本发明涉及高分子材料技术领域，具体而言，涉及一种热塑性聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术：
tpu是热塑性聚氨酯英文缩写(thermoplasticurethane)又名为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，其主要成份为碳原子和氢原子，这种材料能在一定热度下变软,而在常温下可以保持不变，再生利用性好。
相关技术中，tpu材料强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等性质有限，有待提高。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种热塑性聚氨酯材料，所述的热塑性聚氨酯材料原料成分简单，强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等性质优异。
本发明的第二目的在于提供一种所述的热塑性聚氨酯材料的制备方法，该方法工艺简单，便于大规模生产。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种热塑性聚氨酯材料，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯70-85份、抗紫外剂3-5份、抗氧剂3-5份、阻燃剂3-10份和稳定剂3-5份。
本发明热塑性聚氨酯材料采用特定成分及用量比例的原料制备得到，具有优异的强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等综合性能。
可选地，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯70-75份、抗紫外剂3-5份、抗氧剂3-5份、阻燃剂5-7份和稳定剂4-5份。
可选地，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯75份、抗紫外剂3份、抗氧剂3份、阻燃剂5份和稳定剂4份。
可选地，还包括填料。
可选地，包括填料8-15份，优选包括填料8-12份，进一步优选包括填料10份。
可选地，所述填料包括硫酸钡和碳酸钙中的一种或多种，优选包括轻质碳酸钙。
可选地，所述热塑性聚氨酯包括聚酯型热塑性聚氨酯和聚醚型热塑性聚氨酯中的一种或多种，优选包括聚醚型热塑性聚氨酯中的一种或多种。
可选地，所述抗紫外剂包括光屏蔽型抗紫外剂和光吸收型抗紫外剂中的一种或多种，优选包括光吸收型抗紫外剂中的一种或多种。
可选地，所述抗氧剂包括过氧化物分解型抗氧剂、自由基清除型抗氧剂和金属减活型抗氧剂中的一种或多种，优选包括自由基清除型抗氧剂中的一种或多种。
可选地，所述阻燃剂包括添加型阻燃剂和反应型阻燃剂中的一种或多种，优选包括添加型阻燃剂中的一种或多种，进一步优选包括无卤阻燃剂和有卤阻燃剂中的一种或多种，更优选包括无卤阻燃剂中的一种或多种。
可选地，所述稳定剂包括热稳定剂和光稳定剂中的一种或多种，优选包括光稳定剂中的一种或多种。
上述的一种热塑性聚氨酯材料的制备方法，包括按比例分别取热塑性聚氨酯、填料、抗紫外剂、抗氧剂、阻燃剂和稳定剂，配料、混合，加热熔融、挤出成型，得到一种热塑性聚氨酯材料。
本发明热塑性聚氨酯材料的制备方法，该方法工艺简单，便于大规模生产。
可选地，所述混合的时间为10min以上，优选为15min。
可选地，所述混合后将所得组合物进行烘干，再进行加热熔融、挤出成型。
可选地，所述烘干温度为100℃以上，优选为100-110℃。
可选地，烘干时间为1h以上，优选为2h。
可选地，所述加热熔融、挤出成型的温度为160℃以上，优选为160-190℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明热塑性聚氨酯材料采用特定成分及用量比例的原料制备得到，具有优异的强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等综合性能。本发明热塑性聚氨酯材料的制备方法，该方法工艺简单，便于大规模生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种热塑性聚氨酯材料，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯70-85份、抗紫外剂3-5份、抗氧剂3-5份、阻燃剂3-10份和稳定剂3-5份。
本发明热塑性聚氨酯材料采用特定成分及用量比例的原料制备得到，具有优异的强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等综合性能。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯70-75份、抗紫外剂3-5份、抗氧剂3-5份、阻燃剂5-7份和稳定剂4-5份。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述热塑性聚氨酯材料主要由以下质量份数的成分制备得到：
热塑性聚氨酯75份、抗紫外剂3份、抗氧剂3份、阻燃剂5份和稳定剂4份。
采用特定热塑性聚氨酯、填料、抗紫外剂、抗氧剂、阻燃剂和稳定剂的用量比例，有助于进一步提高所得tpu材料的强度、韧性、耐磨、耐寒、耐老化、耐碱性、耐气候、抗紫外线以及不透水性等综合性能。
本发明一种优选的具体实施方式中，还包括填料。
本发明一种优选的具体实施方式中，包括填料8-15份，优选包括填料8-12份，进一步优选包括填料10份。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述填料包括硫酸钡和碳酸钙中的一种或多种，优选包括轻质碳酸钙。
硫酸钡本身比较重，用量多时可能会造成后续制备tpu材料时出料困难，重质碳酸钙颗粒较粗，含水量高，可能会造成后续制备tpu材料表面不平整，综合来讲，以轻质碳酸钙的效果最佳。
采用填料，能够有效降低成本。然而填料用量的增加会使所得tpu材料的硬度增加，而耐撕裂效果变差，延伸阶梯性能下降，影响所得tpu材料的综合性能。如果增加热塑性聚氨酯的用量，可以弥补由于加入填料而造成的延伸性能下降缺陷，提高机械强度，但会导致成本大幅增加，并且热塑性聚氨酯原料价格还呈逐年升高趋势，这也是实际市场需求难以接受的。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述热塑性聚氨酯包括聚酯型热塑性聚氨酯和聚醚型热塑性聚氨酯中的一种或多种，优选包括聚醚型热塑性聚氨酯中的一种或多种。
相比聚酯型热塑性聚氨酯，聚醚型热塑性聚氨酯具有更好的耐水解性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述抗紫外剂包括光屏蔽型抗紫外剂和光吸收型抗紫外剂中的一种或多种，优选包括光吸收型抗紫外剂中的一种或多种。
采用特定成分的抗紫外剂，能够有效提高所得tpu材料在储存和使用过程中的抗紫外老化性能，延长使用寿命。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述抗氧剂包括过氧化物分解型抗氧剂、自由基清除型抗氧剂和金属减活型抗氧剂中的一种或多种，优选包括自由基清除型抗氧剂中的一种或多种。
采用特定成分的抗氧剂，能够有效提高所得tpu材料在储存和使用过程中的抗氧化老化性能，延长使用寿命。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述阻燃剂包括添加型阻燃剂和反应型阻燃剂中的一种或多种，优选包括添加型阻燃剂中的一种或多种，进一步优选包括无卤阻燃剂和有卤阻燃剂中的一种或多种，更优选包括无卤阻燃剂中的一种或多种。
采用特定成分的阻燃剂，能够有效提高所得tpu材料在储存和使用过程中的阻燃性能，提高耐火性和使用安全性。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述稳定剂包括热稳定剂和光稳定剂中的一种或多种，优选包括光稳定剂中的一种或多种。
采用特定成分的稳定剂，能够有效提高所得tpu材料在储存和使用过程中的耐老化性能，延长使用寿命。
上述的一种热塑性聚氨酯材料的制备方法，包括按比例分别取热塑性聚氨酯、填料、抗紫外剂、抗氧剂、阻燃剂和稳定剂，配料、混合，加热熔融、挤出成型，得到一种热塑性聚氨酯材料。
本发明热塑性聚氨酯材料的制备方法，该方法工艺简单，便于大规模生产。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述混合的时间为10min以上，优选为15min。
采用特定混合时间，有助于各原料成分进一步混合充分，充分提高所得tpu材料的综合性能。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述混合后将所得组合物进行烘干。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述烘干温度为100℃以上，优选为100-110℃。
本发明一种优选的具体实施方式中，烘干时间为1h以上，优选为2h。
采用特定烘干温度和时间，有助于提高烘干效果，避免过量水分残留影响后续所得tpu材料性能，实际使用中控制含水率为0.2％(质量分数)以下即可。
本发明一种优选的具体实施方式中，所述加热熔融、挤出成型的温度为160℃以上，优选为160-190℃。
采用特定加热熔融和挤出成型温度，能够使充分均匀混合，均匀出料，保证所得tpu材料的综合性能。
可选地，本发明tpu材料可通过挤出成型制备得到均质膜材料/卷材，其公称长度规格可为15-25m，比如：15m、20m、25m；公称宽度规格可为1-2m，比如：1.00m、2.00m；厚度规格可为1.2-2mm，比如：1.20mm、1.50mm、1.80mm、2.00mm。
可选地，挤出成型后可进一步进行裁边、计长、自检、收卷、检验、包装、标识和入库等工艺。
可选地，本发明tpu材料采用硬质芯卷曲，用塑料袋包装。
贮存与运输—存放在通风、防止日晒雨淋的场所。贮存温度最好不要高于45℃。
卷材平放时堆放高度最好不要超过5层；立放时优选单层堆放。应避免与酸、碱、油类及有机溶剂等接触。
实施例1
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)70kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)3kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)3kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)3kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)3kg，搅拌混合10min，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为160-170℃)，得到一种tpu材料。
实施例2
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)85kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)5kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)5kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)10kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)5kg，搅拌混合15min，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为180-190℃)，得到一种tpu材料。
实施例3
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)70kg、填料(轻质碳酸钙，生产商为石家庄晨曦耐火材料有限公司)8kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)3kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)3kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)3kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)3kg，搅拌混合10min，在100℃下烘干2h，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为170-180℃)，得到一种tpu材料。
实施例4
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)85kg、填料(轻质碳酸钙，生产商为石家庄晨曦耐火材料有限公司)15kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)5kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)5kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)10kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)5kg，搅拌混合15min，在110℃下烘干1h，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为160-170℃)，得到一种tpu材料。
实施例5
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)70kg、填料(沉淀硫酸钡，生产商为石家庄晨曦耐火材料有限公司)8kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)3kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)3kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)5kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)4kg，搅拌混合12min，在105℃下烘干1.5h，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为170-180℃)，得到一种tpu材料。
实施例6
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)75kg、填料(重质碳酸钙，生产商为石家庄晨曦耐火材料有限公司)12kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)5kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)5kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)7kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)5kg，搅拌混合13min，在106℃下烘干1.5h，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为180-190℃)，得到一种tpu材料。
实施例7
一种tpu材料的制备方法，包括：
分别称取热塑性聚氨酯(型号为wht1195，生产商为烟台万华聚氨酯股份有限公司)75kg、填料(轻质碳酸钙，生产商为石家庄晨曦耐火材料有限公司)10kg、抗紫外剂(型号为hmu405，生产商为埃克森美孚公司)3kg、抗氧剂(型号为1010，生产商为巴斯夫股份公司)3kg、阻燃剂(型号为mdk310，生产商为埃克森美孚公司)5kg和稳定剂(型号为uv3346，生产商为青岛德达志成化工有限公司)4kg，搅拌混合15min，在110℃下烘干2h，然后通过双螺杆挤出机加热熔融、挤出成型(控制温度为180-190℃)，得到一种tpu材料。
对比例1
采用实施例7所述的原料和用量及方法制备得到一种tpu材料，区别在于，仅使用热塑性聚氨酯和填料。
对比例2
采用实施例7所述的原料和用量及方法制备得到一种tpu材料，区别在于，不使用抗紫外剂。
对比例3
采用实施例7所述的原料和用量及方法制备得到一种tpu材料，区别在于，不使用抗氧剂。
对比例4
采用实施例7所述的原料和用量及方法制备得到一种tpu材料，区别在于，不使用阻燃剂。
对比例5
采用实施例7所述的原料和用量及方法制备得到一种tpu材料，区别在于，不使用稳定剂。
将本发明实施例1-7所得tpu材料分别按照《gb18173.1-2012高分子防水材料第一部分：片材》js2的要求，进行性能检测，所得结果如表1-7所示：
表1本发明实施例1所得tpu材料性能
表2本发明实施例2所得tpu材料性能
表3本发明实施例3所得tpu材料性能
表4本发明实施例4所得tpu材料性能
表5本发明实施例5所得tpu材料性能
表6本发明实施例6所得tpu材料性能
表7本发明实施例7所得tpu材料性能
表8本发明各对比例所得tpu材料性能
通过表1-4可以看出，本发明添加了填料后，所得产品的力学性能和耐老化性能均出现了细微程度的下降。通常情况下，热塑性聚氨酯的用量比例越高，所得产品的力学性能越好，但由于热塑性聚氨酯的原料成本过高，所生产的高成本产品难以在市场上立足。使用填料能够显著降低成本，而填料的使用往往又会显著降低所得产品的力学性能，本发明采用特定成分和用量的填料，显著降低了填料的使用对所得产品性能的影响。而抗紫外剂、抗氧化剂和稳定剂的使用均是为改善所得产品的耐老化性能，但当添加了填料时，相当于所得产品中的抗紫外剂、抗氧化剂和稳定剂的含量比例有所降低，导致所得产品的耐老化性能也有细微程度的下降。
通过表8可以看出，仅采用热塑性聚氨酯和填料制备得到的产品，受到填料的影响，所得产品的力学性能和耐老化性能均出现了显著下降。分别不采用抗紫外剂、抗氧化剂、阻燃剂和稳定剂所得产品的力学性能和耐老化性能也分别出现了不同程度的显著下降，甚至力学性能的表现比仅采用热塑性聚氨酯和填料制备得到的产品更差。而同时使用抗紫外剂、抗氧化剂、阻燃剂和稳定剂所得产品，相比分别不采用抗紫外剂、抗氧化剂、阻燃剂和稳定剂所得产品，耐老化性能能够在原有基础上进一步提高，同时能够显著提高所得产品的力学性能，充分克服了采用填料带来的力学性能显著降低的问题，体现了抗紫外剂、抗氧化剂、阻燃剂和稳定剂显著的协同增效作用，具有意料不到的技术效果。
通过表1-7可以看出，本发明所得tpu材料，具有现有技术材料所无法比拟的强度高，韧性好，耐磨，耐寒，耐老化，耐气候等特性，同是还具有高防水透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。
本发明tpu材料具有以下优点：
一、节能、环保：
可制成白色表面，起到反光隔热的作用；还可以代替软质pvc以满足越来越多领域的环保要求。易加工，可焊接、施工方便，完全回收，绿色环保的新型防水材料。
二、用于暴露屋面的优势：
在人工气候紫外线加速老化试验之后，本发明tpu材料性能变化优于其他材料且不黄变。而同样在热老化试验之后，本发明tpu材料得性能保持率也相当稳定。由此可见本发明tpu材料具有很好的耐老化耐紫外线性能。
三、物理阻根、稳定可靠：
1、因tpu是由碳原子和氢原子组成的热塑性聚氨酯材料，本身具有物理阻根的特性，材料本身通过各项性能检测及符合焊接标准，无须担心材料自身阻根失效的问题；
2、本发明tpu材料属无味、环保、无增塑剂的绿色材料，不会像其他材料因助剂迁移带来卷材变脆、开裂、老化等问题。
四、耐候性能优越，其超强的耐紫外线、耐自然老化能力。
五、不含增塑剂，没有其他卷材因增塑剂渗出、迁延而引起的快速老化现象，大大延长卷材的使用寿命。
六、优异的低温柔性性能(-35℃)，确保了产品在高寒气候条件下的正常使用。
七、优异的耐化学性，耐各种酸、碱、油脂腐蚀，并且对细菌、真菌及藻类引起的降解有着良好的抵抗力。
八、高撕裂强度、高断裂延伸性，具有良好的抗变形能力。
九、具有很强的高张力，高拉力，强韧性和耐老化等特性的环保材料。
由此可见，本发明tpu材料在以下领域具有广泛的应用前景：
1、适用于各种外露和非外露的工业与民用建筑屋面防水工程；
2、工业与民用建筑地下工程的防水、防潮以及室内游泳池、消防水池等的构筑物防水；
3、地铁、隧道、混凝土铺筑路面的桥面、污水处理场、垃圾掩埋场等市政工程防水；
4、水渠、水池等水利设施防水。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。