一种tpu单丝
阅读说明：本技术 一种tpu单丝 (TPU monofilament ) 是由 刘伟 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本申请属聚氨酯单丝技术领域,具体涉及一种TPU单丝,包括如下重量份的各组分：异氰酸酯90-100份、多元醇80-95份、扩链剂15-25份、有机抗静电剂2-10份、催化剂1.4-1.6份。本申请的TPU单丝将适当用量的有机抗静电剂添加到制备TPU单丝所用的聚氨酯体系中,有机抗静电剂与聚氨酯体系的相容性较好,可以相对较好地分散于整个体系中,起到长久的抗静电作用,可以有效避免TPU单丝在生产、后续加工和应用过程中因静电作用造成的不利影响。(The application belongs to the technical field of polyurethane monofilaments, and particularly relates to a TPU monofilament, which comprises the following components in parts by weight: 90-100 parts of isocyanate, 80-95 parts of polyol, 15-25 parts of chain extender, 2-10 parts of organic antistatic agent and 1.4-1.6 parts of catalyst. According to the TPU monofilament, the organic antistatic agent with a proper dosage is added into a polyurethane system for preparing the TPU monofilament, the organic antistatic agent and the polyurethane system are good in compatibility, can be relatively well dispersed in the whole system, plays a long-term antistatic role, and can effectively avoid adverse effects caused by the electrostatic effect in the production, subsequent processing and application processes of the TPU monofilament.)
技术领域
本申请属于单丝技术领域，具体涉及一种TPU单丝。
背景技术
TPU(Thermoplastic polyurethanes)为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，TPU是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇(扩链剂)共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯分子和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。
由于TPU具有强度高、回弹性好特点，被广泛应用于面料纺织行业，特别是近年流行的鞋面飞织面料中，TPU单丝的加入可以有效提高鞋面的整体拉伸能力，使鞋面的舒适度更好。但是，由于鞋面与地面的距离非常近，且飞织面料上存在许多的网眼，导致飞织鞋面通常很容易沾灰，不易清理，因此，改善飞织面料中所用的TPU单丝的抗静电效果可以有效减少对灰尘的静电吸附，进而减少灰尘粘附。
中国专利文献CN 104593900 A公开了一种抗静电氨纶纤维及其生产方法，其中才哟很高表面包覆有掺锑的二氧化锡的二氧化钛作为抗静电剂，加入聚氨酯聚合物溶液中进行纺丝获得抗静电氨纶纤维。改性二氧化钛抗作为辅料添加于聚合原液中，对原液的粘度、可纺性等性能指标无任何影响。但是，由于该抗静电剂为无机材料，与有机聚合物相容性差会导致分散不均且很容易渗到表面，不仅影响纤维外观，也难以起到长久的抗静电效果。
鉴于此，有必要开发一种可以使抗静电剂较好分散于聚氨酯体系内，可以起到长久抗静电效果，且不影响制品外观的TPU单丝。
发明内容
为了解决上述问题，本申请公开了一种TPU单丝，采用有机抗静电剂添加到聚氨酯中，改善抗静电剂的分散效果，从而起到良好的抗静电作用。
本申请提供一种TPU单丝，采用如下的技术方案：
一种TPU单丝，包括如下重量份的各组分：异氰酸酯90-100份、多元醇80-95份、扩链剂15-25份、有机抗静电剂2-10份、催化剂1-1.6份。
将适当用量的有机抗静电剂添加到制备TPU单丝所用的聚氨酯体系中，有机抗静电剂与聚氨酯体系的相容性相对较好，可以相对较好地分散于整个体系中，起到长久的抗静电作用，可以有效避免TPU单丝在生产、后续加工和应用过程中因静电作用造成的不利影响。
作为优选，上述异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯。
作为优选，上述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。
作为优选，上述多元醇为聚酯多元醇或聚醚多元醇。
作为优选，上述聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸蓖麻油酯二醇中的一种或几种；
所述聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚1,2-丙二醇、聚1,3-丙二醇、聚乙二醇丙二醇共聚物中的一种或几种。
作为优选，上述扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三乙二醇、新戊二醇中的一种或几种。
作为优选，上述有机抗静电剂的结构式为：
其中，R基为C10-C30的正构烷基。
异氰酸酯为芳香族异氰酸酯，抗静电剂为含有苯环和长链烷基的有机抗静电剂，抗静电剂中苯环的引入可以适当改善抗静电剂与芳香族异氰酸酯之间的相容性，利于更好地发挥抗静电作用。另外，有机抗静电剂中还包含类似于2,5-二叔丁基对苯二酚的抗氧剂结构，可以起到一定的抗氧化作用，提高TPU单丝的耐久性。
所述有机抗静电剂是采用对苯二酚与(R基为C10-C30的正构烷基)通过傅克反应制备而成，反应方程式为：
作为优选，上述催化剂为二丁基二月桂酸锡、马来酸二丁基锡、顺丁烯二酸二丁锡中的一种或几种。
作为优选，上述的TPU单丝，采用如下方法制备而成：
(1)按配方量称取各组分，将有机抗静电剂和催化剂加入多元醇中，搅拌均匀，预热至90-100℃，得到混合物A；将异氰酸酯和扩链剂分别预热至40-70℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、异氰酸酯和扩链剂分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
本申请具有如下的有益效果：
(1)本申请的TPU单丝将适当用量的有机抗静电剂添加到制备TPU单丝所用的聚氨酯体系中，有机抗静电剂与聚氨酯体系的相容性相对较好，可以相对较好地分散于整个体系中，起到长久的抗静电作用，可以有效避免TPU单丝在生产、后续加工和应用过程中因静电作用造成的不利影响；
(2)本申请所用的异氰酸酯为芳香族异氰酸酯，抗静电剂为含有苯环和长链烷基的有机抗静电剂，抗静电剂中苯环的引入可以适当改善抗静电剂与芳香族异氰酸酯之间的相容性，利于更好地发挥抗静电作用；
(3)本申请所用的有机抗静电剂中还包含类似于2,5-二叔丁基对苯二酚的抗氧剂结构，可以起到一定的抗氧化作用，提高TPU单丝的耐久性。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例和对比例所用有机抗静电剂的制备方法为：将对苯二酚和硫酸催化剂加入反应釜内，搅拌下升温至75℃，加入2-甲基-二十烷基-1-烯，进行烷基化反应4h，得到的产物用70℃的热水洗涤，并碳酸钠中和，然后用70-80℃的热水洗涤至中性，之后再冷却至10-15℃结晶，离心脱水后溶于热乙醇中重结晶，得到有机抗静电剂。其中对苯二酚和2-甲基-二十烷基-1-烯的摩尔比为1:2。
实施例1
原料准备：2,4-甲苯二异氰酸酯90份、聚乙二醇40份、聚1,2-丙二醇40份、乙二醇5份、丙二醇5份、三乙二醇5份、有机抗静电剂3份、二丁基二月桂酸锡1份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将有机抗静电剂和二丁基二月桂酸锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至90℃，得到混合物A；将2,4-甲苯二异氰酸酯预热至40℃，将乙二醇、丙二醇、三乙二醇混合预热至50℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、新戊二醇、乙二醇、丙二醇和三乙二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
实施例2
原料准备：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯100份、聚丙二醇40份、聚1,3-丙二醇55份、乙二醇10份、1,6-己二醇10份、新戊二醇5份、有机抗静电剂8份、马来酸二丁基锡1.5份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将有机抗静电剂和马来酸二丁基锡加入聚丙二醇和聚1,3-丙二醇中，搅拌均匀，预热至100℃，得到混合物A；将4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯预热至60℃，将乙二醇、1,6-己二醇、新戊二醇混合预热至70℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇、1,6-己二醇和新戊二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
实施例3
原料准备：四亚甲基二异氰酸酯95份、聚乙二醇45份、聚1,2-丙二醇45份、乙二醇10份、1,4-丁二醇10份、有机抗静电剂5份、顺丁烯二酸二丁锡1.3份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将有机抗静电剂和顺丁烯二酸二丁锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至95℃，得到混合物A；将四亚甲基二异氰酸酯预热至50℃，将乙二醇、1,4-丁二醇混合预热至60℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、四亚甲基二异氰酸酯、乙二醇和1,4-丁二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
实施例4
原料准备：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯95份、聚乙二醇45份、聚1,2-丙二醇45份、乙二醇10份、1,4-丁二醇10份、有机抗静电剂5份、顺丁烯二酸二丁锡1.3份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将有机抗静电剂和顺丁烯二酸二丁锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至95℃，得到混合物A；将4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯预热至50℃，将乙二醇、1,4-丁二醇混合预热至60℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇和1,4-丁二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
对比例1
原料准备：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯95份、聚乙二醇45份、聚1,2-丙二醇45份、乙二醇10份、1,4-丁二醇10份、十八烷基二乙醇胺5份、顺丁烯二酸二丁锡1.3份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将十八烷基二乙醇胺和顺丁烯二酸二丁锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至95℃，得到混合物A；将4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯预热至50℃，将乙二醇、1,4-丁二醇混合预热至60℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇和1,4-丁二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
对比例2
原料准备：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯95份、聚乙二醇45份、聚1,2-丙二醇45份、乙二醇10份、1,4-丁二醇10份、2,5-二叔丁基对苯二酚5份、顺丁烯二酸二丁锡1.3份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将2,5-二叔丁基对苯二酚和顺丁烯二酸二丁锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至95℃，得到混合物A；将4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯预热至50℃，将乙二醇、1,4-丁二醇混合预热至60℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇和1,4-丁二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
对比例3
原料准备：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯95份、聚乙二醇45份、聚1,2-丙二醇45份、乙二醇10份、1,4-丁二醇10份、十八烷基二乙醇胺3份、2,5-二叔丁基对苯二酚2份、顺丁烯二酸二丁锡1.3份。
制备步骤：
(1)按配方量称取各组分，将十八烷基二乙醇胺、2,5-二叔丁基对苯二酚和顺丁烯二酸二丁锡加入聚乙二醇和聚1,2-丙二醇中，搅拌均匀，预热至95℃，得到混合物A；将4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯预热至50℃，将乙二醇、1,4-丁二醇混合预热至60℃；
(2)将步骤(1)获得的混合物A、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇和1,4-丁二醇分别打入混合头中，混合均匀得到混合物B；
(3)将步骤(2)获得的混合物B连续加入双螺杆挤出机中，反应挤出，水下造粒，得到TPU母粒；
(4)将TPU母粒干燥后熔融纺丝得到TPU单丝。
对实施例1-4和对比例1-3所制备的TPU单丝进行各项性能测试，测试结果见表1。
表1
其中，静电值的测试方法为：采用电子恒定张力传送系统对TPU单丝进行测试，输入罗拉速度为100m/min，输出罗拉速度为350m/min，采用静电电位测试仪在输出罗拉处测试产生的静电的电压值。
耐老化处理后静电值的测试方法为：在温度为45℃，湿度为65％RH的条件下，采用氙弧灯耐光试验机照射168h(照度为42W/m2)，然后取出耐老化处理后的单丝，测试静电值。
耐老化处理后断裂强度的测试方法为：在温度为45℃，湿度为65％RH的条件下，采用氙弧灯耐光试验机照射168h(照度为42W/m2)，然后取出耐老化处理后的单丝，测试断裂强度。
从表1中可以看出，本申请实施例1-4所制备的TPU单丝断裂强度为5.8N/mm以上，断裂伸长率为47.64％以上，静电值为106V以下，抗静电效果良好，耐老化处理后断裂强度仍然在4.7N/mm以上，具有一定的耐老化性能。实施例3的断裂强度相对较差，可能是由于实施例3采用的异氰酸酯为四亚甲基二异氰酸酯，不含苯环导致其断裂强度较差，同时，其静电值为85，优于实施例4，可能是由于所用的含苯环的有机抗静电剂无法与保护含苯环的聚氨酯体系良好相容，导致抗静电剂大多存在于表面而导致的，而实施例3所制备的TPU单丝耐老化处理后断裂强度下降较为明显，从5.8N/mm下降至4.7N/mm，也可能是由于有机抗静电剂与体系相容性差导致的。从对比例1可以看出，当将实施例4中的有机抗静电剂替换为普通脂肪族抗静电剂十八烷基二乙醇胺时，所制备TPU单丝的断裂强度有所下降，断裂伸长率有所升高，静电值下降，这可能是由于十八烷基二乙醇胺与体系相容性差，较多存在于单丝表面而导致的，另外，耐老化处理后断裂强度显著下降，可能是有体系内不存在类似于2,5-二叔丁基对苯二酚抗氧剂的结构，导致耐老化性能下降。从对比例2可以看出，当实施例4中的有机抗静电剂替换为2,5-二叔丁基对苯二酚时，所制备TPU单丝的断裂强度增加，断裂伸长率有所下降，静电值显著增加，这是由于体系中缺乏抗静电组分，而耐老化后断裂强度依然很高。从对比例3可以看出，当实施例4中的有机抗静电剂替换为十八烷基二乙醇胺和2,5-二叔丁基对苯二酚时，同时存在抗静剂电组分和抗氧剂组分，静电值略有下降，可能是由于抗静电剂与体系相容性差，较多存在于单丝表面导致的；而耐老化处理后断裂强度略有下降，说明2,5-二叔丁基对苯二酚起到了一定的耐老化作用；但是，对比例3耐老化处理后静电值显著增加，可能是由于耐老化处理导致单丝表面的抗静剂电组分失效严重，从而使耐老化处理后的抗静电性能下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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