一种低色度易着色的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种低色度易着色的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，所述热塑性聚氨酯弹性体主要由以下原料制备得到：20?30重量份二异氰酸酯、50?60重量份多元醇、10?20重量份聚甲基丙烯酸甲酯、10?20重量份K胶、1?5重量份扩链剂和1?3重量份催化剂，其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物。本发明制备得到的聚氨酯弹性体的拉伸强度达到90MPa以上，断裂伸长率达到980％，回弹率达到88％以上，色度为1号?2号，易于着色。
【专利说明】
一种低色度易着色的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于高分子材料领域，涉及一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，尤其 涉及一种低色度易着色的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 热塑性聚氨酯(TPU)是一种新型的有机高分子合成材料，其各项性能优异，可以代 替橡胶、软性聚氯乙烯材料PVC。例如其具有优异的物理性能，例如耐磨性，回弹力都好过普 通聚氨酯和PVC，耐老化性好过橡胶，可以说是替代PVC和PU的最理想的材料。
[0003] 随着科学技术的发展，材料领域对于TPU材料的色度以及后期产品的着色性方面 提出了更高的要求，降低THJ的色度，提高其易着色性是本领域技术人员努力的方向。
[0004] CN105273170A公开了一种TPU用超低色度PEHA及其制备方法，所述PEHA的原料包 括50-70 %的己二酸、10-25%的1，6己二酸、25-45%的乙二醇、0.3-0.5%的高温抗氧化剂 和0.01-0.1%的催化剂，得到的树脂PEHA的色度相对于市场上所普遍使用的色度有明显提 高。然而本发明中只公开了 PEHA的色度具有明显提高，但是并未公开使用PEHA后TPU的色度 有怎样的变化。
[0005] 因此，在本领域中，期望能够获得一种具有良好弹性和机械可加工性能并且具备 低色度易于着色的热塑性聚氨酯弹性体。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备 方法，尤其是提供一种低色度易着色的热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -方面，本发明提供一种热塑性聚氨酯弹性体，所述热塑性聚氨酯弹性体主要由 以下原料制备得到： 二异氰酸酯 20-30重量份 多元醇 50-60重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 10-20重量份
[0009] K胶 10-20重量份 扩链剂 1-5重量份 催化剂 1-3重量份；
[0010] 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，所述多 元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物。
[0011] 在本发明中，利用两种特定的二异氰酸酯与两种特定的多元醇反应来制备聚氨酯 弹性体，克服了利用单一的聚醚多元醇或聚酯多元醇与单一的二异氰酸酯反应产生的聚氨 酯弹性体不易对软段和硬段进行控制的缺陷，通过控制特定的二异氰酸酯和两种特定的多 元醇与其他原料的配比关系，可以控制软段和硬段具有合适的比例关系，使其得到的聚氨 酯弹性体具有比较理想的弹性，并且聚甲基丙烯酸甲酯和K胶的加入在进一步提高聚氨酯 弹性体的弹性性能和机械性能的同时，二者协同作用，使得聚氨酯弹性体具有低色度、易着 色的性能。
[0012] 在本发明中，所述二异氰酸酯的用量可以为21重量份、22重量份、23重量份、24重 量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份或29重量份。
[0013] 在本发明中，所述多元醇的用量为51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重 量份、56重量份、57重量份、58重量份或59重量份。
[0014] 在本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的用量可以为11重量份、12重量份、13重量 份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份。
[0015] 在本发明中，所述K胶的用量可以为11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15 重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份。
[0016] 在本发明中，所述扩链剂的用量为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份或5重量 份。
[0017] 在本发明中，所述催化剂的用量可以为1.3重量份、1.5重量份、1.8重量份、2重量 份、2.3重量份、2.5重量份或2.8重量份。
[0018] 优选地，所述热塑性聚氨酯弹性体主要由以下原料制备得到： 二异氰酸酯 25重量份 多元醇 56童量份 聚甲基丙烯酸甲酯 15重量份
[0019] K胶 13重量份 扩链剂 2重量份 催化剂 2重量份。
[0020] 在本发明中，所述二异氰酸酯中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比 为(1-5):1，例如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1，优选(3-4):1。
[0021 ] 优选地，所述多元醇中聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1: (2-8)，例如1: 2、1: 2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5或1:8，优选1:(7-8)。
[0022] 优选地，所述多元醇的数均分子量为3000-5000,例如3000、3300、3500、3800、 4000、4200、4400、4800或5000。
[0023] 优选地，所述扩链剂为乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇或1，5-戊二醇中的任意一 种或至少两种的组合；
[0024]优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月硅酸二丁锡中的任意一种或 至少两种的组合。
[0025] 在本发明中通过控制两种二异氰酸酯的用量配比，以及两种多元醇的用量配比， 并且配合使用聚甲基丙烯酸甲酯和K胶，各组分相互配合，协同作用，使得聚氨酯弹性体具 有良好的弹性，良好的可加工性能，并且聚甲基丙烯酸甲酯和K胶相互配合，协同作用，可以 使得聚氨酯弹性体具有更低色度、更易着色。
[0026] 另一方面，本发明提供了如上所述的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，所述方法 包括以下步骤：
[0027] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在搅拌条件下，真空脱水， 而后在 110-130°C (例如 110°(：、115°(：、118°(：、120°(：、123°(：、125°(：或128°(：)反应1-511(例如 1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4hS4.5h);
[0028] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0029] 优选地，步骤（1)所述真空脱水时的温度为50-70°C，例如53°C、55°C、58°C、60°C、 62°(：、65°(：或68°(：。
[0030] 优选地，步骤（1)所述搅拌的速率为800_1200r/min，例如850r/min、900r/min、 950r/min、1000r/min、1050r/min、1080r/min、1100r/min或1150r/min〇
[0031] 优选地，步骤（1)所述真空脱水时的压力为- 0.3~- O.lkPa，例如-0.31^&、-0·28kPa、-〇·25kPa、-〇·23kPa、-〇·2kPa、-〇·18kPa、-〇·15kPa、-〇·13kPa或-〇·lkPa。
[0032] 优选地，步骤（2)所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120-130°C，例如123°C、124 °C、126 °C 或 128 °C，混合段温度为 140-150 °C，例如 142 °C、144 °C、146 °C 或 148 °C，挤出段温度 为 160-170 °C，例如 162 °C、164 °C、166 °C 或 168 °C，机头温度为 150-160 °C，例如 152 °C、154 °C、 156°C 或 158°C。
[0033] 作为优选技术方案，本发明所述热塑性聚氨酯弹性体的制备方法具体包括以下步 骤：
[0034] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在800-1200r/min转速搅 拌下，于-0.3~-O.lkPa压力下在50-70°C真空脱水，而后在110_130°C反应l_5h;
[0035] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120-130°C，混合段温度为140-150°C，挤出段 温度为160-170°C，机头温度为150-160°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0036] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0037]本发明采用特定的二异氰酸酯以及多元醇，各组分在特定用量配比下，相互作用， 相互协调，使得制备得到的聚氨酯具有良好的机械性能和可加工性能、弹性好，并且聚甲基 丙烯酸甲酯和K胶的加入在进一步提高聚氨酯弹性体的弹性性能和机械性能的同时，二者 协同作用，使得聚氨酯弹性体具有低色度、易着色的性能。本发明制备得到的聚氨酯弹性体 的拉伸强度达到90MPa以上，断裂伸长率达到980%，回弹率达到88%以上，色度为1号-2号， 易于着色。
【具体实施方式】
[0038]下面通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明 了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0039] 实施例1
[0040] 在本实施例中，热塑性聚氨酯弹性体由以下原料制备： 二异氰酸酯 25重量份 多元醇 56重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 15重量份
[0041] K胶 13重量份 扩链剂 2重量份 催化剂 2重量份。
[0042] 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，异佛尔 酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为3:1;所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇 的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:7,所述多元醇的数均分子量为4000。 [0043] 制备方法如下：
[0044] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在1000r/min转速搅拌下， 于-0 · 2kPa压力下在65 °C真空脱水，而后在120 °C反应4h;
[0045] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120°C，混合段温度为140°C，挤出段温度为 160°C，机头温度为150°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0046] 实施例2
[0047] 在本实施例中，热塑性聚氨酯弹性体由以下原料制备：
[0048] 二异氰酸酯 28重量份 多元醇 54重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 10重量份
[0049] κ胶 18重量份 扩链剂 5重量份 催化剂 3重量份。
[0050] 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，异佛尔 酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为4:1;所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇 的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:8,所述多元醇的数均分子量为3000。 [0051 ] 制备方法如下：
[0052] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在800r/min转速搅拌下， 于-0.3kPa压力下在50°C真空脱水，而后在130°C反应lh;
[0053] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为130Γ，混合段温度为150Γ，挤出段温度为 170°C，机头温度为155°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0054] 实施例3
[0055]在本实施例中，热塑性聚氨酯弹性体由以下原料制备： 二异氰酸酯 30重量份 多元醇 50重量份
[0056]聚甲基丙烯酸甲酯 20重量份 K胶 10重量份 扩链剂 1重量份
[0057] 催化剂 2童量份
[0058] 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，异佛尔 酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为1:1;所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇 的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:4,所述多元醇的数均分子量为5000。 [0059] 制备方法如下：
[0060] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在1200r/min转速搅拌下， 于-O.lkPa压力下在70°C真空脱水，而后在110°C反应2h;
[0061] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为125°C，混合段温度为145°C，挤出段温度为 170°C，机头温度为160°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0062] 实施例4
[0063] 在本实施例中，热塑性聚氨酯弹性体由以下原料制备： 二异氰酸酯 2:0重量份 多元醇 60重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 10重量份
[0064] K胶 20重量份 扩链剂 3重量份 催化剂 1重量份。
[0065] 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，异佛尔 酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为5:1;所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇 的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:2,所述多元醇的数均分子量为4000。 [0066] 制备方法如下：
[0067] (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在900r/min转速搅拌下， 于-O.lkPa压力下在50°C真空脱水，而后在130°C反应3h;
[0068] (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机 挤出造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为130°C，混合段温度为150°C，挤出段温度为 170°C，机头温度为150°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
[0069] 对比例1
[0070] 该对比例与实施例1的不同之处仅在于，二异氰酸酯为单独的异佛尔酮二异氰酸 酯，除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0071] 对比例2
[0072] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，二异氰酸酯为单独的甲苯二异氰酸酯，除 此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0073] 对比例3
[0074] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯 的质量比为1:2,除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0075] 对比例4
[0076] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯 的质量比为1:6,除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0077] 对比例5
[0078] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，多元醇为聚醚多元醇，除此之外，其余原 料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0079] 对比例6
[0080] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，多元醇为聚酯多元醇，除此之外，其余原 料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0081 ] 对比例7
[0082] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1: 1，除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0083] 对比例8
[0084] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1: 9,除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0085] 对比例9
[0086]该对比例于实施例1的不同之处仅在于，多元醇的数均分子量为2500,除此之外， 其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0087] 对比例10
[0088]该对比例于实施例1的不同之处仅在于，多元醇的数均分子量为5500,除此之外， 其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0089] 对比例11
[0090] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，聚氨酯弹性体的制备原料中不包括聚甲 基丙烯酸甲酯和K胶，除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。
[0091] 对比例12
[0092] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，聚氨酯弹性体的制备原料中不包括聚甲 基丙烯酸甲酯，K胶的用量为28重量份，除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与 实施例1相同。
[0093] 对比例13
[0094] 该对比例于实施例1的不同之处仅在于，聚氨酯弹性体的制备原料中不包括K胶， 聚甲基丙烯酸甲酯的用量为28重量份，除此之外，其余原料与原料用量以及制备方法均与 实施例1相同。
[0095] 对实施例1-4以及对比例1-13制备得到的聚氨酯弹性体进行性能测试，结果如表1 所示。
[0096] 表 1
[0097]
[0098] 由表1的结果可以看出，本发明制备的聚氨酯弹性体具有很好的弹性和机械性能， 可加工性强。由实施例1与对比例1-10的对比可以看出，二异氰酸酯和多元醇的选择及其用 量配比以及多元醇的分子量对于聚氨酯获得良好的弹性以及机械性能具有重要作用，各组 分相互配合才能获得良好的性能。由实施例1与对比例11-13的对比可以看出聚甲基丙烯酸 甲酯和K胶的加入在进一步提高聚氨酯弹性体的弹性性能和机械性能的同时，二者协同作 用，使得聚氨酯弹性体具有低色度、易着色的性能。
[0099]
【申请人】声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的低色度易着色的热塑性聚氨 酯弹性体及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上 述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产 品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和 公开范围之内。
【主权项】
1. 一种热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体主要由以下原料 制备得到： 二异氰酸酯 20-30重量份 多元醇 50-60重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 10-20重量份 K胶 10-20重量份 扩链剂 1-5重量份 催化剂 1-3重量份； 其中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，所述多元醇 为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物。2. 根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体 主要由以下原料制备得到： 二异氰酸酯 25重量份 多元醇 5&重量份 聚甲基丙烯酸甲酯 15重量份 K胶 13重量份 扩链剂 2重量份 催化剂 2重量份。3. 根据权利要求1或2所述的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述二异氰酸酯中异 佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为(1-5): 1，优选(3-4): 1。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述多元醇中 聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1: (2-8)，优选1: (7-8)。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述多元醇的 数均分子量为3000-5000。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述扩链剂为 乙二醇、1，3_丙二醇、1，4_ 丁二醇或1，5_戊二醇中的任意一种或至少两种的组合； 优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月硅酸二丁锡中的任意一种或至少 两种的组合。7. 根据权利要求1-6中任一项所述的热塑性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所 述方法包括以下步骤： (1)将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在搅拌条件下，真空脱水，而后 在 110-130°C 反应 l-5h; (2)向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机挤出 造粒得到所述热塑性聚氨酯弹性体。8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)所述真空脱水时的温度为50-70 °C； 优选地，步骤（1)所述搅拌的速率为800-1200r/min; 优选地，步骤(1)所述真空脱水时的压力为-0.3~-0. lkPa。9. 根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述双螺杆挤出机的喂料 段温度为120_130°C，混合段温度为140-150°C，挤出段温度为160-170°C，机头温度为150-160。。。10. 根据权利要求7-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： (1) 将二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、催化剂加入容器中，在800-1200r/min转速搅拌下， 于-0.3~-O.lkPa压力下在50-70°C真空脱水，而后在110_130°C反应l_5h; (2) 向步骤（1)的反应物料中加入聚乙烯醇树脂，混合均匀后，利用双螺杆挤出机挤出 造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120_130°C，混合段温度为140-150°C，挤出段温度 为160-170°C，机头温度为150-160°C，挤出造粒后得到所述热塑性聚氨酯弹性体。
【文档编号】B29C47/92GK106009619SQ201610607447
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】何建雄, 王良, 王一良
【申请人】东莞市吉鑫高分子科技有限公司