[发明专利]一种生物基防水透湿热塑性聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯的加工制备领域，特别是涉及一种生物基防水透湿 热塑性聚氨酯树脂及其制备方法。

背景技术

生物基材料是指利用可再生物质，包括农作物、树木、其他植物及其 残体和内含物为原料，通过生物、化学以及物理等方法制造的一类新材料。 其不依赖于石油资源，并且加工技术多为绿色低碳，是近几年新兴的绿色 化学工业。生物基材料不仅能满足工业和消费者的需求，在部分领域能完 全替代石油化学工业产品，不仅绿色环保，也是人类的可持续发展的必经 之路。

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一类可重复加工利用的热塑性弹性体， 其具有优良的机械性能，还具有弹性好，耐油，耐老化、耐磨等性能优异。 其具有橡胶的弹性和塑料的加工性能，近几年来发展迅速，在诸多领域都 得到了广泛的应用，如航天、军工、民品、工业零部件、矿产开采、建筑、 医疗等各个领域。凭借性能和环保优势，热塑性聚氨酯弹性体在薄膜领域 逐步实现对PVC等材料的替代，市场份额正不断扩大。同时由于热塑性聚 氨酯结构设计的千变万化，可以赋予其各种不同的性能来满足不同客户的 使用需求。

随着人们生活水平的提高，以及各种形式的户外活动的开展，在服装 和户外用品等行业对于材料的防水性和透气性都有一定要求。防水透湿的 机理为微孔型和无孔型。微孔透气技术是通过控制薄膜的微孔直径介于水 滴和湿气之间来达到防水透湿的作用的，目前主要是以微孔聚四氟乙烯为 典型代表。但聚四氟乙烯产品加工非常困难，且原材料成本很高，目前仅 限于应用在一些高端品牌装备上；无孔型产品目前主要是采用聚氨酯浆料 和PVC浆料，但这两种浆料所制备的透湿层的强度低，且透湿性能较差， 穿着时间长后，未透过的湿气量不断增大，穿着舒适度会不断变差，同时 聚氨酯浆料和PVC浆料均采用溶剂法生产，生产过程中会排放大量的有机 溶剂，一则污染环境，二则对工人身体健康造成损害，且大量增塑剂和加 工助剂的使用，对环境和人体的危害会更大。

“可呼吸”TPU薄膜是近些年新兴起的概念，主要是利用具有特殊化学结 构的防水透湿型热塑性聚氨酯弹性体，通过流延、压延或吹塑等方式加工 成薄膜后，再与织物基层热复合，制备成既能防水、又高透湿的无孔型“可 呼吸”面料。由于热塑性聚氨酯弹性体由硬链段和软链段组成，沿着大分子 链交替排列。硬段为结晶相，具有疏水性，能阻止水滴的通过，起到防水 的作用；特殊结构的软缎为亲水性，允许水蒸气大分子通过，通过薄膜两 侧的水蒸气压差达到透湿的作用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种生物基防水透湿热塑性聚氨酯树脂及其制 备方法，使其不仅具有防水透湿的效果，而且更加绿色环保，对人体和环 境均无污染。

为解决上述问题，本发明提供一种生物基防水透湿热塑性聚氨酯树脂， 包括二元醇、扩链剂和异氰酸酯，所述的二元醇的分子量为600-4000 g/mol，所述的二元醇包括20％-100％的生物基二元醇，其中所述的二元醇 为40％-70％，扩链剂2-15％，异氰酸酯20-55％，所得到的防水透湿热塑 性聚氨酯树脂0.015mm薄膜的透湿率范围为500-12000g/(m²·24h)，其中 的组分含量均为质量分数。

进一步的，所述的二元醇为40％-60％，扩链剂为3-13％，异氰酸酯为 30-55％。

所述的生物基二元醇为生物基聚醚二元醇、生物基聚酯二元醇或者其 组合物。

进一步的，所述的生物基聚醚二元醇为基于生物基1，3-丙二醇、乙二 醇、1，4-丁二醇通过一定的化学转化所得到的生物基均聚物二醇或共聚物 二醇，或是几种均聚物二醇的共混物。

进一步的，所述的生物基聚醚二元醇为生物基聚1，3-丙二醇醚二醇、 生物基聚乙二醇醚二醇。

进一步的，生物基聚酯二元醇是由含生物基二元酸与含生物基二元醇 体系，利用本行业内所公知的聚酯二元醇生产工艺所制备的，其中生物基 二元酸主要包括丁二酸、癸二酸、二聚酸，生物基二元醇包括生物基1，3- 丙二醇、生物基1，4-丁二醇。

进一步的，所述的二元醇包括0％-80％的非生物基二元醇，非生物基 二元醇包括非生物基组分的聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚己内酯二元醇、 聚碳酸脂二元醇、端羟值聚丁二烯、聚酯醚共聚二元醇中的一种或几种。