一种本征型无色透明抗紫外聚氨酯弹性体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于聚氨酯材料领域，公开了一种本征型无色透明抗紫外聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。本发明专利技术将苯并三唑类型的反应型紫外光吸收剂通过聚合反应连接至HMDI

【技术实现步骤摘要】
一种本征型无色透明抗紫外聚氨酯弹性体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯材料领域，具体涉及一种本征型无色透明抗紫外聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着地球臭氧层的破坏，越来越多的紫外线到达地表，使得生活在高海拔地区的人们(尤其在面部和眼部)饱受紫外线的困扰，大大加重了人们患皮肤癌和白内障的危险。此外，过多的紫外线辐照也使得长期在户外使用的制品因紫外光老化而失去可用性而造成资源的浪费。因此，需要一种无色高透明且防紫外的高性能防护材料来解决上述难题。
[0003]热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是以低聚物多元醇为软段，以二异氰酸酯和小分子多元醇为硬段的线性高分子材料。以聚氨酯作为新型紫外防护材料相对于传统的紫外防护材料具有高弹性、生物相容性好等优点。TPU因其配方的多样性，突出的性能，被广泛应用于生物医药、汽车零部件、运动器械、薄膜、管材等工业和生活中的各个领域。但是，长时间的紫外辐照仍会使聚氨酯出现黄变、龟裂、气泡、剥落等现象，使聚氨酯服役寿命减短。
[0004]目前对TPU抗紫外改性的方法有：1.在TPU基体中加入抗紫外填料，如CeO2、TiO2等，但是，因为这类填料通常带有颜色且不透明，随着抗紫外填料的加入聚氨酯复合材料的颜色及透明度会受到严重影响，从而限制了其应用领域。此外，填料在基体中易发生团聚，这也是此类方法所要面临的难题之一。2.在TPU基体中加入添加型抗紫外助剂，如紫外吸收剂、光稳定剂、抗氧剂等。在使用过程中，添加型抗紫外助剂在基体中易迁移，从而影响制品抗紫外性能的稳定性及机械性能。3.在TPU基体中加入天然抗氧化大分子，如木质素、槲皮素、胡萝卜素等。这些天然抗氧化大分子因其抗氧化性和较多的共轭结构很好地改善了聚氨酯的抗紫外性能。但是，天然抗氧化大分子的加入致使聚氨酯具有颜色，同时也会使聚氨酯的机械性能降低。因此，基于目前常见的聚氨酯材料在制备过程中因为原料选择及制备工艺的影响使聚氨酯具有颜色或不透明的前提下，需要一种本征型无色透明抗紫外弹性体来解决上述难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种本征型无色透明抗紫外聚氨酯弹性体及其制备方法和应用。
[0006]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种聚氨酯弹性体前驱体组合物，包括：(a)多异氰酸酯；(b)小分子多元醇；(c)低聚物多元醇；(d)反应型紫外光吸收剂；
[0008]其中，所述多异氰酸酯为脂环族异氰酸酯或/和脂肪族异氰酸酯；所述反应型紫外光吸收剂为2
‑
[3
’‑
(2H
‑
苯并三唑)
‑5’‑
叔丁基
‑4’‑
羟基
‑
苯基]‑2‑
乙基丙烷
‑
1,3
‑
丙二醇，化学结构式如下所示：
[0009][0010]更加优选地，所述多异氰酸酯为二异氰酸酯。
[0011]优选地，所述脂环族异氰酸酯为4,4
’‑
二环已基甲烷二异氰酸酯(HMDI)或/和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)；所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。
[0012]优选地，所述低聚物多元醇为聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)中的一种或多种；所述小分子多元醇为乙二醇(EG)、1,2
‑
丙二醇(MPG)、1,3
‑
丙二醇(1,3
‑
PDO)、1,4
‑
丁二醇(BDO)中的一种或多种。
[0013]优选地，所述前驱体组合物还包括溶剂和催化剂；所述溶剂为碳酸二甲酯(DMC)、N,N
‑
二甲基酰胺(DMF)、N,N
‑
二甲基乙酰胺(DMAc)中的一种或多种；所述溶剂的用量为多异氰酸酯、小分子多元醇、低聚多元醇和反应型紫外光吸收剂四者质量和的50％
‑
80％。
[0014]优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或三亚乙基二胺。更加优选地，所述催化剂的用量为多异氰酸酯、小分子多元醇、低聚物多元醇、反应型紫外光吸收剂和催化剂五者质量和的1％
‑
2％。
[0015]优选地，所述反应型紫外光吸收剂的用量是多异氰酸酯、小分子多元醇、低聚物多元醇和反应型紫外光吸收剂四者质量和的0.5％
‑
1％。
[0016]优选地，所述多异氰酸酯的物质的量与小分子多元醇、低聚多元醇和反应型紫外光吸收剂三者物质的量之和的比为(0.98
‑
1.05)∶1；所述多异氰酸酯、小分子多元醇和反应型紫外光吸收剂三者质量和占多异氰酸酯、小分子多元醇、低聚多元醇和反应型紫外光吸收剂四者质量和的24％
‑
45％。
[0017]进一步地，多异氰酸酯指数R控制在0.98
‑
1.05之间，其计算公式如下：
[0018][0019]式中，m
i
为二异氰酸酯的质量，单位：g；m
d
为小分子二元醇的质量，单位：g；m
g
为低聚物多元醇的质量，单位：g；m
b
为反应型紫外吸收剂的质量，单位：g；M
i
为二异氰酸酯的相对分子质量；M
d
为小分子二元醇的相对分子质量；M
g
为低聚物多元醇的相对分子质量；M
b
为反应型紫外吸收剂的相对分子质量。
[0020]进一步地，聚氨酯弹性体中硬段含量Ch范围控制在24％
‑
45％之间，其计算公式如下：
[0021][0022]式中，m
i
为二异氰酸酯的质量，单位：g；m
d
为小分子二元醇的质量，单位：g；m
g
为低聚物多元醇的质量，单位：g；m
b
为反应型紫外吸收剂的质量，单位：g。
[0023]本专利技术第二方面提供了一种聚氨酯弹性体，由上述第一方面所述的前驱体组合物
进行聚合反应后制备而成。本专利技术制备的聚氨酯弹性体的透光率可达91％；拉伸强度可达67MPa。
[0024]本专利技术第三方面提供了上述第二方面所述的聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：
[0025](1)将低聚多元醇、多异氰酸酯和反应型紫外光吸收剂加入密闭反应器中，在惰性气氛下，于60
‑
90℃条件下进行预反应，得到预聚体；
[0026](2)向步骤(1)得到的预聚体中加入溶剂和小分子多元醇，在60
‑
90℃下继续进行聚合反应，反应结束后得到聚氨酯溶液，固化后即得聚氨酯弹性体。
[0027]更加优选地，所述低聚多元醇在进行预反应前还进行除水处理。更加优选地，所述除水处理步骤为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯弹性体前驱体组合物，包括：（a）多异氰酸酯；（b）小分子多元醇；（c）低聚物多元醇；（d）反应型紫外光吸收剂；其中，所述多异氰酸酯为脂环族异氰酸酯或/和脂肪族异氰酸酯；所述反应型紫外光吸收剂为2
‑
[3
’‑
(2H
‑
苯并三唑)
‑5’‑
叔丁基
‑4’‑
羟基
‑
苯基]
‑2‑
乙基丙烷
‑
1,3
‑
丙二醇。2.根据权利要求1所述的前驱体组合物，其特征在于，所述脂环族异氰酸酯为4,4
’‑
二环已基甲烷二异氰酸酯或/和异佛尔酮二异氰酸酯；所述脂肪族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯。3.根据权利要求1所述的前驱体组合物，其特征在于，所述低聚物多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一种或多种；所述小分子多元醇为乙二醇、1,2
‑
丙二醇、1,3
‑
丙二醇、1,4
‑
丁二醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的前驱体组合物，其特征在于，所述反应型紫外光吸收剂的用量是多异氰酸酯、小分子多元醇、低聚物多元醇和反应型紫外光吸收剂四者质量和的0.5%
‑
1%。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的前驱体组合物，其特征在于，所述多异氰酸酯的物质的量与小分子多元醇、低聚多...

【专利技术属性】
技术研发人员：何素芹，黄高尚，黄淼铭，刘文涛，刘浩，朱诚身，徐琬琳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：