-80重量份，例如可以是60重量份、61重量份、63重量份、65重量份、67重量份、70重量份、72重量份、74重量份、75重量份、77重量份、79重量份或80重量份。
[0011] 在本发明中耐刮剂的重量份数为1-10重量份，例如可以是1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、8重量份、9重量份、10重量份。
[0012] 在本发明中碳纳米管的重量份数为5-20重量份，例如可以是5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、12重量份、15重量份、19重量份、20重量份。
[0013] 在本发明中阻燃剂的重量份数为1-10重量份，例如可以是1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、8重量份、9重量份、10重量份。
[0014] 在本发明中填料的重量份数为5-10重量份，例如可以是5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份。
[0016] 本发明中，碳纳米管具有独特的性能，如大的长径比，低密度，高的力学、热学以及电学性能和良好的自润滑性能，通过添加碳纳米管来改善TPU薄膜的摩擦磨损性能，碳纳米管对提高TPU薄膜基体的力学性能具有显著增强效果，当添加适量的碳纳米管后，TPU薄膜复合材料的热学性能和力学性能得到显著提高，包括TPU薄膜的硬度、摩擦磨损、抗拉抗撕等宏观力学性能。
[0017] 优选地，所述TPU颗粒为聚酯型、聚醚型或脂肪族TPU中的任意一种或至少两种的混合物，优选为聚酯型TPU颗粒。
[0019] 在本发明中，纳米二氧化硅的小尺寸效应、比表面积大、表面能高和表面配位不足等特性，使其易于与TPU中的氧起键合作用，提高分子键合力；同时易于分布到高分子链的空隙中，使材料的强度、韧性、延展性均得到大幅度的提高。而且纳米二氧化硅的量子尺寸和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可以深入到TPU分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，从而改善TPU的热稳定性、光稳定性和化学稳定性，达到提高产品的老化性能及耐化学性等目的。
[0021] 纳米二氧化钛用作耐刮剂时，具有减小摩擦、抵抗磨损刮伤、自我清洁和表面修复等功能，具备良好的耐磨性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力等优异特性。
[0022] 在本发明中，耐刮剂和碳纳米管相互配合，协同增效，达到使TPU薄膜具有更强的力学性能的效果，提高耐刮耐磨、使薄膜表面光泽柔的效果。
[0023] 优选地，所述耐刮剂为纳米二氧化硅和纳米氧化铝的混合物。
[0024] 优选地，所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝的质量比为(0.5-3):1，例如可以是0.5:1、0.6:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1。
[0025] 优选地，所述耐刮剂为纳米氧化铝和纳米二氧化钛的混合物。
[0026] 优选地，所述纳米氧化铝和纳米二氧化钛的质量比为(1-4):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1。
[0028] 在本发明中多壁碳纳米管表面原子数所占的比例大，具有不饱和性，与其他组分作用时，可在两个混合相之间产生很大的作用力，从而对TPU薄膜增强增韧作用更优异。
[0029] 优选地，所述多壁碳纳米管长度为10-30μm，例如可以是10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm。
[0030] 优选地，所述多壁碳纳米管直径为8-15μm，例如可以是8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm。
[0031] 优选地，所述阻燃剂为十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅。
[0033] 优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。
[0034] 优选地，所述方法包括以下步骤：
[0035] (1)将所述各成分预先干燥；
[0036] (2)按配方量将所述各成分混合，挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0037] 优选地，步骤(1)所述干燥温度为80-90℃；
[0038] 优选地，步骤(1)所述时间为4-5h；
[0039] 优选地，步骤(2)所述挤出的温度为180-200℃。
[0040] 优选地，所述方法包括以下步骤：
[0041] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为80-90℃，干燥时间为4-5h；
[0042] (2)按配方量将所述各成分混合，在180-200℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0043] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0044] (1)在本发明中通过碳纳米管的加入使TPU具有极强的力学性能，提高TPI薄膜的力学性能，使其耐刮耐磨、光泽柔和，同时大幅降低生产成本。
[0045] (2)在本发明中通过加入耐刮剂不仅使本申请所述高耐刮TPU薄膜的强度、韧性、延展性均得到大幅度的提高，而且具有良好的耐磨性、耐化学腐蚀性等优异特性。
[0046] (3)在本发明中碳纳米管和耐刮剂相互配合，协同作用，使本申请所述高耐刮TPU薄膜具有极强的机械性能和抗磨抗刮能力，其拉伸强度范围在65-88.5MPa、断裂伸长率范围在550-700％、撕裂强度范围在65-85kN/m、硬度范围在80-95A，磨耗量仅为2-15mg。
具体实施方式
[0047] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0048] 实施例1
[0049] 一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：Desmopan 460聚酯TPU颗粒70重量份，纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物(质量比为2:1)6重量份，多壁碳纳米管(长度为20μm，直径为10μm)15重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅2重量份，蒙脱土5重量份，抗氧剂1010 2重量份。
[0050] 所述方法包括以下步骤：
[0051] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为4h；
[0052] (2)将Desmopan 460TPU颗粒70重量份，纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物(质量比为2:1)6重量份，多壁碳纳米管(长度为20μm，直径为10μm)15重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅2重量份，蒙脱土5重量份，抗氧剂1010 2重量份的各成分混合，在200℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0053] 实施例2
[0054] 同实施例1，区别仅在于所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物的质量比为5:1，其他组分含量及制备方法不变。
[0055] 实施例3
[0056] 同实施例1，区别仅在于所述抗刮剂为纳米二氧化硅，不含纳米氧化铝，其他组分含量及制备方法不变。
[0057] 实施例4
[0058] 一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：Desmopan 385E聚酯TPU颗粒66重量份，纳米氧化铝和纳米二氧化钛混合物(质量比为3:1)8重量份，多壁碳纳米管(长度为10μm，直径为8μm)16重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅3重量份，蒙脱土6重量份，抗氧剂1076 1重量份。
[0059] 所述方法包括以下步骤：
[0060] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为90℃，干燥时间为5h；
[0061] (2)将Desmopan 385E TPU颗粒66重量份，纳米氧化铝和纳米二氧化钛混合物(质量比为3:1)8重量份，多壁碳纳米管(长度为10μm，直径为8μm)16重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅3重量份，蒙脱土6重量份，抗氧剂1076 1重量份的各成分混合，在180℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0062] 实施例5
[0063] 同实施例3，区别仅在于所述纳米氧化铝和纳米二氧化钛混合物的质量比为0.5:1，不含纳米二氧化钛，其他组分含量及制备方法不变。
[0064] 实施例6
[0065] 同实施例3，区别仅在于所述抗刮剂为纳米氧化铝，不含纳米二氧化钛，其他组分含量及制备方法不变。
[0066] 实施例7
[0067] 一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：Estane 58252聚醚TPU颗粒70重量份，纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物(质量比为4:1)10重量份，单壁碳纳米管(长度为20μm，直径为1μm)10重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅2重量份，滑石粉5重量份，抗氧剂1010 3重量份。
[0068] 所述方法包括以下步骤：
[0069] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为85℃，干燥时间为4h；
[0070] (2)将Estane 58252聚醚TPU颗粒70重量份，纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物(质量比为4:1)10重量份，单壁碳纳米管(长度为20μm，直径为1μm)10重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅2重量份，滑石粉5重量份，抗氧剂1010 3重量份的各成分混合，在200℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0071] 实施例8
[0072] 一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：ALR G2000脂肪族TPU颗粒80重量份，纳米二氧化硅和纳米二氧化钛混合物(质量比为2:1)1重量份，多壁碳纳米管(长度为30μm，直径为30μm)5重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅5重量份，碳酸钙8重量份，抗氧剂TPP 1重量份。
[0073] 所述方法包括以下步骤：
[0074] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为80℃，干燥时间为4h；
[0075] (2)将ALR G2000脂肪族TPU颗粒80重量份，纳米二氧化硅和纳米二氧化钛混合物(质量比为2:1)6重量份，多壁碳纳米管(长度为30μm，直径为30μm)6重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅1重量份，碳酸钙5重量份，抗氧剂TPP 2重量份的各成分混合，在180℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0076] 实施例9
[0077] 一种高耐刮TPU薄膜，所述高耐刮TPU薄膜的制备原料包括以下重量份的组分：TPU AC85A脂肪族TPU颗粒60重量份，纳米二氧化硅10重量份，单壁碳纳米管(长度为5μm，直径为2μm)20重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅4重量份，碳酸钙5重量份，抗氧剂TPP 1重量份。
[0078] 所述方法包括以下步骤：
[0079] (1)将所述各成分预先干燥；干燥温度为90℃，干燥时间为5h；
[0080] (2)将TPU AC85A脂肪族TPU颗粒60重量份，纳米二氧化硅10重量份，单壁碳纳米管(长度为5μm，直径为2μm)20重量份，十溴二苯基乙烷混合微量煅制二氧化硅4重量份，碳酸钙5重量份，抗氧剂TPP 1重量份的各成分混合，在200℃下挤出得到高耐刮TPU薄膜。
[0081] 对比例1
[0082] 同实施例1，区别仅在于抗刮剂为21重量份的纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物，不含碳纳米管，其他组分含量及制备方法不变。
[0083] 对比例2
[0084] 同实施例1，区别仅在于多壁碳纳米管的重量份数为21重量份，不含抗刮剂，其他组分含量及制备方法不变。
[0085] 对比例3
[0086] 同实施例1，区别仅在于将多壁碳纳米管替换成石墨烯，其他组分含量及制备方法不变。
[0087] 对比例4
[0088] 同实施例1，区别仅在于将抗刮剂纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合物，替换成抗刮剂聚(甲基苯基硅氧烷)，其他组分含量及制备方法不变。
[0089] 对比例5
[0090] 同实施例3，区别仅在于抗刮剂纳米氧化铝和纳米二氧化钛混合物的重量份数为22重量份，不含碳纳米管，其他组分含量及制备方法不变。
[0091] 性能测试
[0092] 对实施例1-7以及对比例1-5的TPU薄膜进行性能测试，根据GB/T1040.3-2006测试拉伸强，根据GB/T 1040.1-2006测试断裂伸长率，根据GBT529-2008测撕裂强度，根据GB/T 531.1测试硬度，根据GB/T9867测试磨耗量，按福特标准FLTM BN 108-13测抗刮伤试验，负荷为2N，通过评判刮擦试样表面的发白程度来评判其抗刮伤性能，发白程度越低，表示材料的抗刮伤性能越好，各项性能测试结果如表1所示：
[0093] 表1
[0094]
[0095] 由表1数据可知，实施例1-7的样品拉伸强度范围在68-90MPa、断裂伸长率、断裂伸长率范围在520-700％、撕裂强度范围在65-85kN/m、硬度范围在80-95A，本发明所述高耐刮TPU薄膜的宏观力学性能和各项机械强度优异；实施例1-7的样品磨耗量仅为2-15mg，通过评判刮擦试样表面的发白程度来评判实施例1-7的样品，其抗刮伤性能无发白或轻微发白，表明了本申请所述高耐刮TPU薄膜具有优异的耐磨耐刮性能。
[0096] 从对比例1、2和5可以看出，当碳纳米管或抗刮剂缺少任意一种时，TPU薄膜的各项机械强度下降得十分明显；而对比例3-4将本申请所述碳纳米管和抗刮剂替换成性能相似的成分，虽然相比于对比例1-2的TPU薄膜的诸项性能有所提升，但是其相较于本申请所述的TPU薄膜机械强度仍然低得多，这就说明了本申请所述碳纳米管和抗刮剂相互配合，协同增效才能得到本申请的各项机械强度优异、抗磨耐刮的TPU薄膜。
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