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CN108059821B - 一种在磁场作用下硬度增强的tpu材料及其制备方法 - Google Patents

一种在磁场作用下硬度增强的tpu材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在磁场作用下硬度增强的TPU材料及其制备方法，所述TPU材料的制备原料包括如下组分：70‑80重量份TPU颗粒、20‑30重量份聚苯乙烯、10‑20重量份聚丙烯、5‑8重量份四氧化三铁纳米粒子、5‑10重量份磁性碳纳米管、10‑20重量份多巴胺、5‑10重量份硅铝铁合金粉和1‑5重量份硅烷偶联剂。本发明的TPU材料由于具有四氧化三铁纳米粒子和磁性碳纳米管以及硅铝铁合金粉，而使得TPU材料具有磁性，而且由于多巴胺和硅烷偶联剂的加入使得无机成分与TPU颗粒、聚苯乙烯、聚丙烯基材成分更好地相容，并且该TPU材料在磁场作用下硬度会明显增强，属于一种功能性材料，具有广泛应用前景。

Description

一种在磁场作用下硬度增强的TPU材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种TPU材料及其制备方法，尤其涉及一种在磁场作用下硬度增强的TPU材料及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种具有硬段和软段嵌段结构的线性或含有少量支化、交联的高分子材料，是当前世界六大具有发展前途的合成材料之一。
磁性高分子材料与传统无机磁性材料相比，具有密度低、质量轻、柔性、易加工成型、分子结构便于设计、易于功能化等优点，在信息存储材料、磁分离、吸波材料、磁成像以及药物控制释放等方面有广泛的应用前景。
如何将聚氨酯材料制备成为磁性材料而结合聚氨酯和磁性材料的性能优点是本领域研究的重点和难点。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种TPU材料及其制备方法，特别是提供一种在磁场作用下硬度增强的TPU材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种TPU材料，所述TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000011
Figure BDA0001534969640000021
在本发明中，所述TPU材料的制备原料中由于具有四氧化三铁纳米粒子和磁性碳纳米管以及硅铝铁合金粉，而使得TPU材料具有磁性，而且由于多巴胺和硅烷偶联剂的加入使得无机成分与TPU颗粒、聚苯乙烯、聚丙烯基材成分更好地相容，并且该TPU材料在磁场作用下硬度会明显增强，属于一种功能性材料，具有广泛应用前景。
在本发明中，所述TPU颗粒的用量可以为70重量份、73重量份、75重量份、78重量份或80重量份。
在本发明中，所述聚苯乙烯的用量可以为20重量份、22重量份、24重量份、25重量份、27重量份、29重量份或30重量份。
在本发明中，所述聚丙烯的用量可以为10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份。
在本发明中，所述四氧化三铁纳米粒子的用量可以为5重量份、5.5重量份、5.8重量份、6重量份、6.4重量份、6.8重量份、7重量份、7.3重量份、7.5重量份、7.8重量份或8重量份。
在本发明中，所述磁性碳纳米管的用量可以为5重量份、5.3重量份、5.5重量份、5.8重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述多巴胺的用量可以为10重量份、12重量份、14重量份、16重量份、18重量份或20重量份。
在本发明中，所述硅铝铁合金粉的用量可以为5重量份、5.3重量份、5.5重量份、5.8重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述硅烷偶联剂的用量可以为1重量份、1.5重量份、1.8重量份、2重量份、2.5重量份、2.8重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。
优选地，所述TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒。
优选地，所述聚苯乙烯的重均分子量为4000-8000，例如4000、4300、4500、4800、5000、5500、5800、6000、6500、6800、7000、7300、7500、7800或8000。
优选地，所述聚丙烯的重均分子量为3000-6000，例如3000、3300、3500、3800、4000、4500、4800、5000、5500、5800或6000。
优选地，所述硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
另一方面，本发明提供了如上所述的TPU材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺混合均匀，室温搅拌，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，混炼，得到所述TPU材料。
在本发明的制备方法中，通过将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺进行反应使得多巴胺在四氧化三铁纳米粒子表面形成聚多巴胺，聚多巴胺一方面可以增强与TPU颗粒、聚苯乙烯、聚丙烯基材成分的相容性，另一方面将四氧化三铁纳米粒子包覆在其中，将其与磁性碳纳米管和硅铝铁合金粉隔离开，形成内层和外层均存在磁性材料的结构，更好地响应磁场作用，在包覆在聚多巴胺内部的四氧化三铁纳米粒子和磁性碳纳米管和硅铝铁合金粉的协同作用下，使得磁场作用下TPU材料的硬度明显增强。
优选地，步骤(1)所述混合时的搅拌转速为10-20rpm/min，例如10rpm/min、11rpm/min、12rpm/min、13rpm/min、14rpm/min、15rpm/min、16rpm/min、17rpm/min、18rpm/min、19rpm/min或20rpm/min。
优选地，步骤(1)所述室温搅拌的时间为1-5小时，例如1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时、4.5小时或5小时。
优选地，步骤(3)所述混炼的温度为100-150℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、118℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃。
优选地，步骤(3)所述混炼的时间为10-20min，例如10min、12min、14min、15min、17min、18min、19min或20min。
优选地，步骤(3)所述混炼在50-60rpm/min(例如50rpm/min、52rpm/min、54rpm/min、56rpm/min、58rpm/min或60rpm/min)的转速下进行。
作为优选技术方案，本发明所述TPU材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在10-20rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌1-5小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在100-150℃、50-60rpm/min的转速下混炼10-20min，得到所述TPU材料。
本发明的制备方法简单，易行，适用于工业化生产。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的TPU材料由于具有四氧化三铁纳米粒子和磁性碳纳米管以及硅铝铁合金粉，而使得TPU材料具有磁性，而且由于多巴胺和硅烷偶联剂的加入使得无机成分与TPU颗粒、聚苯乙烯、聚丙烯基材成分更好地相容，并且该TPU材料在磁场作用下硬度会明显增强，属于一种功能性材料，具有广泛应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000051
其中TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒，聚苯乙烯的重均分子量为6000，聚丙烯的重均分子量为5000，硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在15rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌3小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在120℃、50rpm/min的转速下混炼15min，得到所述TPU材料。
实施例2
TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000061
其中TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒，聚苯乙烯的重均分子量为5000，聚丙烯的重均分子量为4000，硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在20rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌1小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在130℃、60rpm/min的转速下混炼10min，得到所述TPU材料。
实施例3
TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000071
其中TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒，聚苯乙烯的重均分子量为4000，聚丙烯的重均分子量为5000，硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在10rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌5小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在150℃、55rpm/min的转速下混炼20min，得到所述TPU材料。
实施例4
TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000081
其中TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒，聚苯乙烯的重均分子量为8000，聚丙烯的重均分子量为3000，硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在15rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌4小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在150℃、50rpm/min的转速下混炼10min，得到所述TPU材料。
实施例5
TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure BDA0001534969640000091
其中TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒，聚苯乙烯的重均分子量为7000，聚丙烯的重均分子量为6000，硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂。
制备方法具体包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在18rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌5小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在100℃、60rpm/min的转速下混炼20min，得到所述TPU材料。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于TPU材料的制备原料中不包括磁性碳纳米管，四氧化三铁纳米粒子的用量为15重量份。
对比例2
与实施例1不同之处仅在于TPU材料的制备原料中不包括磁性碳纳米管，硅铝铁合金粉的用量为16重量份。
对比例3
与实施例1不同之处仅在于TPU材料的制备原料中不包括硅铝铁合金粉，磁性碳纳米管的用量为16重量份。
对比例4
与实施例1不同之处仅在于TPU材料的制备原料中不包括硅铝铁合金粉，四氧化三铁纳米粒子的用量为15重量份。
对比例5
与实施例1不同之处仅在于TPU材料的制备原料中不包括多巴胺，响应的制备方法中不包括步骤(1)所述包覆过程，而是将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入四氧化三铁纳米粒子、磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀，在120℃、50rpm/min的转速下混炼15min，得到所述TPU材料。
对实施例1-5以及对比例1-5制备的TPU材料进行性能测试，测试其在磁场作用下和无磁场作用下性能的变化情况，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001534969640000101
Figure BDA0001534969640000111
由表1可以看出，本发明制备的TPU材料在各成分的配合下，具有良好的硬度以及柔韧性，四氧化三铁纳米粒子和磁性碳纳米管和硅铝铁合金粉的协同作用下，使得TPU材料在磁场作用下硬度会明显增强。
本发明通过上述实施例来说明本发明的在磁场作用下硬度增强的TPU材料及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种TPU材料，其特征在于，所述TPU材料的制备原料包括如下重量份的组分：
Figure FDA0002379277090000011
所述TPU颗粒为聚醚型TPU颗粒和/或聚酯型TPU颗粒；
所述聚苯乙烯的重均分子量为4000-8000；
所述聚丙烯的重均分子量为3000-6000；
所述硅烷偶联剂为六烷氧基硅烷偶联剂；
所述的TPU材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺混合均匀，室温搅拌，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，混炼，得到所述TPU材料。
2.根据权利要求1所述的TPU材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺混合均匀，室温搅拌，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，混炼，得到所述TPU材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合时的搅拌转速为10-20rpm/min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述室温搅拌的时间为1-5小时。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混炼的温度为100-150℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混炼的时间为10-20min。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述混炼在50-60rpm/min的转速下进行。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将四氧化三铁纳米粒子和多巴胺在10-20rpm/min搅拌转速下混合均匀，室温搅拌1-5小时，得到表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子；
(2)将TPU颗粒、聚苯乙烯与聚丙烯混合均匀，而后加入磁性碳纳米管、硅铝铁合金粉以及硅烷偶联剂，混合均匀；
(3)将步骤(1)得到的表面包覆有聚多巴胺的四氧化三铁纳米粒子加入至步骤(2)得到的混合物中，在100-150℃、50-60rpm/min的转速下混炼10-20min，得到所述TPU材料。
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