[发明专利]含聚酯和聚醚二醇结构单元的热塑性聚氨酯

说明书

技术领域

本发明涉及具有有益物理性能组合的改进的热塑性聚氨酯(TPU’s)，其优选为弹性体，优选为透明的并包含由含有特定环氧乙烷含量的适量聚酯二醇和适量聚醚二醇的组合形成的结构单元。

背景技术

如本领域已知的，通过使二异氰酸酯化合物、聚二醇和双官能团增链剂反应来制备TPU’s。在本文中，除非另有明确限定或上下文单独指出二醇的尿烷产物和增链剂只具有羟基活性部分，术语TPU也指某种程度上较差优选的热塑性聚氨酯脲，或通过使二异氰酸酯化合物与代替含羟基增链剂化合物或除含羟基增链剂化合物之外另加的胺反应制得的“TPUU’s”。

在美国专利(USP)4,124,572中，使用含25至60重量％聚(环氧乙烷)的聚酯多元醇和聚醚多醇制备TPU弹性体以改善抗拉性能和注射成型性。然而，并没有公开有关改善这些TPU′s的防潮性和光学/光透射性能的内容，并且总希望改善TPU′s的物理和光学透明性能的组合，包括最小化吸水性和湿态强度。

发明内容

本发明提供一种改进的热塑性聚氨酯(TPU)，包括：a.)以总的TPU计约30至约55重量％的硬链段，所述硬链段包括结构单元：(i)二异氰酸酯和(ii)增链剂；b.)以总TPU计约45至约70重量％的软链段，所述软链段包括结构单元(i)聚酯二醇，分子量为约300至约8,000、含量以TPU软链段总重量计为约20至约80重量％，和(ii)聚(氧化丙烯)-聚(环氧乙烷)乙二醇聚醚二醇，分子量为约500至约8,000、含量以TPU软链段总重量计为约20至约80重量％，其中氧乙烯基含量以聚醚二醇总重量计小于25重量％；其中“指数”为约0.95至约1.10，并且优选为约0.99至约1.08。

在本发明一个优选的方面，TPU硬链段以总TPU计为约35至约50％，另外，其包括结构单元：4，4’-二异氰酸二苯甲烷作为二异氰酸酯，以及1，4-丁二醇作为增链剂。在其它可独立选择的优选实施方案中，软链段包括以TPU软链段总重量计约30至约70重量％的聚酯二醇，并且聚酯二醇是分子量为约1500至约3,000的聚己酸内酯二醇。在有关聚醚二醇的进一步优选的可独立选择的实施方案中，其分子量为约1,500至约2,500，其氧乙烯基含量为约5至约20重量％；和/或其为聚(氧化丙烯)乙二醇与环氧乙烷反应以提供“封端”或“端接”于二醇每一端的氧乙烯基嵌段。

在本发明优选的TPU’s中，肖氏A硬度在约60至约98的范围内，并且更优选在约70至约90的范围内。在其它的实施方案中，发明为注射成型制品(包括鞋底)或挤塑薄膜。

在本发明改进的TPU’s中，聚酯二醇组分提供有利的耐热和耐水解性能的组合以使聚合物与其它基于含有更多EO的聚酯/聚醚二醇掺合物的相似TPU′s相比具有良好的部分成型时间、较少的平衡水吸收以及因而更稳定的物理性能。此外，使用具有最小环氧乙烷含量的聚醚二醇优选提供透明的TPU，并保持与那些仅由较昂贵的聚(丁二醇)(PTMEG)、聚丁烯己二酸盐或聚己酸内酯的二醇组分得到的物质相似的耐热、耐湿和耐化学性、快速成型时间和抗拉性能。

如本文和本技术领域通常使用的，当称TPU’s“包括”或“包含”一定量的反应组分或其结构单元(例如二异氰酸酯、二醇和增链剂)时，其指TPU包含以聚合形式存在的反应产物或反应物的残余物。

如本领域技术人员已知的，TPU’s的两个主要组分称为硬链段和软链段。“硬链段”是二异氰酸酯和增链剂组分的组合，“软链段”是TPU的剩余，并且在本发明中是二醇混合物组分。在本发明的TPU’s中，以硬链段和软链段的总重量计，硬链段优选包括聚合物的至少约30重量％(wt％)，和软链段优选至少约35wt％，更优选至少约40wt％。在本发明的TPU’s中，希望链段包括至多并包括约55wt％，优选包括至多并包括约50wt％。

适用于制备本发明TPU’s的硬链段的二异氰酸酯是现有技术中熟知的并且包括芳香族、脂肪族和脂环族二异氰酸酯及其组合。衍生自二异氰酸酯(-OCN-R-NCO-)的结构单元由下述化学式表示：