一种高疏水TPU薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高疏水TPU薄膜及其制备方法，所述高疏水TPU薄膜的成分包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球，所述聚氨酯多孔微球分散于聚氨酯纳米纤维中。该TPU薄膜包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球两种结构，其中，纳米纤维相互交织形成一个稳定的多层3D网络结构，网络结构中嵌入了微球，且微球表面存在许多纳米级的突起和空腔，滞留其中的空气能够显著提高薄膜材料的疏水性，而纳米纤维相互交织形成的网络结构可以作为增强TPU薄膜稳定性的支架，使得这种疏水性能稳定长久。

A high hydrophobic TPU film and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高疏水TPU薄膜及其制备方法
本专利技术属于合成材料
，具体涉及一种TPU薄膜及其制备方法，尤其涉及一种高疏水TPU薄膜及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称，具有优异的耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀等特性，广泛应用于工农业生产、国防建设和我们的日常生活中。但是，TPU也存在很多缺陷，比如TPU的耐水性较差，限制了TPU应用于更广的范围。超疏水材料是一种新型材料，它可以自行清洁需要干净的地方，还可以放在金属表面防治水的腐蚀生锈。超疏水材料用途非常广泛，室外天线上，可以防积雪；远洋轮船，可以达到防污、防腐的效果；石油管道的输送；用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染；防水和防污处理等。浸润性和粘附性都是固体表面的重要性质。一般来说，固体表面的浸润性和粘附性是由固体表面的化学组成和表面形貌结构共同决定的，因此通过改变固体表面化学成分和表面微观结构可以实现对润湿性和粘附性的调控。从技术方法上，很多用于制备超疏水材料的方法仍然存在设备原材料昂贵、步骤繁杂、重复性差、只适合用于实验室研究却无法用于制备大面积超疏水表面等；从稳定性方面来看，目前大多数制备的超疏水表面化学稳定性差和对机械作用力很敏感，主要表现在恶劣的环境和一定的机械作用力容易使超疏水性能丧失，这些都极大的阻碍了超疏水表面的实际应用和工业生产。CN105399917A公开了一种有机硅改性热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，其弹性体由以下各组份组成，各组份的重量份为：大分子二元醇20-60份，端羟烷基封端聚二甲基硅氧烷2-10份，二异氰酸酯10-20份，小分子扩链剂2-8份，催化剂0.1-0.5份，抗氧化剂0.1-0.5份，紫外线吸收剂0.1-0.5份；此TPU材料解决了耐高低温性、疏水性等问题，但是实际上，其疏水性能仍然有待提高。CN108300353A公开了一种TPU保护膜，包括：剥离层；设置在所述剥离层表面的使用层；设置在所述使用层表面的护膜层；所述使用层包括：设置在所述剥离层表面的粘胶层；设置在所述粘胶层表面的TPU层；设置在所述TPU层表面的自修复功能层；设置在所述自修复功能层表面的疏水疏油功能层；所述疏水疏油层的成分以重量份计，包括：100-200份的聚甲基硅氧烷；1-2份的交联剂；2-5份的固化剂；300-1000份的乙酸乙酯；500-1500份的乙酸正丁酯；所述护膜层设置在所述疏水疏油功能层表面。本专利技术提供的TPU保护膜在无翘曲的情况下具有良好的疏水疏油功能和耐磨性。CN109369943A公开了一种疏水结构及其制备方法，疏水结构包括褶皱层和基底层，所述褶皱层铺设于所述基底层上形成一双层结构。所述褶皱层的制作材料的热缩率小于所述基底层的制作材料的热缩率；所述褶皱层由疏水材料制得。褶皱层的制作材料选自：聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚四乙烯吡啶；所述基底层的制作材料选自：聚乙烯、聚丙烯、TPU塑料。本专利技术中的疏水结构其不仅具有良好的疏水能力，还兼具良好的抗剪切性能，疏水涂层的有效使用寿命也得到了显著提升，疏水结构的制备方法简单易操作，成本低。但以上现有技术公开的关于提高材料疏水性的方法还不能显著地提高材料的疏水性，其疏水的稳定性也有待提高。因此，开发出一种性能稳定的高疏水TPU薄膜是非常有意义的。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种TPU薄膜及其制备方法，特别是提供一种高疏水TPU薄膜及其制备方法，该高疏水TPU薄膜不仅能够显著地提高薄膜的疏水性，而且结构很稳定，使得薄膜能够长久有效地保持其疏水性。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种高疏水TPU薄膜，所述高疏水TPU薄膜的成分包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球，所述聚氨酯多孔微球分散于聚氨酯纳米纤维中。本专利技术所涉及的TPU薄膜中包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球两种结构，其中，纳米纤维相互交织形成一个稳定的多层3D网络结构，网络结构中嵌入了微球，且微球表面存在许多纳米级的突起和空腔，空气能够滞留于这些空腔和网络结构的空隙中，这些滞留的空气能够显著提高薄膜材料的疏水性，而纳米纤维相互交织形成的网络结构可以作为增强TPU薄膜稳定性的支架，使得这种疏水性能稳定长久。在本专利技术中，所述高疏水是指水接触角的测量值在150°以上，吸水率在2wt％以下。优选地，所述聚氨酯纳米纤维横截面的直径为150-300nm，所述聚氨酯多孔微球的粒径为0.5-2mm。所述聚氨酯纳米纤维横截面的直径和聚氨酯多孔微球的粒径分别处于150-300nm和0.5-2mm尺寸范围内，因为聚氨酯多孔微球的尺寸远大于聚氨酯纳米纤维，使得TPU薄膜的表面粗糙，类似于荷叶表面微结构，具有很好的疏水功能。在本专利技术中，所述高疏水TPU薄膜的制备原料按重量份数计包括如下组分：二异氰酸酯20-40份、端羟基含氟聚硅氧烷40-80份、扩链剂5-10份、催化剂1-5份、抗氧化剂1-5份。所述端羟基含氟聚硅氧烷是指两端由羟基封端、侧链含有氟原子的聚硅氧烷，其聚硅氧烷主链柔顺，有机氟侧链性质稳定且表面张力极低，因此端羟基含氟聚硅氧烷作为一种低表面能材料也能够显著提高TPU薄膜的疏水性。所述高疏水TPU薄膜的制备原料只有在上述重量配比关系下，获得的最终产品才能获得性能稳定的高疏水性。所述二异氰酸酯的重量份数可以为20份、23份、24份、25份、27份、30份、32份、34份、35份、36份、38份或40份等。所述端羟基含氟聚硅氧烷的重量份数可以为40份、45份、50份、55份、58份、60份、62份、65份、70份、76份、78份或80份等。所述扩链剂的重量份数可以为5份、6份、7份、8份、9份或10份等。所述催化剂的重量份数可以为1份、2份、3份、4份或5份等。所述抗氧化剂的重量份数可以为1份、2份、3份、4份或5份等。优选地，所述高疏水TPU薄膜的制备原料按重量份数计包括如下组分：二异氰酸酯30-40份、端羟基含氟聚硅氧烷50-60份、扩链剂5-8份、催化剂2-3份、抗氧化剂3-4份。优选地，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯或己二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和三甲基己烷二异氰酸酯的组合、三甲基己烷二异氰酸酯和己二异氰酸酯的组合等，其他任意的组合方式不在此赘述。优选地，所述二异氰酸酯包括四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯。优选地，所述四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯的质量比为(1-3):1，例如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1或3:1等。所述二异氰酸酯原料选用四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯的组合方式能使TPU薄膜在获得高疏水性能的基础上还具有很好的耐候性和拉伸强度。而两者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高疏水TPU薄膜，其特征在于，所述高疏水TPU薄膜的成分包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球，所述聚氨酯多孔微球分散于聚氨酯纳米纤维中。/n

【技术特征摘要】
1.一种高疏水TPU薄膜，其特征在于，所述高疏水TPU薄膜的成分包括聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球，所述聚氨酯多孔微球分散于聚氨酯纳米纤维中。


2.如权利要求1所述的高疏水TPU薄膜，其特征在于，所述聚氨酯纳米纤维横截面的直径为150-300nm，所述聚氨酯多孔微球的粒径为0.5-2mm；
优选地，所述高疏水TPU薄膜的制备原料按重量份数计包括如下组分：二异氰酸酯20-40份、端羟基含氟聚硅氧烷40-80份、扩链剂5-10份、催化剂1-5份、抗氧化剂1-5份；
优选地，所述高疏水TPU薄膜的制备原料按重量份数计包括如下组分：二异氰酸酯30-40份、端羟基含氟聚硅氧烷50-60份、扩链剂5-8份、催化剂2-3份、抗氧化剂3-4份。


3.如权利要求2所述的高疏水TPU薄膜，其特征在于，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、四甲基苯二甲苯二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯或己二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述二异氰酸酯包括四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯；
优选地，所述四甲基苯二甲苯二异氰酸酯和己二异氰酸酯的质量比为(1-3):1。


4.如权利要求2或3所述的高疏水TPU薄膜，其特征在于，所述端羟基含氟聚硅氧烷的含氟侧链包括氟烃基和氟醚基；
优选地，所述端羟基含氟聚硅氧烷的聚合度n＝1-10；
优选地，所述扩链剂包括乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、二乙二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述催化剂包括辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月桂酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述抗氧化剂包括受阻酚类抗氧化剂、受阻胺类抗氧化剂或亚磷酸酯类抗氧化剂中的任意一种或至少两种的组合。


5.如权利要求1-4中任一项所述的高疏水TPU薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：利用静电纺丝技术分别制备出聚氨酯纳米纤维和聚氨酯多孔微球，使所述聚氨酯多孔微球分散于聚氨酯纳米纤维中。


6.如权利要求5所述的高疏水TPU薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将二异氰酸酯、端羟基含氟聚硅氧烷、扩链剂、催化剂和抗氧化剂按比例混合后进行反应，得到聚氨酯材料；
(2)将步骤(1)得到的聚氨酯材料与溶剂混合，得到较高浓度的溶液A和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一良，杨博，何建雄，
申请(专利权)人：苏州市雄林新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32