一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法.pdf

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法。具体步骤为：首先通过异氰酸酯与聚醚二醇反应制备异氰酸酯基封端的聚氨酯，再通过丙烯酸羟脂类与上述聚氨酯反应制备丙烯酸酯封端的聚氨酯，最后加入锐钛矿型纳米二氧化钛粉末紫外固化，得到具有自清洁性能的涂层材料。

1.  一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将二元醇类物质与二异氰酸酯类物质按摩尔比为1∶1.5～1∶5比例混合，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，在极性溶剂体系中于70-100℃温度水浴中加热回流，搅拌，反应时间为3-6小时，得到产物A；
(2)将产物A与丙烯酸羟酯类物质按摩尔比为2∶1～2∶5比例混合，以4-甲氧基酚为催化剂，在60-90℃水浴中加热回流，搅拌，反应时间为2-4小时，得到产物B；
(3)将产物B与纳米二氧化钛粉末按质量比为500∶1～100∶1比例混合，加入交联剂和光固化剂，制成涂膜液，将其涂覆在TPU上并在300-2000W紫外灯下光照10-30s，即得到具有光催化自清洁性能的薄膜。

2.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述二异氰酸酯类物质采用二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中任一种。

3.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述二元醇类物质采用乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇、聚六亚甲基碳酸酯二醇或聚硫醚二醇中任一种。

4.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述极性溶剂采用甲乙酮、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯或1、4-二恶烷中任一种。

5.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述丙烯酸酯类物质采用甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、三丙烯酸三羟甲基丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯或甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中任一种。

6.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述交联剂采用聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、己二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯酸-(丙基)三甲酯、正丁氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇双马来酸酯、三缩四乙二醇双马来酸酯、癸二醇双马来酸酯或四亚乙基五胺双马来酰胺中任一种。

7.  根据权利要求1所述的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述光固化剂采用安息香、安息香甲醚、安息香二甲醚、硫杂蒽酮、2，4-烷基硫杂蒽酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、苯偶酰缩酮、二苯甲酮或芳基重氮硼氟酸盐中任一种。

一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法。
背景技术
TPU(热塑性聚氨酯)轻型输送带质轻低毒，节能环保效果突出，代表了输送带轻量化、减层化、合成化的发展方向，在烟草、食品、医药等行业尤其受到欢迎。但由于其基材为热塑性弹性体，其表面的抗油污性能较差，低分子量脂类极易附着在表面并渗入带体，使输送带的维护成本大大提升，甚至导致输送带的功能性破坏。所以开发具有自清洁性能的轻型输送带成为了输送带发展的重要方向之一。
锐钛矿型二氧化钛受到波长小于387.5nm的紫外光照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出点子同时产生正电性的空穴，形成电子-空穴对，与吸附溶解在其表面的氧气和水反应。分布在表面的空穴将OH^-和H₂O氧化成HO·自由基。HO·自由基的氧化能力很强，能氧化大部分的有机污染物和无机污染物，而且对反应物几乎无选择性，在光催化氧化中起着决定性的作用。超细的纳米TiO₂粉末在应用时存在易团聚、难分离等问题，而且传统的高温负载技术会使TiO₂晶型转变而失去光催化性能，所以将TiO₂粉体常温或低温负载于固体材料中制得分散性较好的TiO₂薄膜后涂覆在各种基材表面上的制备工艺成为目前研究的热点之一。
聚氨酯具有良好的物理力学性能，优异的耐寒性、弹性和耐有机溶剂等，被广泛应用于胶粘剂、涂料、弹性体、泡沫塑料等领域。但一般水性聚氨酯往往存在耐水性、耐溶剂性、耐化学品性及机械强度等性能较差的缺点，而聚丙烯酸酯乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能，但存在热黏冷脆、不耐溶剂等缺点。聚氨酯和聚丙烯酸酯二者有机结合，可大大提高其耐水性、耐化学品性及力学强度等性能，同时可降低成本，扩大其应用领域。
综上所述，利用与TPU结构相似的聚氨酯丙烯酸酯负载锐钛矿型纳米二氧化钛粉末制成薄膜，后用特定工艺涂覆在TPU输送带上，使其具有自清洁的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种TPU输送带用自清洁涂层的制备方法。
本发明提供的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，是通过二异氰酸酯类物质与二元醇类物质反应，二异氰酸酯类过量得到异氰酸酯基封端的聚氨酯，后与丙烯酸羟酯类反应制得聚氨酯丙烯酸酯，再加入经过特殊处理的二氧化钛粉末制成涂膜液，这样制成的涂膜液因其中存在聚氨酯基团使得薄膜与TPU具有较好的结合力，并且丙烯酸酯基团的加入使得涂膜液可以在较低温度下紫外光固化，不会改变二氧化钛晶型，使其具备光催化活性。具体步骤如下：
(1)将二元醇类物质与二异氰酸酯类物质按摩尔比为1∶1.5～1∶5比例混合，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，在极性溶剂体系中于70℃～100℃温度水浴中加热回流，搅拌，反应时间为3～6小时，得到产物A。
(2)将产物A与丙烯酸羟酯类物质按摩尔比为2∶1～2∶5比例混合，以4-甲氧基酚为催化剂，在60℃～90℃水浴中加热回流，搅拌，反应时间为2～4小时，得到产物B。
(3)将产物B与锐钛矿型纳米二氧化钛粉末按质量比为500∶1～100∶1比例混合，加入交联剂和光固化剂，制成涂膜液，将其涂覆在TPU上并在300～2000W紫外灯下光照10～300s，即得到具有光催化自清洁性能的薄膜。
本发明中，步骤(1)中所述二异氰酸酯类物质包括二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸(TDI)、己二异氰酸酯(HDI)、异福乐酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)或苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)等中任一种。
本发明中，步骤(1)中所述二元醇类物质包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇、聚六亚甲基碳酸酯二醇或聚硫醚二醇等中任一种。
本发明中，步骤(1)中所述极性溶剂包括甲乙酮、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯或1、4-二恶烷等中任一种。
本发明中，步骤(2)中所述丙烯酸酯类物质包括甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、三丙烯酸三羟甲基丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯或甲基丙烯酸-2-羟基乙酯等中任一种。
本发明中，步骤(3)中所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、己二醇二丙烯酸酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯酸-(丙基)三甲酯、正丁氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇双马来酸酯、三缩四乙二醇双马来酸酯、癸二醇双马来酸酯或四亚乙基五胺双马来酰胺等中任一种。
本发明中，步骤(3)中所述光固化剂为安息香、安息香甲醚、安息香二甲醚、硫杂蒽酮、2，4-烷基硫杂蒽酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、苯偶酰缩酮、二苯甲酮或芳基重氮硼氟酸盐等中一种。
本发明提出了一种简单高效的TPU输送带用自清洁涂层的制备方法，仅在较低温度下即可合成一种使二氧化钛较好分散的涂层。该涂层稳定、均匀且与基材附着力较好、具有较高的硬度、韧性。利用本发明方法制备的输送带可用于食品、医药、卫生、烟草等行业。
附图说明
图1是实施例1合成的异氰酸酯基封端的聚氨酯红外谱图，出现了3400cm-1、1700cm-1、1100cm^-1的-NH、-C＝O、C-O特殊吸收峰。
图2是实施例1合成的丙烯酸酯类封端的聚氨酯红外谱图，出现了1650cm^-1C＝C的特殊吸收峰。
图3是实施例1合成的聚氨酯丙烯酸酯的红外谱图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：聚氨酯丙烯酸酯的制备，其工艺路线如下：

步骤1：将异福乐酮二异氰酸酯13.875g、聚四氢呋喃25g、二月桂酸二丁基锡0.0625g、甲乙酮25g放入250ml反应瓶在85℃温度水浴中加热搅拌回流5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯。
步骤2：向上述产物中加入3.71g丙烯酸羟丙酯、0.0375g 4-甲氧基酚在60℃温度水浴中加热搅拌回流3小时，得到丙烯酸酯基封端的聚氨酯。
步骤3：取步骤2所得聚氨酯，加入0.05g经特殊处理的纳米二氧化钛粉末、14.2g己二醇二丙烯酸酯、1.42g 2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮制成涂膜液涂覆在TPU表面上，在1000W紫外灯下光照90s，即得到具有光催化自清洁性能的薄膜。
实施例2：
步骤1：将二苯甲烷二异氰酸酯12.5g、乙二醇0.775酸二丁基锡0.05g、丙酮23g放入250ml反应瓶在85℃温度水浴中加热搅拌回流5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯。
步骤2：向上述产物中加入3g三丙烯酸三羟甲基丙酯、0.03g 4-甲氧基酚在60℃温度水浴中加热搅拌回流3小时，得到丙烯酸酯基封端的聚氨酯。
步骤3：取步骤2所得聚氨酯，加入0.046g经特殊处理的纳米二氧化钛粉末、13.2g三丙烯酸-(丙基)三甲酯、1.32g 2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮制成涂膜液涂覆在TPU表面上，在1000W紫外灯下光照90s，即得到具有光催化自清洁性能的薄膜。
实施例3：
步骤1：将二环己基甲烷二异氰酸酯9.84g、聚碳酸酯二元醇25g、二月桂酸二丁基锡0.0625g、二甲苯25g放入250ml反应瓶在85℃温度水浴中加热搅拌回流5小时，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯。
步骤2：向上述产物中加入3.31g丙烯酸羟乙酯、0.0375g 4-甲氧基酚在60℃温度水浴中加热搅拌回流3小时，得到丙烯酸酯基封端的聚氨酯。
步骤3：取步骤2所得聚氨酯，加入0.05g经特殊处理的纳米二氧化钛粉末、14.2g己二醇二丙烯酸酯、1.42g 2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮制成涂膜液涂覆在TPU表面上，在1000W紫外灯下光照90s，即得到具有光催化自清洁性能的薄膜。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。