[发明专利]一种透明薄膜级热塑性聚氨酯弹性体的制备

说明书

[技术领域]

本发明涉及热塑性聚氨酯弹性体(TPU)技术领域，具体的说是一种透明薄膜级热塑性聚氨酯弹性体的配方和生产工艺。 

[背景技术]

热塑性聚氨酯弹性体英文名称是Thermoplastic Polyurethane，简称TPU，它与浇注型聚氨酯弹性体(CPU)、混炼型聚氨酯弹性体(MPU)是聚氨酯弹性体的三大类型。TPU是一类加热后可以塑化、溶剂可以溶解的聚氨酯弹性体，与浇注型聚氨酯弹性体(CPU)和混炼型聚氨酯弹性体(MPU)相比较，TPU在化学结构上没有或很少有化学交联，其分子链基本上是线性的，但存在一定量的物理交联。 

对TPU研究最早的企业是德国的Bayer公司，然而作为正式商品化的产品都是由美国的Goodrich化学公司(现在叫Lubrizol)于1958年最先推出，商品名称“Estane”。在亚洲，首先学习并生产TPU的是日本，而后我国台湾也于20世纪80年代后期从日本引进技术开始工业化生产。国内从八十年代初开始科技攻关，尤其是21世纪第一个十年，国内科研、生产、设备制造等企业进步明显，但由于TPU技术门槛较高，尽管国内企业在引进国外人才和技术，但与国外大公司相比还是有一定的差距。 

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是由二异氰酸酯和大分子多元醇、扩链剂共同反应生成的线性高分子材料。它在分子组成上以重复氨基甲酸酯基团为特征， 同时含有脲基甲酸酯、缩二脲、及酯键、醚键等其它基团；从分子结构上看，它由刚性链段与柔性链段交替构成，其中刚性链段是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的，柔性链段则是由二异氰酸酯和大分子多元醇反应得到的。这种特殊的分子结构使TPU具有其它各类热塑性弹性不可比拟的优良性能。 

TPU具有优良的耐磨性能，抗撕裂性强，弯曲性能优秀，抗张强度及断裂伸长率高，耐低温-40℃、耐高温120℃以上，长期压缩变形率低，耐油及脂肪族碳氢溶剂，对氧和臭氧有抵抗性耐老化等特性。是介于橡胶和塑料之间的一种新型环保材料，弹性模量介于橡胶和塑料之间，橡胶的弹性模量通常在1～10Mpa，TPU在10～1000Mpa，塑料(尼龙，ABS，PC，POM)在1000～10000Mpa。TPU的硬度范围相当宽，从Shore A 55～Shore D 80并且在整个硬度范围内具有高弹性。 

TPU材料具有极为优越的性能，冲击强度极大，达1000MPa以上；其拉伸强度达50MPa，拉伸伸长率可达500％以上；玻璃化温度达150℃；其磨耗值极低，耐油性好，长期在油中浸泡不变质；弹性好，比橡胶高数倍；其表面光洁度好；耐磨损，耐折断好，TPU的管子可以来回折弯5万次不变形，TPU做鞋底可以折弯2万次不断裂。本发明引进国外先进设备，自动化连续生产，满足工艺要求。 

当然为使TPU制品满足实际使用的要求，技术人员在合成TPU之前要进行原料筛选和分子设计。TPU分子的结构参数包括：软段分子量、软段浓度、硬段分子量、硬段浓度、异氰酸酯指数、TPU的聚合度，这些结构参数确定了，材料的物理机械性能也就基本确定了。 

晶点是薄膜加工上普遍存在的技术难题，对透明薄膜来说，晶点明显影响薄膜的外观，所以显得尤为重要。晶点所造成的废次品，是薄膜工业的一项大 比例损耗。因此控制晶点的产生，消除晶点的成因，是TPU工厂和下游加工企业尤其是薄膜加工企业的重要技术和工艺环节。 

本发明对晶点做过无数次分析验证，“晶点”实际上是“机械杂质”或“过度聚合物”。“机械杂质”一般由TPU制造和加工过程中带入，做好制程管理和清理工作即可改善；“过度聚合物”一般是指MDI二聚或多聚体、或者是副反应产生的脲、缩二脲等高熔点分子，在薄膜加工时，晶点部位的聚合物不能与周围的同种聚合物相互均匀分散混合而过早结块硬化，因此会在薄膜表面形成粒状或箭头状斑痕，行业上习惯称之为“晶点”。 

晶点产生原因主要归纳如下： 

(1)机械杂质的带入。所以制程管理上要做好定期清理。本发明未作详细叙述。 

(2)聚合物中残留的催化剂。本发明优选钛系和铋系的环保型催化剂，提高反应效率降低催化剂残留。 

(3)聚合物低分子或熔体粘滞于生产设备钢铁表面，导致的过度聚合或碳化而产生的晶点。本发明优选润滑剂体系，包括在润滑剂的选择和添加方式上创新。