本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種新型tpu合金材料及其制備方法。

背景技術：

熱塑性聚氨酯(tpu)是一種新型的有機高分子合成材料，其具有優異的物理性能，例如耐磨性，回彈力都好過普通聚氨酯和pc，耐老化性好過橡膠，可以說是替代pc和pu的最理想的材料。然而在熱塑性聚氨酯的制備過程中需要調控其硬段與軟段比例才能保證熱塑性聚氨酯具有優良的綜合性能，在本領域如何調控聚氨酯的硬段與軟段比例對于提高聚氨酯的性能改善具有重要作用。

聚碳酸酯(pc)是一種綜合性能優異的工程塑料，它具有較高的尺寸穩定性，良好的電絕緣性和耐蠕變性等，被廣泛運用于機械和電子等行業。但雙酚a型聚碳酸酯由于分子鏈中含有苯環，分子鏈顯剛性，使它熔體粘度較大加工不方便、易于應力開裂和缺口沖擊敏感，它還存在耐溶劑性差和耐磨性差。

在本領域中，如果能夠將tpu和pc結合起來制成一種性能優異的合金材料，兼顧pc和tpu的優點，對于擴大聚氨酯和聚碳酸酯材料的應用具有重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種新型tpu合金材料及其制備方法。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種tpu合金材料，所述tpu合金材料的原料包括以下成分：

在本發明中利用異氰酸酯與加入聚碳酸酯粉的多元醇反應來制備得到tpu/pc合金材料，利用聚碳酸酯的優異性能來改善tpu的力學性能、光熱穩定性、tpu的耐老化性能，使得合金材料兼具tpu和pc的優點，具有良好的拉伸性能，良好的韌性、耐磨性、耐候性、耐腐蝕性、低溫抗沖擊性能、耐溶劑性，綜合性能優異。

在本發明中，所述二異氰酸酯的用量可以為40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份或50重量份。

在本發明中，所述多元醇的用量可以為45重量份、46重量份、48重量份、50重量份、52重量份、54重量份、56重量份、57重量份、58重量份或60重量份。

在本發明中，所述聚碳酸酯粉的用量可以為10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或30重量份。

在本發明中，所述擴鏈劑的用量可以為3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、8重量份、10重量份、12重量份、13重量份、14重量份或15重量份。

在本發明中，所述催化劑的用量可以為1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.8重量、2重量份、2.5重量份、3重量份、4重量份或5重量份。

在本發明中，所述抗氧化劑的用量可以為0.5重量份、0.8重量份、1.0重量份、1.5重量份、2.0重量份、3.0重量份、4.0重量份或5.0重量份。

在本發明中，所述相容劑的用量可以為1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份或10重量份。

優選地，所述tpu合金材料的原料包括以下成分：

優選地，所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，所述多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物。

在本發明中選擇兩種特定的二異氰酸酯和兩種多元醇相互配合，克服了利用單一的聚醚多元醇或聚酯多元醇與單一的二異氰酸酯反應產生的聚氨酯彈性體不易對軟段和硬段進行控制的缺陷，本發明選用上述原料，在所述用量下可以很好地控制軟段和硬段，使其得到的聚氨酯彈性體具有比較理想的強度和柔韌性。

優選地，所述二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為(5-8):1，例如5:1、5.3:1、5.5:1、5.8:1、6:1、6.3:1、6.5:1、7:1、7.3:1、7.5:1、7.8:1或8:1。該兩種特定二異氰酸酯相互配合使用，可以更好地調節熱塑性聚氨酯的耐磨性以及柔韌性，在所述質量比例下，二者協同使得熱塑性聚氨酯具有良好的拉伸強度以及耐磨性。

優選地，所述聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為(1-3):1，例如1:1、1.3:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.3:1、2.5:1、2.8:1或3:1。

優選地，所述多元醇的數均分子量為500-5000，例如500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000或5000，優選1000-2000。

在本發明中，所述擴鏈劑為乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，所述催化劑為辛酸亞錫、二辛酸二丁基錫或二月桂酸二丁基錫中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，所述相容劑包括聚碳酸酯聚氨酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一種。

另一方面，本發明提供了如上所述的tpu合金材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在攪拌條件下，真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。

優選地，步驟(1)所述真空脫水時的溫度為70-80℃，例如70℃、72℃、75℃、78℃或80℃。

優選地，步驟(1)所述攪拌的速率為300-1000r/min，例如300r/min、400r/min、500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min或1000r/min。

優選地，步驟(1)所述真空脫水時的壓力為-0.3～-0.1kpa，例如-0.3kpa、-0.28kpa、-0.25kpa、-0.23kpa、-0.2kpa、-0.18kpa、-0.16kpa、-0.14kpa、-0.12kpa或-0.1kpa。

優選地，步驟(2)所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為120-140℃，例如122℃、125℃、128℃、130℃、133℃、135℃、138℃或140℃，混合段溫度為130-150℃，例如132℃、135℃、138℃、140℃、143℃、145℃或148℃，擠出段溫度為180-200℃，例如182℃、185℃、188℃、190℃、193℃、195℃或198℃，機頭溫度為150-160℃，例如153℃、155℃、158℃或160℃。

作為優選技術方案，本發明所述的熱塑性聚氨酯的制備方法具體包括以下步驟：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在500-800r/min攪拌條件下，在-0.3～-0.1kpa壓力下，70-80℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為120-140℃，混合段溫度為130-150℃，擠出段溫度為180-200℃，機頭溫度為150-160℃。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

在本發明中利用異氰酸酯與加入聚碳酸酯粉的多元醇反應來制備得到tpu/pc合金材料，利用聚碳酸酯的優異性能來提升tpu材料的綜合性能，明顯提高了tpu材料的力學性能，改善了tpu的光熱穩定性、耐老化性能、耐候性等，使得合金材料兼具tpu和pc的優點；且制備方法可以采用雙螺桿共混擠出工藝造粒一次性完成，工藝簡單，生產效益高。本發明的tpu合金材料的拉伸強度達到60-68mpa，斷裂伸長率達到550-583％，耐腐蝕性、耐磨性以及在日光暴曬下的耐老化性良好。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。

實施例1

在本實施例中，由以下原料成分來制備tpu合金材料：

其中所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為6:1；多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為2:1，并且多元醇的數均分子量為2000，所述擴鏈劑為乙二醇，所述催化劑為辛酸亞錫。

制備方法如下：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在500r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、80℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為120℃，混合段溫度為130℃，擠出段溫度為180℃，機頭溫度為160℃。

實施例2

在本實施例中，由以下原料成分來制備tpu合金材料：

其中所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為7:1；多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為3:1，并且多元醇的數均分子量為2000，所述擴鏈劑為乙二胺，所述催化劑為二辛酸二丁基錫。

制備方法如下：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在1000r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、70℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為140℃，混合段溫度為150℃，擠出段溫度為180℃，機頭溫度為160℃。

實施例3

在本實施例中，由以下原料成分來制備tpu合金材料：

其中所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為5:1；多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為1:1，并且多元醇的數均分子量為1000，所述擴鏈劑為1,3-丙二醇，所述催化劑為二月桂酸二丁基錫。

制備方法如下：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在600r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、75℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為140℃，混合段溫度為130℃，擠出段溫度為200℃，機頭溫度為160℃。

實施例4

在本實施例中，由以下原料成分來制備tpu合金材料：

其中所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為8:1；多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為2:1，并且多元醇的數均分子量為1500，所述擴鏈劑為1,4-丁二醇，所述催化劑為辛酸亞錫。

制備方法如下：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在1000r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、80℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為140℃，混合段溫度為140℃，擠出段溫度為190℃，機頭溫度為150℃。

實施例5

在本實施例中，由以下原料成分來制備tpu合金材料：

其中所述二異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為7:1；多元醇為聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為3:1，并且多元醇的數均分子量為5000，所述擴鏈劑為乙二醇，所述催化劑為辛酸亞錫。

制備方法如下：

(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇、聚碳酸酯粉及相容劑加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在1000r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、70℃溫度條件下真空脫水；

(2)將步驟(1)中的原料抽注到雙螺桿擠出機中，在雙螺桿擠出機中反應、造粒，得到所述tpu合金材料。其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為140℃，混合段溫度為150℃，擠出段溫度為190℃，機頭溫度為160℃。

對比例1

該對比例與實施例1的不同之處僅在于，tpu合金材料的原料中二異氰酸酯為單獨的二苯基甲烷二異氰酸酯，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例2

該對比例與實施例1的不同之處僅在于，二異氰酸酯為單獨的異佛爾酮二異氰酸酯，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例3

該對比例與實施例1的不同之處僅在于，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為4:1，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例4

該對比例與實施例1的不同之處僅在于，二苯基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的質量比為9:1，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例5

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，多元醇為單獨的聚醚多元醇，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例6

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，多元醇為單獨的聚酯多元醇，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例7

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為2:1，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例8

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，聚醚多元醇和聚酯多元醇的質量比為5:1，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例9

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，多元醇的數均分子量為400，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例10

該對比例于實施例1的不同之處僅在于，多元醇的數均分子量為6000，除此之外，其余原料與原料用量以及制備方法均與實施例1相同。

對比例11

該對比例中，所述tpu合金材料的原料組分及其用量均勻實施例1相同，區別僅在于，其制備方法為：(1)將二異氰酸酯加入到a儲料罐中，將多元醇加入到b儲料罐中，擴鏈劑、催化劑以及抗氧化劑加入到c儲料罐中，在800r/min攪拌條件下，在-0.3kpa壓力、80℃溫度條件下真空脫水；將原料抽注到雙螺桿擠出機中，利用雙螺桿擠出機反應、造粒，制備tpu材料；

(2)而后將tpu材料與聚碳酸酯粉共混，利用雙螺桿擠出機擠出造粒得到tpu合金材料，其中所述雙螺桿擠出機的喂料段溫度為120℃，混合段溫度為130℃，擠出段溫度為180℃，機頭溫度為160℃。

對實施例1-5以及對比例1-11制備得到的tpu合金材料進行性能測試，根據gb/t1040.3-2006測試拉伸強，根據gb/t1040.1-2006測試斷裂伸長率，根據gb/t11547-2008測試耐腐蝕性，eniso877-1996測試日光暴曬下的耐老化性能，根據astmd1242-1995測試耐磨性，結果如表1所示。

表1

由表1可知本發明制備得到的tpu合金材料的拉伸強度達到60-68mpa，斷裂伸長率達到550-583％，耐腐蝕性、耐磨性以及在日光暴曬下的耐老化性良好。

而當tpu合金材料的原料中二異氰酸酯為單獨的二苯基甲烷二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯時(對比例1-2)以及二者的比例過小或過大時(對比例3-4)；當tpu合金材料的原料中多元醇為單獨的聚醚多元醇或單獨的聚酯多元醇(對比例5-6)或者二者的質量比過小或過大(對比例7-8)時，均會影響到合金材料的機械性能以及耐磨性、耐腐蝕性以及耐老化性能，當多元醇的數均分子量過小或過大時也會影響材料的斷裂伸長率。

而當tpu合金材料制備過程中是先制備得到tpu材料，而后通過共混的方式混合pc，進而擠出得到合金材料時，材料在性能的改進上并不明顯。

申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的tpu合金材料及其制備方法，但本發明并不局限于上述實施例，即不意味著本發明必須依賴上述實施例才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。