本发明属于复合材料领域，涉及一种监控摄像头防护用的tpu材料及其制备方法。
背景技术：
tpu名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，是一种新型的有机高分子合成材料，可以替代橡胶或软性聚氯乙烯材料，其良好的耐磨性，回弹性均优于普通聚氨酯，耐老化性能优于橡胶，可以说tpu是替代pvc和pu的最理想的材料，被国际上称为新型聚合物材料。它的分子结构是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二异氰酸酯与大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。tpu具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化特性，已广泛应用于医疗卫生、电子电器以及体育用品等方面。
监控摄像头防护罩通常采用耐火性或阻燃型的防护罩，防护罩的作用主要是防止灰尘、腐蚀性气体对监控摄像机的损害，应对不同的气候环境，并且需要强度高，视窗透明度好，不影响监控效果，另外也需要耐候性优良。到目前为止，应用于监控摄像头防护方面的tpu几乎没有报道，需要开发新功能的tpu材料来扩展tpu的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种监控摄像头防护用的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，本发明提供了一种监控摄像头防护用的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：
本发明提供的tpu材料包括含磷腈的聚酯和双酚a二缩水甘油醚，二者相互作用，协同增效，可以增加tpu材料的阻燃性能，并且在tpu中加入含磷腈的聚酯和双酚a二缩水甘油醚与苯乙烯-丙烯腈共聚物和聚碳酸酯可以一起增加tpu材料的强度，是最后的tpu材料满足防护罩的强度要求，同时可以增加材料的耐候性，这样可以使得到的tpu材料可以应用于室外防护罩，延长tpu在户外应用时的使用寿命。在tpu材料中加入聚碳酸酯，聚碳酸酯具有很高的透明性，在tpu材料中添加聚碳酸酯，可以使最后得到的tpu材料具有很好的透明度，可以满足防护罩视窗透明度的要求。
在本发明中，所述异氰酸酯的重量份为50-60重量份，例如50重量份、52重量份、55重量份、57重量份、60重量份等。
优选地，所述异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶(4-8)形成的混合物，所述1∶(4-8)可以是1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8等。
在本发明中，选用的异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，二者在1∶(4-8)的比例下可以更好的调节tpu材料的韧性和强度，使本发明所得的tpu材料满足监控摄像头防护强度的要求。
在本发明中，所述多元醇的重量份为40-60重量份，例如40重量份、45重量份、50重量份、55重量份、60重量份等。
优选地，所述多元醇的数均分子量为1000-4000，例如1000、2000、3000、4000等。
在本发明中，所述含磷腈的聚酯的重量份为5-10重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等。
优选地，所述含磷腈的聚酯具有如下结构：
在本发明中，选用含磷腈的聚酯一方面因为聚酯中的磷腈结构可以增加tpu材料的阻燃性，另一方面聚酯与聚碳酸酯和苯乙烯-丙烯腈共聚物有很好的相容性，可以增加聚合物界面之间的相容性，使最后得到的tpu材料不会出现相分离等现象而降低聚合物材料的性能。
在本发明中，所述双酚a二缩水甘油醚的重量份为3-5重量份，例如3重量份、4重量份、5重量份等。
在本发明中，所述苯乙烯-丙烯腈共聚物的重量份为3-10重量份，例如3重量份、5重量份、7重量份、10重量份等。
在本发明中，所述聚碳酸酯的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。
优选地，所述聚碳酸酯的数均分子量为3000-10000。
在本发明中，所述扩链剂的重量份为1-4重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份等。
优选地，所述扩链剂为乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述催化剂的重量份为1-3重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份。
优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁锡或月硅酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合。
另一方面，本发明提供了如上所述的监控摄像头防护用的tpu材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在搅拌条件下，于80-100℃(例如80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等)反应1-5h(例如1h、2h、3h、4h、5h等)；
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯进行混炼，得到混合物；
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，得到所述监控摄像头防护用的tpu材料。
本发明提供的如上所述的tpu材料的制备方法简单易行，利用本发明提供的制备方法得到的tpu材料具有高的透明度、良好的阻燃性和可以满足应用的强度以及耐候性。
在本发明中，步骤(1)所述搅拌的速率为80-120r/min，例如80r/min、90r/min、100r/min、110r/min、120r/min等。
优选地，步骤(2)所述混炼的温度为100-120℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等。
优选地，步骤(2)所述混炼的时间为3-8小时，例如3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时等。
优选地，步骤(3)所述双螺杆挤出机的喂料段温度为130-150℃(例如130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)，混合段温度为140-160℃(例如140℃、145℃、150℃、155℃、160℃等)，挤出段温度为180-200℃(例如180℃、185℃、190℃、195℃、200℃等)，机头温度为160-170℃(例如160℃、162℃、165℃、167℃、170℃等)。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的tpu材料具有很好的透明度，透明度达85％以上，并且具有良好的耐候性，可以满足在室外的应用要求。本发明提供的tpu材料的力学性能足以使本发明提供的tpu材料应用于监控摄像头防护方面，同时，tpu材料具有一定的阻燃性，氧指数大于28.2％。本发明提供的制备方法工艺简单易行。
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
本实施例提供的监控摄像头防护用的tpu材料的制备原料包括如下重量份的组分：
其中，异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶6形成的混合物，多元醇的数均分子量为2000，含磷腈的聚酯的聚合度n为5，聚碳酸酯的数均分子量为7000，扩链剂为乙二醇，催化剂为辛酸亚锡。
制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在100r/min的搅拌速率下，于90℃反应3h。
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯在110℃下混炼5小时，得到混合物。
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，其中双螺杆挤出机的喂料段温度为140℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为190℃，机头温度为165℃，得到监控摄像头防护用的tpu材料。
实施例2
本实施例提供的监控摄像头防护用的tpu材料的制备原料包括如下重量份的组分：
其中，异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶4形成的混合物，多元醇的数均分子量为4000，含磷腈的聚酯的聚合度n为7，聚碳酸酯的数均分子量为3000，扩链剂为1,4-丁二醇和1,5-戊二醇的组合物，催化剂为月硅酸二丁锡。
制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在120r/min的搅拌速率下，于80℃反应5h。
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯在100℃下混炼8小时，得到混合物。
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，其中双螺杆挤出机的喂料段温度为150℃，混合段温度为160℃，挤出段温度为200℃，机头温度为170℃，得到监控摄像头防护用的tpu材料。
实施例3
本实施例提供的监控摄像头防护用的tpu材料的制备原料包括如下重量份的组分：
其中，异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶8形成的混合物，多元醇的数均分子量为1000，含磷腈的聚酯的聚合度n为10，聚碳酸酯的数均分子量为10000，扩链剂为1,3-丙二醇，催化剂为辛酸亚锡和二辛酸二丁锡的组合物。
制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在80r/min的搅拌速率下，于100℃反应1h。
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯在120℃下混炼3小时，得到混合物。
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，其中双螺杆挤出机的喂料段温度为130℃，混合段温度为140℃，挤出段温度为180℃，机头温度为160℃，得到监控摄像头防护用的tpu材料。
实施例4
本实施例提供的监控摄像头防护用的tpu材料的制备原料包括如下重量份的组分：
其中，异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶7形成的混合物，多元醇的数均分子量为3000，含磷腈的聚酯的聚合度n为1，聚碳酸酯的数均分子量为8000，扩链剂为1,3-丙二醇，催化剂为辛酸亚锡和二辛酸二丁锡的组合物。
制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在110r/min的搅拌速率下，于85℃反应4h。
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯在115℃下混炼4小时，得到混合物。
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，其中双螺杆挤出机的喂料段温度为145℃，混合段温度为155℃，挤出段温度为185℃，机头温度为167℃，得到监控摄像头防护用的tpu材料。
实施例5
本实施例提供的监控摄像头防护用的tpu材料的制备原料包括如下重量份的组分：
其中，异氰酸酯为三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯以质量比为1∶5形成的混合物，多元醇的数均分子量为1000，含磷腈的聚酯的聚合度n为3，聚碳酸酯的数均分子量为5000，扩链剂为乙二醇、乙二胺和1,3-丙二醇的组合物，催化剂为二辛酸二丁锡。
制备方法包括以下步骤：
(1)将异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂加入容器中，在90r/min的搅拌速率下，于95℃反应2h。
(2)将含磷腈的聚酯、双酚a二缩水甘油醚、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯在105℃下混炼7小时，得到混合物。
(3)向步骤(1)反应后的物料中加入步骤(2)得到的混合物，混合，利用双螺杆挤出机挤出，其中双螺杆挤出机的喂料段温度为135℃，混合段温度为145℃，挤出段温度为185℃，机头温度为162℃，得到监控摄像头防护用的tpu材料。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，本对比例中三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为1∶14。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，本对比例中三甲基硅基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的质量比为1∶1。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，本对比例没有添加含磷腈的聚酯，而双酚a二缩水甘油醚的添加量为实施例1中含磷腈的聚酯和双酚a二缩水甘油醚的添加量之和，即在本对比例中双酚a二缩水甘油醚的添加量为15重量份。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，本对比例没有添加含磷腈的聚酯，而双酚a二缩水甘油醚的添加量为实施例1中含磷腈的聚酯和双酚a二缩水甘油醚的添加量之和，即在本对比例中双酚a二缩水甘油醚的添加量为15重量份。
对实施例1-5和对比例1-4提供的tpu材料进行性能测试；对实施例1-5和对比例1-4提供的tpu材料耐候性测试：将tpu进行下面耐候性实验后，测试材料的力学性能，结果如表1。
耐候性实验过程：
(1)高温-淋水循环80次，每次6h
试件表面温度升至70℃，升温和恒温时间总共3小时，淋水(15℃)1小时，静置2小时。
(2)加热-冷冻循环20次，每次24h
试件表面温度升至50℃，升温和恒温时间总共8小时，恒温不小于5小时，降温至-20℃，降温和恒温时间16小时，恒温不小于12h。
(3)静置7天，测试力学性能。
表1
由数据可知，本发明提供的tpu材料耐候性好，在经过耐候性测试之后，材料的力学性能下降程度极小，仍可以满足应用要求。并且由数据可以看出，本发明提供的tpu材料的透明度在85％以上，氧指数达到28.2％以上，具有一定的阻燃性。并且，由实施例与对比例的数据进行对比可知，本实施例提供的技术方案可以使tpu材料的综合性能达到最佳。
本发明通过上述实施例来说明本发明的一种监控摄像头防护用的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。