熱塑性聚氨酯(TPU)是一種性能優異的彈性材料,用TPU改性PVC,能得到耐磨、壓縮永久變形、耐環境和耐腐蝕及低溫性能優良的軟質pvc材料。通常采用TPU與PVC直接共混的方法,但由于TPU與PVC在粒度、加工溫度等方面存在差異,易造成共混不均,改性效果不佳;另一種方法是在PVC成型中加入多元醇和多元異氰酸酯,在混煉狀態或熔融加工過程中合成TPU,得到TPU/PVC共混物,該方法能提高TPU/PVC共混物的相容性和均勻性,共混物的強度及透明性都較好,缺點是制備過程中易造成多元異氰酸酯和多元醇濃度不均,局部形成凝膠而使共混物的黏度上升,加工難度增加。
為了克服以上兩種方法的缺點,得到兼具TPU和PVC性能優點的軟質PVC材料,可以采用TPU與VC接枝共聚的方法。國外(日本)在20世紀80年代初開發了TPU-g-VC共聚物,兼具TPU優良的耐磨、耐油、耐寒等性能和PVC的阻燃、加工性能。TPU-g-VC共聚物在不添加增塑劑的情況下,即具有軟質PVC的特性,從而不存在小分子增塑劑的滲出、揮發和遷移現象。由于TPU-g-VC共聚物具有以上優點,目前已作為一種新型的合成材料而應用于醫療、電氣、汽車等方面。
TPU-g-VC接枝共聚可采用懸浮、乳液和溶液等方法,以懸浮法為主。懸浮聚合時一般先將定量的TPU、水、分散劑加入到反應釜中,排氧后加人VC單體,冷攪使TPU溶解或溶脹,再升溫聚合。TPU-g-VC接枝共聚時,TPU與VC的投料質量比最好為20~150/100,相應的接枝產物中TPU的含量為17~65%。TPU含量越大,接枝產物的硬度越小。
TPU-g-VC共聚物實質上為接枝PVC的TPU、未接枝PVC的TPU和PVC均聚物的共混物。接枝率的高低是影響材料性能的重要因素,為了提高VC在TPU上的接枝率,首先必須保證TPU在VC相充分溶解和均勻分散,為此一般都采用TPU預溶解(溶脹)的方法。TPU-g-VC共聚后期產物的接枝率往往較低,采用后期升溫聚合的方法在一定程度上可克服這一問題。
TPU-g-VC共聚物兼具TPU和PVC的性能優點,具有以下特點:完全不用增塑劑,因而不會有附著性、表面沾染性等問題;耐油性、耐磨耗性、耐熱老化性、耐候性和耐寒性優良;優良的二次加工性和非遷移性;透明性、著色性優異,可以高度填充;硬度可在60~95范圍內調節,柔軟性優良;機械性能良好,在高溫下仍能保持較好的力學性能。
TPU-g-VC共聚物加工所添加的助劑與普通PVC基本類似,但它對熱穩定劑的選擇性較強,宜用鋇一鋅系或鈣一鋅系穩定劑。若用鉛系或錫系穩定劑,制品力學強度降低,尤其當使用錫系穩定劑時,黏輥嚴重,加工困難。TPU-g-VC共聚物的耐水性稍差,加工配方中可加適量的防水解劑。各類助劑與TPU-g-VC共聚物的混合溫度在70~100℃較為合適。在硬度、加工溫度相近條件下,TPU-g-VC共聚物的熔體黏度、加工扭矩大于一般軟質PVC,加工放熱也較大。
根據制品需要,TPU-g-VC共聚物可采用壓延、擠出、注塑、吹塑等方法進行加工。TPU-g-VC共聚物在擠出加工時,采用低溫高效混煉的螺桿,得到的制品較好。其典型擠出加工條件為:擠出機Φ40mm,螺桿長徑比22,壓縮比3.5;機身后部、中部和前部溫度分別為120℃、140℃、150℃,分流梭支架處溫度為160℃,口模溫度為165℃。
TPU-g-VC共聚物是兼具TPU和PVC特性的軟質產品,可代替聚氨酯和軟質PVC而用于制作醫療器械、電線電纜、汽車部件、日用制品等。用TPU-g-VC共聚物生產的醫療器械(如輸血袋、輸液袋、輸液管、人工腎臟回路管等)具有不易滲析、溶血性小、高溫消毒時耐熱性好、生物相容性優異等特點;用TPU-g-VC共聚物制備的電纜電線,撓曲強度高,非遷移性好,符合阻燃要求,而且低溫下性能優異,適合在寒冷地區應用;由TPU-g-VC共聚物制得的薄膜對有機物質的阻隔性能較佳、保鮮性能好,適用于食品包裝;利用TPU-g-VC共聚物的耐磨耗性、耐油性及彈性,可制作高檔旅游鞋料; TPU-g-VC共聚物在各種車輛上應用亦很廣,能制作電刷、刮片等部件。此外,用TPU-g-VC共聚物制作的各種軟管、異型材、防水布、皮革等,綜合性能優良,使用期長,適用于要求較高的場合。