一种可染色的环保型聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，使用多元醇、二异氰酸酯、1,3‑苯二甲酸,5‑磺酸‑1,3‑二(2‑羟乙基)酯钠盐(SIPEG)、光稳定剂、抗氧化剂、触媒、滑剂为原料，经双螺杆反应挤出机聚合反应，聚合反应结束后经过滤、水中造粒、脱水、干燥得到最终产物。本发明专利技术的制备方法工艺简单，制得的产品不含溶剂，有利于环保和安全生产。还公开一种可染色的环保型聚氨酯弹性体，具有良好的染色性，解决了TPU染色牢度不良的问题，增加了TPU的染色性，克服染色不匀现象，应用前景良好。

A dyeable environmental friendly polyurethane elastomer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种可染色的环保型聚氨酯弹性体及其制备方法
本专利技术属于聚氨酯材料
，具体涉及一种可染色的环保型聚氨酯弹性体及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯弹性体(ThermoplasticPolyurethane)，简称TPU，具有优异之机械性质和弹性，极具耐磨耗性和抗化学性质，以及其与血液和细胞组织有很好的兼容性特殊性质，因此迅速的发展成为一种日生活中和医疗上极为重要的材料。又因为TPU具有上述之优越性能，所以其应用范围相当广泛，如皮革工业、接着剂、弹性纤维(elasticfiber、Spandexfiber)、生医材料，橡胶业改质剂等等皆有其产品。另外，TPU之加工技术亦极为容易，使用一般之聚合物加工设备便可以加工之，如：射出成型、挤压成型、延压成型、纺丝、溶剂浇铸皆可。聚氨酯弹性体是由二异氰酸酯和大分子多元醇、扩链剂共同反应生成的线性高分子材料。其基本化学反应式如下所示：Isocyanates+polyols+chinextanders+additives＝ThermoplasticPolyurethaneOCN－R－NCO+HO－R－OH+HO－R－OH+additives＝ThermoplasticPolyurethane在分子组成上以氨基甲酸酯基团为主要特征，由分子结构上看，它由刚性链段与柔性链段交替构成，刚性链段是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的，柔性链段则是由二异氰酸酯和大分子多元醇反应得到的。TPU(聚氨酯胶粒)可应用于注塑，挤出，吹塑，压延，熔融纺丝等加工程序加工成不同用途的产品，如熔融纺丝制成弹性纤维应用于各种衣料上，及制成薄膜复合于各种纤维材料上得到各式各样纺织面料。TPU弹性纤维及薄膜应用范围广泛，用量持续增长，但TPU纤维与一般纺织纤维如尼龙或聚酯相比不容易染色，虽然一些TPU可接受染料，但染色牢度仍存在很多问题，因此聚氨酯纤维及薄膜在染色加工和印花技术方面，还存在着不少障碍。TPU染色的最大问题就是难以解决染色重现性和色牢度不良，为满足TPU在染色加工中的色牢度问题，本专利技术透过TPU弹性体配方与制程设计，增加TPU之染色性，克服染色不匀现象。中国专利CN104262657B公开了一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法，该方法制备的薄膜因膜的组分引入了活性基团-NH2，增多了染料的结合点，且在酸性染料中，薄膜带阳电荷，有利于阴离子染料逐渐与薄膜中带正电荷的氨基(P-NH3+)以离子键结合而发生染色作用，从而提高染率及染色牢度。然而该方法使用大量的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，不符合环保要求。中国专利CN104884688B公开了可染色且阻燃的热塑性聚氨酯纤维制备方法，该方法通过官能改性剂氨基二醇和布朗斯特酸(Bronsted酸)的反应物改性聚氨酯提高可染性。该官能改性剂须先混合制备，再加入TPU组合物中，制作工艺较复杂。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可染色的环保型聚氨酯弹性体及其制备方法，解决了聚氨酯弹性体不易染色和不符合安全环保要求的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，所述聚氨酯弹性体采用双螺杆反应挤出机连续生产一步法合成工艺，包括以下步骤：S1、将多元醇、1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐和抗氧化剂加入料槽A中，充分搅拌均匀加热，加热到料温100-120℃后持续低速50rpm以下搅拌并氮封备用；S2、将二异氰酸酯熔化后加入料槽B中，加热到要求温度50-60℃后再持续低速50rpm以下搅拌通氮气氮封后备用；S3、将料槽A和料槽B中的物料通过计量泵计量后送至混合头，高速2000rpm以上搅拌进行均匀混合后，将混匀后的物料送至双螺杆反应挤出机反应塑化40-70秒，并投入添加剂使其进一步混合均匀；控制双螺杆反应挤出机的温度为180-280℃，压力为5-8MPa进行聚合反应，聚合反应成聚氨酯熔体；所述添加剂包括光稳定剂、触媒和滑剂；S4、聚合反应结束后，将反应产物通过双螺杆反应挤出机挤出后进行过滤、水中造粒、脱水、干燥，最终得到聚氨酯弹性体。进一步地，所述多元醇为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇；基于所述弹性体的总重量计，所述多元醇的含量为40至65wt％。进一步地，所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基与多元醇及1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐中的羟基之和的摩尔比为1.0-1.02:1；基于所述弹性体的总重量计，所述二异氰酸酯的含量为25至45wt％。进一步地，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂，基于所述弹性体的总重量计，抗氧化剂的添加量为0.2至0.6wt％。进一步地，所述1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐的添加量基于所述弹性体的总重量计为5至15wt％。进一步地，所述光稳定剂为苯并三唑类稳定剂、受阻胺类稳定剂中的任意一种或多种，基于所述弹性体的总重量计，所述光稳定剂的添加量为0.2至0.5wt％。进一步地，所述触媒为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡中的任意一种或至少两种的混合物，基于所述弹性体的总重量计，所述触媒的添加量为0.005至0.03wt％。起到了促进异氰酸酯基与羟基快速反应的作用。进一步地，所述滑剂为N，N-乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、甘油三羟硬脂酸酯、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种或至少两种的混合物，基于所述弹性体的总重量计，所述滑剂的添加量为0.2至0.6wt％。一种可染色的环保型聚氨酯弹性体，所述聚氨酯弹性体按重量百分比包括以下组分：多元醇45-65wt％、二异氰酸酯25-45wt％、抗氧化剂0.2-0.6wt％、1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐5-15wt％、光稳定剂0.2-0.5wt％、触媒0.005-0.03wt％、滑剂0.2-0.6wt％。进一步地，所述1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐的分子式：(HOCH2CH2O2C)2-C6H3-SO3Na，分子量：356.29，分子构式如下：分子结构具有端羟基可参与TPU主链反应，含有磺酸基，对阳离子染料具有良好的亲合性能。本专利技术所达到的有益效果：(1)、本专利技术产品生产工艺采用双螺杆反应挤出机连续生产一步法完成，生产工艺简单，产品不含溶剂，有利于环保和安全生产。双螺杆反应挤出机相对运动的两螺杆间有较高的剪切速度梯度可使物料良好混合，捏啮完全，使其反应均匀，不会出现局部凝胶现象。(2)、本专利技术生产工艺能够先生产出本色TPU后，再依客户需求进行染色加工。其主要是藉由在TPU分子结构中导入可染色的(1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐(SIPEG)，其SIPEG中的磺酸基，具有良好的染色性，可改善TPU不易染色的缺点。(3)、本专利技术产品使用SIPEG分子结构具有端羟基可参与TPU主链反应，制成品染色后色泽鲜艳，并且色牢度好。本专利技术产品熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯弹性体采用双螺杆反应挤出机连续生产一步法合成工艺，包括以下步骤：/nS1、将多元醇、1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐和抗氧化剂加入料槽A中，充分搅拌均匀加热，加热到料温100-120℃后持续低速50rpm以下搅拌并氮封备用；/nS2、将二异氰酸酯熔化后加入料槽B中，加热到要求温度50-60℃后再持续低速50rpm以下搅拌通氮气氮封后备用；/nS3、将料槽A和料槽B中的物料通过计量泵计量后送至混合头，高速2000rpm以上搅拌进行均匀混合后，将混匀后的物料送至双螺杆反应挤出机反应塑化40-70秒，并投入添加剂使其进一步混合均匀；控制双螺杆反应挤出机的温度为180-280℃，压力为5-8MPa进行聚合反应，聚合反应成聚氨酯熔体；所述添加剂包括光稳定剂、触媒和滑剂；/nS4、聚合反应结束后，将反应产物通过双螺杆反应挤出机挤出后进行过滤、水中造粒、脱水、干燥，最终得到聚氨酯弹性体。/n

【技术特征摘要】
1.一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯弹性体采用双螺杆反应挤出机连续生产一步法合成工艺，包括以下步骤：
S1、将多元醇、1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐和抗氧化剂加入料槽A中，充分搅拌均匀加热，加热到料温100-120℃后持续低速50rpm以下搅拌并氮封备用；
S2、将二异氰酸酯熔化后加入料槽B中，加热到要求温度50-60℃后再持续低速50rpm以下搅拌通氮气氮封后备用；
S3、将料槽A和料槽B中的物料通过计量泵计量后送至混合头，高速2000rpm以上搅拌进行均匀混合后，将混匀后的物料送至双螺杆反应挤出机反应塑化40-70秒，并投入添加剂使其进一步混合均匀；控制双螺杆反应挤出机的温度为180-280℃，压力为5-8MPa进行聚合反应，聚合反应成聚氨酯熔体；所述添加剂包括光稳定剂、触媒和滑剂；
S4、聚合反应结束后，将反应产物通过双螺杆反应挤出机挤出后进行过滤、水中造粒、脱水、干燥，最终得到聚氨酯弹性体。


2.根据权利要求1所述的一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述多元醇为聚酯多元醇和/或聚醚多元醇；基于所述弹性体的总重量计，所述多元醇的含量为40至65wt％。


3.根据权利要求1所述的一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基与多元醇及1,3-苯二甲酸,5-磺酸-1,3-二(2-羟乙基)酯钠盐中的羟基之和的摩尔比为1.0-1.02:1；基于所述弹性体的总重量计，所述二异氰酸酯的含量为25至45wt％。


4.根据权利要求1所述的一种可染色的环保型聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂，基于所述弹性体的总重量计，抗氧化剂的添加量为0.2至0.6wt％。

【专利技术属性】
技术研发人员：林永欣，许志明，
申请(专利权)人：高鼎精细化工昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32