一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体及其制备方法与流程

本发明涉及聚氨酯弹性体材料领域，尤其是涉及一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术：

1、热塑性聚氨酯弹性体是由二异氰酸酯、聚醚（或聚酯）大分子多元醇与小分子多元醇（或小分子多元胺）为主要成分构成的嵌段共聚体，具有优良机械性能，又具有耐油、耐溶剂和耐一般化学品的性能，广泛应用于薄膜、鞋材、管材、服装材料、透湿油墨、密封材料、包装材料等领域。

2、目前，热塑性聚氨酯弹性体tpu应用于透湿油墨加工领域，一方面需其具有较好的加工性能，另一方面需其满足中透湿油墨及精细柔性涂层表处理严苛的高透湿、高耐水要求。然而，现有防水透湿型tpu膜无法满足上述两点需求，现有tpu材料依赖高温溶解在实际工业生产和成膜应用中存在以下显著的弊端：

3、①.加工能耗高与安全隐患大：由于溶解过程极度依赖工业锅炉或加热夹套等持续加热设备，不仅直接推高了下游企业的生产能耗成本与碳排放。

4、②.传统防水透湿聚氨酯弹性体需要采用弱溶剂甲基乙基酮mek配合高温实现熔融加工成膜，而mek作为易燃易挥发溶剂，在60℃以上的高温敞口或密闭搅拌状态下，车间内的防爆风险和无组织vocs挥发逸散压力将成倍增加。

5、③.材料热降解与力学性能劣化：长时间的高温热剪切过程，极易对聚氨酯分子链中的热敏感基团造成不可逆的热损伤（例如引发大分子链中亲水聚醚软段发生局部氧化降解与断链），这种微观分子量及链结构的破坏，将直接导致最终成膜后的关键力学强度（如拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性等）出现10%-20%的显著下降，缩短了柔性基材表处理制品的使用寿命。

6、④.工艺复杂性高与成膜均匀性差：在实际涂布印刷中，生产线需要建立极其严苛的溶解温度、搅拌速率与密封保温控制程序，由于甲基乙基酮mek沸点较低，高温溶解极易导致溶剂发生局部非均匀性快闪蒸发，在釜内或涂布辊上引发溶质的局部隐形凝胶化。这不仅增加了工艺调控的复杂性，更会严重影响最终涂层或墨膜的表面流平特性，导致涂层均匀性变差（成膜后的膜厚波动往往＞±15%），严重影响印刷精度和手感。

7、⑤.功能性（透湿防水）与洗涤稳定性的失效：现有技术往往试图通过单一添加高分子量peg亲水链段或采用物理致孔（微孔型）来提升透湿，但前者在热溶、溶解及储存过程中易发生微相分离加剧或链段迁移，导致透湿防水性能经多次洗涤后发生断崖式衰减；后者孔隙的存在天然破坏了耐水压性能，导致传统材料始终无法兼顾高强度、高耐水压与长效高透湿的需求。

技术实现思路

1、为了解决现有防水透湿聚氨酯常温溶解性差、加工能耗高，以及透湿与防水性能无法兼顾的技术缺陷，本发明提供了一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体及其制备方法。

2、本发明提供的一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体，是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体的硬段含量为17-20%，主链中残余游离-nco的含量为0.20-2.1%；所述湿性聚氨酯弹性体至少包括二异氰酸酯、聚酯多元醇、亲水聚醚多元醇、扩链剂、催化剂制得，所述聚酯多元醇与所述亲水聚醚多元醇的质量比为(3-6):(4-7)；所述扩链剂为含柔性醚键的小分子二醇；所述催化剂选择为有机铋催化剂；所述二异氰酸酯至少包括二苯基甲烷二异氰酸酯mdi。

4、本发明提供的技术方案打破现有防水透湿聚氨酯弹性体（tpu）在溶剂溶解特性、加工工艺复杂性以及材料功能平衡性方面的技术瓶颈，具体体现在：1).攻克常温弱溶剂加工瓶颈：彻底改变传统防水透湿聚氨酯弹性体在弱溶剂甲基乙基酮（mek）中溶解特性差、依赖高温环境的现状，实现常温下的快速、高固含量分子级溶解。2).破解“高透湿与高耐水”的物理矛盾：针对现有材料透湿率较低且耐水性（耐静水压）差、无法兼顾的缺陷，在保障优异耐静水压（耐水性）的同时，大幅提升油墨膜或涂层的无孔亲水透湿率，满足中透湿油墨及精细柔性涂层表处理的严苛要求。

5、优选地，所述亲水聚醚多元醇为数均分子量1000-3000的聚乙二醇。

6、进一步优选地，所述亲水聚醚多元醇为聚乙二醇peg-2000。

7、优选地，所述聚酯多元醇为数均分子量2500-3800的聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己内酯二醇中的至少一种。

8、优选地，所述含柔性醚键的小分子二醇为二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇中的至少一种。

9、进一步优选地，所述含柔性醚键的小分子二醇为二乙二醇

10、优选地，所述有机铋催化剂为‌异辛酸铋、新癸酸铋、月桂酸铋、环烷酸铋‌中的至少一种。

11、优选地，所述透湿性聚氨酯弹性体基于180℃/5kg条件下的在线熔融指数为10~15g/10min。

12、优选地，所述透湿性聚氨酯弹性体在25-30℃常温下溶于mek弱溶剂中的完全溶解时间≤200min。

13、优选地，所述透湿性聚氨酯弹性体以甲基乙基酮为溶剂，固含量为25-30%时，所得溶液剪切黏度＜5000 mpa·s。

14、进一步优选地，所述透湿性聚氨酯弹性体以甲基乙基酮为溶剂，固含量为25-30%时，经涂布成膜后，所得薄膜基于astm e96 bw法测定的透湿量最高可达8000g/m2·24h以上，基于aatcc 127标准测定的耐静水压最高可达6 kpa以上。

15、本发明提供的一种常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：

16、常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：

17、步骤一，对聚酯多元醇、亲水聚醚多元醇进行真空干燥除水处理；

18、步骤二，将计量准确的含柔性醚键的小分子二醇投入双螺杆挤出机的第一料槽中，将计量准确的聚酯多元醇、亲水聚醚多元醇投入双螺杆挤出机的第二料槽中，将计量准确的二异氰酸酯、有机铋催化剂搅拌均匀后投入双螺杆挤出机的第三料槽中，经双螺杆挤出机熔融后使用齿轮泵将材料从该挤出机中排出；

19、步骤三，从双螺杆挤出机挤出的熔融物料经过水冷粒化，随后流化床干燥处理，获得含水率低于0.03%的半成品透湿性聚氨酯弹性体；

20、步骤四，置于75-85℃下热处理16-24h，随后自然冷却至室温，即可得常温可溶于甲基乙基酮的透湿性聚氨酯弹性体成品。

21、综上所述，本发明具有以下优点：

22、1.本发明打破了传统聚氨酯需在60℃以上高温溶解的限制，可在25-30℃常温下，快速完全溶解于弱溶剂mek（＜200min），赋予其常温快速溶解性。在固含量≥25%时，溶液剪切黏度＜5000mpa•s（brookfield粘度计，25℃），彻底摆脱了对工业加热设备的依赖，大幅降低了vocs排放与加工能耗。

23、2.本发明具有高透湿性能：透湿量最高可达8000g/m2•24h（astme96 bw）以上，亲水无孔透湿机制高效且规整，满足中透湿油墨印刷对高排湿性能的严苛要求。

24、3.本发明具有防水耐静水压：上述tpu材料在具备高透湿的同时成膜耐静水压达到≥25kpa（采用aatcc 127标准测试），具体实施例1中合成的tpu材料实测最高可达65kpa，从根本上攻克“高透湿必导致低耐水”的工艺难题。

25、4.本发明具有突出的长期储存稳定性：tpu固体或溶液在40℃加速老化3个月后，溶液黏度变化率＜10%，在长期仓储和运输过程中无任何胶粒、凝胶析出，大幅延长了下游油墨加工的工艺窗口期。