一種低折射率高透明TPU薄膜及其製備方法與流程

2023-06-23 19:59:06 1

本發明涉及合成材料技術領域，具體涉及一種低折射率高透明tpu薄膜及其製備方法。

背景技術：

tpu(thermoplasticpolyyrethane，熱塑性聚氨脂)是一種新型的有機高分子合成材料，具有優異的性能；例如耐磨性和回彈力都優於普通聚氨酯和pvc，耐老化性優於橡膠，是替代pvc和pu的理想的材料，是國際公認的新型聚合物材料。

熱塑性聚氨脂用途很廣泛，例如可用於鞋類、成衣類、醫藥類、國防用品、運動用品和工業用品材料以及電線電纜外護套材料等，還有如手機按鍵、塑料充氣玩具、床單、桌巾、浴簾、家具用布、圍裙、鋼琴、電腦鍵盤和覆膜面料及內裡材料等其他用途。

目前，市售的tpu材料普遍存在耐熱性差和透明性不足等缺點，長期暴露於高溫環境中很容易發生變質，同時產生黃變現象，影響薄膜的正常使用和功能發揮。例如，cn104262937a公開了一種用於鍵盤膜的高透明tpu薄膜，其按質量百分比含有pp粒子5-20％；tpu顆粒40-80％；環氧樹脂5-20％；無苯環的亞磷酸酯1-5％；馬來酸酐接枝共聚聚丙烯1-5％；紫外線吸收劑1-5％；含氫矽油1-5％。該發明改進了tpu薄膜的透明度和機械性能，但長期暴露在高溫中其透明度急劇下降，機械性能也有所減弱，並發生黃變；因此，一種具有持久高透明度、耐黃變性和高熱穩定性的tpu薄膜是我們研究的重點。

技術實現要素：

鑑於現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種低折射率高透明tpu薄膜及其製備方法。所述高透明指透光率大於98％，所述高熱穩定性指其開始降解的溫度為480℃以上，即在480℃以下都可以保持薄膜性質的穩定。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種高透明和高熱穩定性的tpu薄膜，所述tpu薄膜包括如下重量份的原料：

本發明選用特定比例的聚氧化丙烯多元醇與聚己內酯多元醇，與特定比例的脂環族二異氰酸酯和甲苯二異氰酸酯進行tpu合成反應，在結構上互相協同，生成多元共聚的tpu薄膜，打破分子的對稱性，使分子呈不規則排列，進一步提高其透明度和拉伸強度等機械性能，且相較於現有技術能在保證相同透光率的前提下降低擴鏈劑的使用量。

脂環族二異氰酸酯可以是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、15重量份、15.5重量份、16重量份、16.5重量份、17重量份、17.5重量份或18重量份；甲苯二異氰酸酯可以是7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份、10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份或13重量份；聚氧化丙烯多元醇可以是20重量份、22重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份；聚己內酯多元醇可以是20重量份、22重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份；擴鏈劑可以是1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份或4重量份；消泡劑可以是0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份、0.45重量份、0.5重量份、0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份或0.8重量份；紫外線吸收劑可以是2重量份、2.25重量份、2.5重量份、2.75重量份、3重量份、3.25重量份、3.5重量份、3.75重量份或4重量份；抗黃變劑可以是0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份或1.6重量份；聚四氟乙烯可以是0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份或1.5重量份。

消泡劑、紫外線吸收劑、抗黃變劑和聚四氟乙烯的選擇及其配比能夠使tpu薄膜耐黃變、抗紫外線、透光率高且保持持久的良好透明度，不會因長期氧化等環境因素引起透明度降低。

優選地，所述原料還包括0.2-0.6重量份的納米水滑石，(例如可以是0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份、0.45重量份、0.5重量份、0.55重量份或0.6重量份)和1.2-1.4重量份的硬脂酸鹽(例如可以是1.2重量份、1.22重量份、1.24重量份、1.26重量份、1.28重量份、1.3重量份、1.32重量份、1.34重量份、1.36重量份、1.38重量份或1.4重量份)。納米水滑石和硬脂酸鹽的加入有助於tpu薄膜熱穩定性的提高，另外還能提高tpu薄膜的伸長率和硬度；此外，聚四氟乙烯也能提高熱穩定性。

優選地，所述硬脂酸鹽為硬脂酸鈣、硬脂酸鋇或硬脂酸鎂中的任意一種或至少兩種的組合，例如可以是硬脂酸鈣，硬脂酸鈣和硬脂酸鋇的組合，或硬脂酸鈣、硬脂酸鋇和硬脂酸鎂的組合。

優選地，所述原料還包括0.5-0.9重量份的羥烷基咪唑啉酮(例如可以是0.5重量份、0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份或0.9重量份)、1.5-4.5重量份的聚碳化二亞胺(例如可以是1.5重量份、1.75重量份、2重量份、2.25重量份、2.5重量份、2.75重量份、3重量份、3.25重量份、3.5重量份、3.75重量份、4重量份、4.25重量份或4.5重量份)和3-5重量份的羥基苯甲酮(例如可以是3重量份、3.2重量份、3.4重量份、3.6重量份、3.8重量份、4重量份、4.2重量份、4.4重量份、4.6重量份、4.8重量份或5重量份)。

優選地，所述擴鏈劑為1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇或1,5-戊二醇中的一種或至少兩種的混合物，例如可以是1,3-丙二醇和1,4-丁二醇的混合物，或者1,4-丁二醇、2,3-丁二醇和1,5-戊二醇的混合物，優選為1,4-丁二醇。

作為優選技術方案，所述tpu薄膜包括如下重量份的原料：

優選地，所述tpu薄膜的厚度為0.1-0.5mm，例如可以是0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm，優選為0.2-0.3mm。

第二方面，本發明提供一種如第一方面所述的低折射率高透明tpu薄膜的製備方法，包括以下步驟：

(1)按配方量將所述各組分預先乾燥後混合；

(2)將混合後的各組分經擠出機擠出，得到高透明和高熱穩定性的tpu薄膜。

優選地，步驟(1)所述乾燥的溫度為90-110℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、102℃、104℃、106℃、108℃或110℃。

優選地，步驟(1)所述乾燥的時間為4-8h，例如可以是4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h或8h，優選為5-6h。

優選地，步驟(2)所述擠出機的固體輸送區溫度為260-440℃，例如可以是260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃、430℃或440℃。

優選地，步驟(2)所述擠出機的物料塑化區溫度為180-860℃，例如可以是180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃、660℃、680℃、700℃、750℃、800℃或860℃。

優選地，步驟(2)所述擠出機的熔體輸送區溫度為320-420℃，例如可以是320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃或420℃。

作為本發明優選的技術方案，所述低折射率高透明tpu薄膜的製備方法包括以下步驟：

(1)按配方量將所述各組分預先在90-110℃乾燥4-8h後混合；

(2)設置所述擠出機的固體輸送區溫度為260-440℃，物料塑化區溫度為180-860℃，熔體輸送區溫度為320-420℃，將混合後的各組分經擠出機擠出，得到所述低折射率高透明tpu薄膜。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明的tpu薄膜具有高透明度，透光率大於98％，耐黃變等級達5級以上，即使長期暴露在陽光下或氧氣中亦不易變黃，還具有紫外線吸收功能，解決了現有技術中tpu在使用過程中易變黃和透明度降低的問題；

(2)本發明的tpu薄膜具有熱穩定性，通過幾種穩定劑的復配使其在480℃以下都能保持性質的穩定，不發生熔融現象；

(3)本發明的tpu薄膜還具有優異的機械性能，其中，拉伸強度大於87mpa，彈性模量大於0.6mpa，撕裂強度大於150kg/cm，伸長率大於800％，邵氏硬度為80-100a。

具體實施方式

為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅用於幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。

實施例1

一種低折射率高透明tpu薄膜，採用以下方法製備：

1)原料及配比：

2)製備方法：

①按配方量將所述各組分在90℃乾燥8h，然後混合；

②將混合後的各組分經擠出機擠出，擠出機的固體輸送區溫度為260℃，物料塑化區溫度為180℃，熔體輸送區溫度為320℃。

實施例2

一種低折射率高透明tpu薄膜，採用以下方法製備：

1)原料及配比：

2)製備方法：

①按配方量將所述各組分在110℃乾燥4h，然後混合；

②將混合後的各組分經擠出機擠出，擠出機的固體輸送區溫度為440℃，物料塑化區溫度為860℃，熔體輸送區溫度為420℃。

實施例3

一種低折射率高透明tpu薄膜，採用以下方法製備：

1)原料及配比：

2)製備方法：

①按配方量將所述各組分在100℃乾燥6h，然後混合；

②將混合後的各組分經擠出機擠出，擠出機的固體輸送區溫度為350℃，物料塑化區溫度為520℃，熔體輸送區溫度為370℃。

實施例4

一種低折射率高透明tpu薄膜，採用以下方法製備：

1)原料及配比：

2)製備方法：

①按配方量將所述各組分在90℃乾燥5h，然後混合；

②將混合後的各組分經擠出機擠出，擠出機的固體輸送區溫度為300℃，物料塑化區溫度為300℃，熔體輸送區溫度為340℃。

實施例5

一種低折射率高透明tpu薄膜，採用以下方法製備：

1)原料及配比：

2)製備方法：

①按配方量將所述各組分在100℃乾燥5.5h，然後混合；

②將混合後的各組分經擠出機擠出，擠出機的固體輸送區溫度為330℃，物料塑化區溫度為450℃，熔體輸送區溫度為355℃。

對比例1

與實施例5的區別僅在於：脂環族二異氰酸酯為10重量份。

對比例2

與實施例5的區別僅在於：甲苯二異氰酸酯為5重量份。

對比例3

與實施例5的區別僅在於：省去聚氧化丙烯多元醇。

對比例4

與實施例5的區別僅在於：聚氧化丙烯多元醇為15重量份。

對比例5

與實施例5的區別僅在於：省去聚己內酯多元醇。

對比例6

與實施例5的區別僅在於：聚己內酯多元醇為15重量份。

對比例7

與實施例5的區別僅在於：擴鏈劑為10重量份。

分別將上述各實施例和對比例中製備的tpu薄膜裁剪成25×25mm2的待測試樣品，按照gb/t528-1998(iso37:2005)的方法進行機械性能測試；按照hg/t3689-2001的方法及標準測試其抗黃變等級；將待測試樣品在陽光下直射150天，然後按照gb/t2410-2008的方法測試其透光率，全部測試結果如表1所示。可以看出，實施例1-5的tpu薄膜拉伸強度大於87mpa，彈性模量大於0.6mpa，撕裂強度大於150kg/cm，伸長率大於800％，邵氏硬度為80-100a，透光率98％以上，耐黃變等級為5-6級；而對比例1-7的拉伸強度僅為80mpa以下，彈性模量為0.55mpa以下，撕裂強度為102kg/cm以下，伸長率基本在700％以下，邵氏硬度為69a以下，透光率低於85％，耐黃變等級為2-4級。可見，本發明的各組分之間存在協同作用，省略任一組份或用量不再本發明的範圍內則會導致tpu薄膜的透明度和機械性能顯著降低。

表1

申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的工藝方法，但本發明並不局限於上述工藝步驟，即不意味著本發明必須依賴上述工藝步驟才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明所選用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範圍和公開範圍之內。