一种增强增韧的TPU材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强增韧的TPU材料及其制备方法，该增强增韧的TPU材料原料组成包括TPU、增塑剂和尼龙；尼龙的熔点不低于225℃，粒径不大于10μm；尼龙占TPU的质量百分比为0.1％～2％。该制备方法包括：在混合机中加入TPU后，先加入增塑剂，混合均匀后再加入尼龙，再次混合均匀后加入挤出机中挤出得到增强增韧的TPU材料。本发明专利技术加入相对于TPU而言为极少量的特定熔点和粒径的尼龙粉末作为物理成核点，在TPU加工过程中加快了TPU的结晶速度，使得TPU晶核数目增多，晶核尺寸减小，从而使得产品脆性降低，韧性提高，强度提高，提高了TPU使用的耐久性和寿命。用的耐久性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种增强增韧的TPU材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及TPU材料领域，具体涉及一种增强增韧的TPU材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是目前国际上发展最快的热塑性材料之一，与之相关的新技术、新产品、新应用不断涌现，而且TPU被公认为一种绿色环保、性能优异的新型高分子材料，具有优异的耐磨性、弹性、强度等，且硬度可调范围广，应用领域广泛。但TPU是温敏性材料，对温度敏感，且如聚酯型TPU在潮湿环境下易发生水解，在湿热环境中TPU材料的使用寿命受到极大限制。
[0003]TPU强度的提高必须兼顾其弹性，如果太软，虽能满足使用舒适度，但使用寿命将会更低，如鞋材、管材等；如果过硬，虽然使用寿命增强，但使用舒适度降低，如TPU脚轮，如果硬度太高容易破坏地面，得不偿失。提高TPU强度的方法较多，可以通过配方设计、化学改性、物理改性等进行提高，但配方设计及化学改性耗资太高，物理改性如添加玻纤进行增强等，在提高产品强度的同时势必会对材料的柔软度造成影响，如果再提高其柔软度势必会提高产品成本。
[0004]随着TPU市场的不断开拓，竞争越来越大，对产品的性价比要求越来越高，保证产品性能的同时，成本越低越好，也就是说，在保证成本的同时提高产品的附加值将更有利于提高产品的市场竞争力，而简单物理共混改性无法满足提高TPU强度的同时保持其足够的弹性性能。
[0005]丁雪佳等人于2010年在《弹性体》期刊第20卷第2期发表了《热塑性聚氨酯弹性体的共混改性研究进展》，综述了尼龙与TPU共混材料。目前，这种共混材料中尼龙占比通常很高，有些甚至超过TPU作为主成分。由此导致尼龙与TPU相容性问题需要克服。例如，华南理工大学汪涛硕士学位论文《热塑性聚氨酯弹性体/尼龙6共混相容性研究》中详细研究了通过相容剂的加入克服尼龙6与TPU相容性的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题和本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种增强增韧的TPU材料，加入相对于TPU而言为极少量的特定熔点和粒径的尼龙粉末作为物理成核点，在TPU加工过程中加快了TPU的结晶速度，使得TPU晶核数目增多，晶核尺寸减小，从而使得产品脆性降低，韧性提高，强度提高，提高了TPU使用的耐久性和寿命。
[0007]一种增强增韧的TPU材料，原料组成包括TPU、增塑剂和尼龙；
[0008]所述尼龙的熔点不低于225℃，粒径不大于10μm；
[0009]所述尼龙占TPU的质量百分比为0.1％～2％。
[0010]本专利技术与现有技术中对尼龙功能、性质的利用方式和构思完全不同，首次将相对于TPU而言为极少量的特定熔点和粒径的尼龙粉末作为成核剂，几乎不增加TPU的加工成本，操作简单易行，且在保持TPU韧性的同时对其强度提高明显，有利于其使用耐久性的提
高，使用寿命的延长。
[0011]本专利技术原理是利用尼龙的高熔点，在TPU加工温度下其仍处于未熔融状态，小粒径和少加入量的尼龙均匀分散在TPU熔体中，从而起到了成核剂的作用，尼龙粉末诱导TPU成核，增加了成核点的数目，降低了晶核尺寸。晶核尺寸越大，材料的堆砌缺陷越多，韧性越差，晶核尺寸越小，晶核数目越多，材料的堆砌缺陷越小，韧性越好，作为结晶区部分的强度韧性提升，能更好地起到物理交联点的作用，两相分离程度提高。
[0012]研究发现，要发挥尼龙在TPU中成核剂的作用，上述限定的尼龙特定熔点、特定粒径和特定加入比例是关键因素，也是最终得到增强增韧的TPU材料的关键所在，且这三者共同作用、缺一不可。对尼龙的任一参数条件不在上述限定范围内，就无法有效发挥出尼龙在TPU加工过程中的成核作用，自然也无法获得如本专利技术所述的高强度高韧性的TPU材料。例如，尼龙粉末的粒径，只有合适的足够小的尺寸才能作为成核点，尺寸过大则会成为异物存在于TPU成品中，造成应力集中点，反而会使产品韧性和强度有所下降，进行影响产品使用寿命。
[0013]此外，如果直接使用目前公知的成核剂，如硅藻土、碳纳米管等，虽然也能起到较好的成核效果，但一是同样对成核剂的尺寸有严格要求，二是此类成核剂价格高昂，三是此类产品分散是行业难题，需要增加额外的改性手段。而本专利技术提出的以特定熔点、特定粒径、特定加入量的尼龙作为成核剂的观点，性价比最高，没有分散问题，无需额外改性手段，且容易推广。
[0014]所述尼龙的种类可以是尼龙6、尼龙66等，优选尼龙6，成核效果最佳，增韧增强效果最好。
[0015]进一步研究发现，如果仅仅将TPU和尼龙一起挤出加工，在该过程中，因为TPU与尼龙的粒径不同(TPU颗粒粒径一般在毫米级别以上)，导致两者下料速度存在差异，进而导致尼龙粉末在TPU颗粒中分散的均匀性仍有待进一步提高。专利技术人经过大量试验，意外发现当所述的TPU材料的原料还加入增塑剂时，尼龙在这种全新的原料体系中可实现高度均匀的分散。增塑剂在本专利技术原料体系中，起到了增加颗粒表面黏性的作用，其作用是让颗粒表面黏性提高，从而更有利于尼龙粉末在TPU颗粒间的均匀分散。
[0016]因此，所述的TPU材料，原料组成包括TPU、增塑剂和尼龙，三组分缺一不可。
[0017]所述尼龙占TPU的质量百分比优选为[0.1％,0.5％)，其意为不小于0.1％且小于0.5％。
[0018]所述增塑剂占TPU的质量百分比优选为0.5％～5％。过多或过少的增塑剂均无法起到所需的增粘和提高尼龙粉末分散性的效果。
[0019]所述的增塑剂可以是本领域常用的增塑剂，包括脂肪族二元酸酯类、苯二甲酸酯类(包括邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类)、苯多酸酯类、苯甲酸酯类、多元醇酯类、氯化烃类、环氧类、柠檬酸酯类、聚酯类等。
[0020]作为优选，所述增塑剂为己二酸二辛酯(DOA)和/或邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，可在本专利技术原料体系中发挥最佳的TPU颗粒表面增粘、提高特定尼龙粉末分散性的作用。
[0021]本专利技术还提供了所述的增强增韧的TPU材料的一种优选制备方法，包括：在混合机中加入TPU后，先加入增塑剂，混合均匀后再加入尼龙，再次混合均匀后加入挤出机中挤出得到所述增强增韧的TPU材料。
[0022]本专利技术中，特定尼龙粉末作为成核剂在TPU中起到成核点的作用，这是提高TPU材料韧性、强度以及使用寿命的关键。因此，TPU、增塑剂和尼龙的加料顺序进一步影响了尼龙粉末的分散性以及所能发挥的成核作用大小。
[0023]本专利技术的增强增韧的TPU材料优选使用上述制备方法，在上述优选的原料加入顺序下，在先存在大量的TPU的情况下，加入增塑剂，起到在TPU颗粒表面增粘的效果，然后再加入相对于TPU而言极少量的特定尼龙粉末，显著提高了尼龙粉末在TPU颗粒表面及之间的分散性，从而发挥出最佳的成核作用，最终获得韧性、强度最佳的TPU材料。
[0024]除了加料顺序外，混合的方式、时间以及加料的及时性也会对特定尼龙粉末的分散效果产生影响。
[0025]作为优选，所述混合机为搅拌机，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强增韧的TPU材料，其特征在于，原料组成包括TPU、增塑剂和尼龙；所述尼龙的熔点不低于225℃，粒径不大于10μm；所述尼龙占TPU的质量百分比为0.1％～2％。2.根据权利要求1所述的TPU材料，其特征在于，所述增塑剂占TPU的质量百分比为0.5％～5％。3.根据权利要求1或2所述的TPU材料，其特征在于，所述增塑剂为己二酸二辛酯和/或邻苯二甲酸二辛酯。4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的增强增韧的TPU材料的制备方法，其特征在于，包括：在混合机中加入TPU后，先加入增塑剂，混合均匀后再加入尼龙，再次...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈自安，刘建文，任光雷，战振生，高玉宝，
申请(专利权)人：美瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：