[发明专利]软质热塑性聚氨酯弹性体及其制备和使用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及容易脱模的软质热塑性聚氨酯弹性体模塑组合物。这些热塑性聚氨酯的特点是冷硬化程度低、机械性能佳和肖氏A硬度为45-80。本发明还涉及生产和使用这些可热塑性加工的聚氨酯弹性体的方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为人所知已有很长一段时间了。由于它们具有高品质机械性能、廉价和热塑性加工性，它们在工业上具有重要性。用各种化学结构组分可以获得各种机械性能。有关TPU、其性能和应用的综述参见例如Kunststoffe68(1978)，819或Kautschuk，Gummi，Kunststoffe 35(1982)，568。

TPU通常由直链多元醇(一般为聚酯或聚醚型多元醇)、有机二异氰酸酯和短链二醇(链延长剂或增链剂)合成。还可以添加催化剂来加速合成反应。为了调节性能，结构组分摩尔比可以在相对宽的范围内变化。已经证明多元醇与链延长剂/增链剂的摩尔比为1∶1-1∶12是合适的。用这些的比率得到产物的特点是硬度范围在肖氏A80-肖氏D75之间。

TPU的硬度主要由硬段(由链延长剂/增链剂与异氰酸酯基团反应形成)与软段(由多元醇与异氰酸酯基团反应形成)的比率决定。如果减少硬段的量到低于生产肖氏A80 TPU所需的量，得到的产物发粘、固化差，表现为当注射成型时脱模性差，并表现出剧烈收缩。用这类TPU无法保证经济上可接受的注射成型周期时间。

此外，在稍低于室温时发生的初期软段结晶常导致硬度显著增加。这种随时间或当置于室温以下的温度时而发生的硬度增加会使已为柔软性和挠性而设计的部件的可利用性和价值变差。

加拿大专利第1257946号讲述使用特定的邻苯二甲酸酯和磷酸酯增塑剂来生产肖氏A硬度在60-80的TPU。然而，这些增塑TPU具有例如增塑剂渗出以及后硬化和气味问题的缺点。当这些增塑TPU与硬质热塑性塑料接触时会发生应力开裂。

美国专利第6,218,479号描述了肖氏A硬度范围在76-84的低收缩软质聚氨酯模塑组合物。通过将肖氏A65-85TPU(“TPU A”)和肖氏A76-90TPU(“TPU B”)混合来制备这些组合物。通过使多元醇和二异氰酸酯以NCO∶OH比率为2.0∶1-5.0∶1来反应制备较硬的TPU B，从而减少混合物的收缩并获得较佳尺寸精度。该方法限于对范围在低于肖氏A75的非常低的肖氏A值有作用。

美国专利第6,538,075号中，在挤出机的第一部分，使预先制备的肖氏D硬度为30-80的TPU降解，同时添加低分子量二醇形成大的硬段嵌段。然后在挤出机的第二部分通过添加异氰酸酯、多元醇和催化剂形成新的软质TPU。这些TPU具有良好的机械性能值，磨损减少。所述的制备方法很难理解，因而极难以可控方式保持TPU性能。此外，在注射成型加工中TPU的脱模性不是特别好。

美国专利6,790,916描述了制备容易脱模的肖氏A硬度为45-65的TPU的三步方法。在所述方法中，酯基TPU由基于由至少两种不同多元醇的混合物与一种或多种二羧酸反应获得的聚酯型多元醇的异氰酸酯封端预聚物制备。还描述了由基于至少两种聚酯型多元醇混合物的异氰酸酯封端预聚物制备的TPU。将混合酯或多元醇混合物用于该三步法由于复杂和成本高而并不是优选方法。而且，这类预聚物的粘度通常相当高，本来就更难控制终产物TPU的性能。

美国专利5,780,573涉及基于官能度为每个分子有2.01-2.08个羟基，结晶焓小于或等于70J/g的聚酯型多元醇的TPU。这个公开说明书讲述了官能度在2.01-2.08范围以外的聚酯型多元醇制备的TPU是劣质的、不适合用于聚氨酯纤维和成型制品。

发明内容

本发明目的是提供肖氏A硬度值约为45-80的非常软的TPU，它(1)容易脱模，(2)表现出极佳的机械性能和(3)置于冷的温度后基本不硬化。

本发明的另一目的是提供制备肖氏A硬度值约为45-80的非常软的TPU的方法，它(1)容易脱模，(2)表现出极佳的机械性能和(3)置于冷的温度后基本不硬化。

本领域技术人员容易看出的这些和其它目的是通过用至少一种不具有醚基的二醇制得的聚酯型多元醇来制备TPU而实现的，所述聚酯型多元醇中每个酯基平均具有至少0.40个侧链碳原子。

具体实施方式