本發明屬于高分子材料領域，涉及一種tpu薄膜及其制備方法，尤其涉及一種無鹵阻燃tpu薄膜及其制備方法。

背景技術：

熱塑性聚氨酯(tpu)是一種由硬段和軟段組成的具有塑性和彈性為一體的嵌段型聚合物。tpu已經廣泛的應用在工業和日常生活中，例如膠粘劑、涂料、復合材料和生物醫學材料等領域。雖然tpu具有如眾多的優良性能，但是隨著科學技術的發展，在一些領域，例如電器領域，對tpu薄膜的阻燃性能提出了更高的要求。

目前常采用在tpu原料中加入阻燃劑的方式來提高tpu薄膜的阻燃性能，但是常用含鹵阻燃劑在產品處于高溫或燃燒時會產生有害化學物質，污染環境，對人體和動物的健康也具有危害。并且為了提高阻燃效果，通常阻燃劑的加入量也不小，可能會影響tpu薄膜的其他性能的改變，因此，在本領域，如何在使用較少量阻燃劑的同時得到一種阻燃性能良好且具有良好綜合性能的環保tpu薄膜是本領域亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種tpu薄膜及其制備方法。特別是提供一種無鹵阻燃tpu薄膜及其制備方法。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種無鹵阻燃tpu薄膜，所述tpu薄膜的原料包括以下重量份的組分：

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述tpu顆粒的用量為70-90重量份，例如70重量份、72重量份、75重量份、78重量份、80重量份、83重量份、85重量份、88重量份或90重量份。

優選地，所述tpu顆粒為聚酯型tpu顆粒和/或聚醚型tpu顆粒。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述環氧樹脂的用量為10-20重量份，例如10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份。

優選地，所述環氧樹脂為雙酚a型環氧樹脂、溴化雙酚a型環氧樹脂或酚醛型環氧樹脂中的一種或至少兩種的混合物。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述聚碳化二亞胺的用量為15-25重量份，例如15重量份、17重量份、19重量份、20重量份、22重量份、、24重量份或25重量份。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述尼龍纖維的用量為5-10重量份，例如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。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述有機硅的用量為2-8重量份，例如2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份或8重量份。

優選地，所述有機硅為硅脂、硅乳液、硅橡膠、硫化硅橡膠或硅樹脂中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，所述有機硅為聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷或聚倍半硅氧烷中的任意一種或至少兩種的組合。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述磷酸三丁酯的用量為1-5重量份，例如1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述雙酚s的用量為1-5重量份，例如1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述玻璃纖維的用量為10-15重量份，例如10重量份、10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份、14.5重量份或15重量份。

在本發明所述的無鹵阻燃tpu薄膜的原料中，所述抗氧劑的用量為1-5重量份，例如1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。

優選地，所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑264、抗氧劑tpp或抗氧劑tnp中的任意一種或至少兩種的混合物。

在本發明中尼龍纖維和玻璃纖維相互混合使用，在增強tpu薄膜的機械性能上具有一定的協同作用。并且在本發明中，有機硅與磷酸三丁酯以及雙酚s協同作用增強tpu薄膜的阻燃性能，在本發明限定的有機硅與磷酸三丁酯以及雙酚s的用量范圍內，能夠保證tpu薄膜具有良好的阻燃性能，而如果二者中有一者含量過少，則不利于其協同效果的發揮，使得tpu薄膜的阻燃性能有所降低，而為了解決成本二者的用量也不宜過高。

另一方面，本發明提供了如第一方面所述的無鹵阻燃tpu薄膜的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將tpu顆粒、環氧樹脂、聚碳化二亞胺、尼龍纖維、有機硅、磷酸三丁酯、雙酚s、玻璃纖維以及抗氧劑混合均勻；

(2)將步驟(1)得到的混合物擠出得到所述無鹵阻燃tpu薄膜。

在本發明所述無鹵阻燃tpu薄膜的制備方法中，在步驟(1)所述混合前將tpu顆粒、環氧樹脂、聚碳化二亞胺、尼龍纖維、有機硅、磷酸三丁酯、雙酚s、玻璃纖維以及抗氧劑進行預先干燥，所述干燥溫度為70-90℃，例如70℃、72℃、75℃、78℃、78℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃，干燥時間為1-4h，例如1h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h。

在本發明所述無鹵阻燃tpu薄膜的制備方法中，步驟(2)所述擠出利用流延機擠出。

優選地，所述流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為180-220℃；濾網溫度為160-210℃；彎頭溫度為170-190℃；連接溫度為170-190℃；模頭溫度為190-220℃。

作為本發明的優選技術方案，本發明所述無鹵阻燃tpu薄膜的制備方法包括以下步驟：

(1)將tpu顆粒、環氧樹脂、聚碳化二亞胺、尼龍纖維、有機硅、磷酸三丁酯、玻璃纖維以及抗氧劑預先在70-90℃下干燥1-4h，混合均勻；

(2)將步驟(1)得到的混合物經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為180-220℃；濾網溫度為160-210℃；彎頭溫度為170-190℃；連接溫度為170-190℃；模頭溫度為190-220℃，得到所述無鹵阻燃tpu薄膜。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明利用70-90重量份tpu顆粒、10-20重量份環氧樹脂、15-25重量份聚碳化二亞胺、5-10重量份尼龍纖維、2-8重量份有機硅、1-5重量份磷酸三丁酯、1-5重量份雙酚s和10-15重量份玻璃纖維以及1-5重量份抗氧劑制備得到無鹵阻燃tpu薄膜，該tpu薄膜的阻燃性達到v-0級，耐熱性良好，彈性模量為37-45mpa，具有良好的彈性，斷裂伸長率為575-625％，拉伸斷裂應力為62.4-68.8mpa，力學性能良好，安全環保，并且制備方法簡單，具有很好應用前景。

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，由以下原料制備tpu薄膜：

制備方法如下：

將上述各原料成分預先在80℃下干燥4h，混合均勻，經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為180℃；濾網溫度為160℃；彎頭溫度為170℃；連接溫度為180℃；模頭溫度為220℃，得到tpu薄膜。

實施例2

在本實施例中，由以下原料制備tpu薄膜：

制備方法如下：

將上述各原料成分預先在90℃下干燥2h，混合均勻，經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為230℃；濾網溫度為210℃；彎頭溫度為190℃；連接溫度為190℃；模頭溫度為200℃，得到tpu薄膜。

實施例3

在本實施例中，由以下原料制備tpu薄膜：

制備方法如下：

將上述各原料成分預先在85℃下干燥3h，混合均勻，經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為190℃；濾網溫度為160℃；彎頭溫度為180℃；連接溫度為170℃；模頭溫度為190℃，得到tpu薄膜。

實施例4

在本實施例中，由以下原料制備tpu薄膜：

制備方法如下：

將上述各原料成分預先在70℃下干燥4h，混合均勻，經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為220℃；濾網溫度為180℃；彎頭溫度為190℃；連接溫度為190℃；模頭溫度為220℃，得到tpu薄膜。

實施例5

在本實施例中，由以下原料制備tpu薄膜：

制備方法如下：

將上述各原料成分預先在90℃下干燥1h，混合均勻，經流延機擠出，流延機的各段溫度設置如下：料筒溫度為180℃；濾網溫度為160℃；彎頭溫度為190℃；連接溫度為190℃；模頭溫度為190℃，得到tpu薄膜。

對比例1

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括有機硅和磷酸三丁酯和雙酚s，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例2

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括有機硅，磷酸三丁酯的用量為5重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例3

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括有機硅，雙酚s的用量為4重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例4

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括磷酸三丁酯，有機硅的用量為5重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例5

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括磷酸三丁酯，雙酚s的用量為5重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例6

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括雙酚s，磷酸三丁酯的用量為5重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例6

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中不包括雙酚s，有機硅的用量為4重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例7

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中有機硅的用量為1重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例8

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料磷酸三丁酯的用量為0.5重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例9

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料不包括尼龍纖維和玻璃纖維，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例10

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料不包括尼龍纖維，玻璃纖維的用量為20重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例11

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料不包括玻璃纖維，尼龍纖維的用量為20重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例12

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中尼龍纖維的用量為3重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例13

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中尼龍纖維的用量為13重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例14

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中玻璃纖維的用量為8重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例15

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中玻璃纖維的用量為18重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例16

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中tpu顆粒的用量為67重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例17

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中環氧樹脂的用量為22重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例18

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中環氧樹脂的用量為7重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例19

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中聚碳化二亞胺的用量為12重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對比例20

該對比例與實施例1不同之處僅在于制備tpu薄膜的原料中聚碳化二亞胺的用量為28重量份，其余原料與原料用量以及制備方法和條件均與實施例1相同。

對實施例1-5制備的tpu薄膜以及對比例1-20制備的tpu薄膜的性能進行測定，測試方法如下：

(1)阻燃性能測試：根據ul94阻燃等級測試標準進行測試。(2)耐熱性測試：根據gb/t1035-1970進行測試。

(2)復合薄膜力學性能測試：根據國家標準gb13022-91，在萬能試驗機上進行力學性能測試。

以上性能測試的結果如表1所示：

表1

由表1可以看出，本發明制備的tpu薄膜阻燃性達到v-0級，耐熱性良好，彈性模量為37-45mpa，具有良好的彈性，斷裂伸長率為575-625％，拉伸斷裂應力為62.4-68.8mpa，力學性能良好。

當tpu薄膜的制備原料中不加入有機硅和磷酸三丁酯時(對比例1)，制備得到的tpu薄膜阻燃性僅能達到v-2級，當加入有機硅和磷酸三丁酯中的任一者，而不加入另一種時，并且提高另一種的用量使其等于實施例1中有機硅和磷酸三丁酯的用量之和時(對比例2和3)，雖然能夠在一定程度上提高阻燃性能，但是也僅能達到v-1級，因此證明有機硅和磷酸三丁酯在提高阻燃性能上具有協同作用。

當tpu薄膜的制備原料中尼龍纖維和玻璃纖維時(對比例6)，tpu薄膜的耐熱性、彈性以及力學性能均顯著低于實施例所得tpu薄膜，當加入尼龍纖維和玻璃纖維中一者，并提高另一者的用量，使其用量等于實施例1中尼龍纖維和玻璃纖維用量之和時(對比例7和8)，雖然耐熱性、彈性以及力學性能均有所提高，但是并不顯著，因此，在本發明中尼龍纖維和玻璃纖維在提高tpu薄膜的彈性、耐熱性以及力學性能方面具有協同效果。

此外，本發明的各組分之間相互配合才能得到各方面性能均比較優異的tpu薄膜，而當其中的某種組分過多或過少時(例如對比例4-5和對比例9-17)，均會或多或少地影響tpu薄膜的各性能。

申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的無鹵阻燃tpu薄膜及其制備方法，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。