合成革贝斯用水性聚氨酯发泡涂层的成膜性能研究.pdf

生产与应用合成革贝斯用水性聚氨酯发泡涂层的成膜性能研究王彦栋 孙丽娟 王 焕 蒋红梅(上海华峰新材料研发科技有限公司 上海)摘 要:以水性聚氨酯发泡树脂与发泡剂、分散剂、填料及其他助剂复配得到水性聚氨酯浆料采用机械发泡方式阶梯式升温烘干工艺制得水性聚氨酯合成革贝斯通过性能测试与扫描电镜等对贝斯性能及结构进行表征探究了发泡剂用量、发泡倍率与烘干工艺对贝斯性能的影响 结果表明:的发泡剂可使贝斯的性能达到最佳此时剥离强度达到 /挠曲次数可达.万次在满足应用条件的最低发泡倍率.倍时贝斯剥离强度最大为 /挠曲次数为.万次随着发泡倍率的提高贝斯的性能呈现下降趋势起烘阶段的烘干温度与时长对贝斯的性能有较大的影响随着起烘温度的提高贝斯的性能呈现上升的趋势而随着起烘时间的延长贝斯的性能呈现出先升高后降低的趋势二烘干阶段则无明显影响关键词:水性聚氨酯物理发泡发泡剂剥离强度烘干工艺中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.通信联系人 水性聚氨酯具有环保、加工便利等优势可广泛应用于涂料、胶黏剂和油墨等领域 在合成革行业中通过水性聚氨酯的机械发泡技术可以改善产品涂层扁平、丰满度欠缺、透湿性差以及真皮感不佳等问题 虽然水性聚氨酯乳液本身具有一定的发泡性能但由于其表面张力高仍需要加入发泡剂以及其他助剂辅助形成更为稳定的泡沫结构 现有文献报道对发泡原理包括发泡设备、发泡的基本原料、发泡工艺等进行了较为深入的研究鲜有文献全面地探究发泡过程(发泡剂用量、发泡倍率等)与烘干过程对合成革贝斯(在基布表层涂了一层聚氨酯后形成的中间产品)的共同影响本研究向市售聚氨酯发泡树脂中复配发泡剂、填料、增稠剂等助剂得到水性聚氨酯发泡浆料并进一步制备了水性合成革贝斯研究了发泡剂用量、发泡倍率以及烘干工艺对贝斯性能的影响并采用扫描电镜()表征了干态泡沫的形态 研究结果可对贝斯的制备提供一定的指导 实验部分.主要原料和仪器设备水性聚氨酯发泡树脂 浙江华峰合成树脂有限 公 司 发 泡 剂、增 稠 剂、分散剂 上海凯茵化工有限公司重钙粉马克新材料科技有限公司黑色浆 苏州世名科技股份有限公司 以上均为工业级 型砂磨分散搅拌多用机上海现代环境工程技术股份有限公司 型电热恒温鼓风干燥箱上海齐欣科学仪器有限公司 型拉力机英斯特朗(上海)实验设备贸易有限公司 型数显黏度计上海方瑞仪器有限公司 型扫描电子显微镜()卡尔蔡司光学(中国)有限公司 型皮革耐挠性试验机高铁检测仪器(东莞)有限公司.水性聚氨酯发泡浆料的制备称取 的水性聚氨酯发泡树脂 向其中加入.的分散剂、黑色浆 和一定量发泡剂 将混合乳 年第 卷 第 期.聚氨 酯 工 业 液在分散机上以 /的转速搅拌 后再向其中加入 重钙粉然后将转速提高至/继续搅拌 混合均匀后再提高转速至 /开始鼓入空气发泡并缓慢多次往其中加入增稠剂 调整至黏度为 、发泡倍率为.最后转速降低至 /搅拌 进行稳泡即得到所需发泡浆料密封后备用.水性聚氨酯贝斯的制备将上述配制好的发泡浆料倾倒约 在平铺的基布()上使用 涂刮棒自上而下将浆料均匀地刮涂在基布上然后将基布进行阶梯式烘干起烘阶段先置于 烘箱中保持 二烘干阶段再转移至 烘箱中保持 取出后冷却得到贝斯试样.测试与表征发泡倍率测试:将未发泡浆料倒入一次性纸杯中(倒满)称取原浆料质量 发泡后使用同样的一次性纸杯倒满后称取浆料质量 与 的比值即为发泡倍率使用 观察发泡涂层贝斯横截面的微观结构形态(均为径向)根据/裁取贝斯制样在拉力机上测试样品的剥离强度拉伸速度 /在制备好的发泡涂层贝斯上按照 :标准裁取样品夹到皮革耐挠性试验机上测试直到试样表面出现开裂现象记录此时耐挠曲次数 结果与讨论.发泡剂用量的影响控制发泡倍率均为.倍烘干时间和温度均为 (即起烘阶段为 保持 二烘干阶段为 保持 下同)不同发泡剂用量的贝斯的剥离强度和耐挠曲性能数据见表 图 为发泡剂用量分别为、的贝斯的横截面电镜图片表 不同发泡剂用量制备的贝斯的力学性能数据质量分数/剥离强度/()挠曲次数/万次.由表 中数据以及图()可看出水性聚氨酯图 不同发泡剂添加量的贝斯横截面的 图乳液在不添加发泡剂的情况下具有一定的发泡能力此时泡孔比较大泡壁较薄贝斯的剥离强度为/挠曲次数为.万次 随着发泡剂用量的提升贝斯的剥离强度与挠曲次数呈现先升高后降低的趋势当发泡剂质量分数为 时剥离强度最高为 /挠曲次数达到了.万次 这是由于发泡剂的加入降低了溶液的表面张力有利于泡沫的及时修复提升了泡沫的稳定性 然而随着发泡剂用量的继续增加形成的气泡的泡壁中水性聚氨酯的含量降低泡沫的泡壁厚度降低从而泡沫强度下降 因此发泡剂用量较高时贝斯性能反而降低.发泡倍率的影响发泡剂质量分数均为 烘干工艺参数均为 不同发泡倍率的贝斯的剥离强度和耐挠曲性能数据见表 图 为发泡倍率为.倍与.倍的贝斯的横截面电镜图片表 不同发泡倍率制备的贝斯的性能测试数据发泡倍率/倍.剥离强度/()挠曲次数/万次.图 不同发泡倍率的贝斯横截面的 图 由表 可知当发泡倍率为.倍时贝斯剥离强度为 /挠曲次数可达.万次当发泡倍率达到.倍时贝斯剥离强度降至 /挠曲次数也降低至.万次 这表明随着发泡倍率的增加贝斯剥离强度逐渐降低 对比.倍与.倍的贝斯的 图随着发泡倍率的增加水性聚氨聚氨酯工业 第 卷酯与空气的体积比变小贝斯中空气的占比增加大泡孔的占比也增加这降低了水性聚氨酯跟基材之间的结合面积同时也使得贝斯涂层中气泡壁变薄因此剥离强度降低.烘干工艺的影响不同烘干工艺所制备贝斯的性能也存在差异工业生产上贝斯通常分阶段进行烘干包括不同的烘干温度与烘干时长 本研究使用两段式烘干过程包括一烘干阶段(即为起烘阶段)与二烘干阶段.起烘阶段的影响发泡剂质量分数均为 控制发泡倍率均为.倍二烘干阶段烘干工艺参数均为 起烘时长均为 时不同起烘温度下所制备的贝斯的力学性能数据见表 图 为起烘温度分别为 、与 的贝斯的横截面电镜图片表 不同起烘温度的贝斯的力学性能测试数据起烘温度/剥离强度/()挠曲次数/万次.图 不同起烘温度的贝斯横截面 图 由表 可知随着起烘温度的提高贝斯的剥离强度与挠曲次数均呈现升高的趋势 对比起烘温度分别、的泡沫形态随起烘温度的提高泡孔更加均匀致密 这是由于在低温条件下水分烘干速度较慢一定时间内泡孔内部的水分相对较高这部分水分的存在使得形成泡壁的分子具有一定的运动能力泡壁的烘干成型较慢泡沫易破裂合并或者消失因此在涂层中间部分形成一些大泡液膜在重力的影响下向下运动下层堆积形成致密的泡层 由图()可见这些大泡的泡壁较薄稳定性不足因此性能也比较差 当起烘温度较高时水分烘干速度较快液膜排液速度也相应较快短时间内泡壁即可烘干成型泡沫不易合并与破裂如图()与图()所示贝斯的泡沫状态更加紧致细腻因此表现出更好的性能控制发泡倍率均为.倍发泡剂质量分数均为 二烘干阶段烘干工艺参数均为 起烘温度为 时不同的起烘时长所得到的贝斯的力学性能数据见表 图 为起烘时长分别为、和 的贝斯的横截面电镜图片表 不同起烘时长的贝斯的力学性能测试数据起烘时长/剥离强度/()挠曲次数/万次.图 不同起烘时长的贝斯横截面 图片 由表 可知随起烘时长的增加贝斯的剥离强度与挠曲次数先升高后降低 起烘时长为 时剥离强度最高达到 /挠曲次数相应地达到.万次 由图 可见当起烘时长为 时泡层中存在较多的大泡起烘时长为 时泡孔相对均匀 这是由于起烘时间过短泡孔还没有定型时就进入水分高速烘干的阶段因此形成的泡孔较大结构粗糙泡壁薄厚不一 而在低温起烘时间过久又会导致水分烘干过慢泡孔长时间无法定型进而在重力作用下一些泡孔合并或者消失也会导致一些较大的泡孔产生进而影响到贝斯的性能.二烘干阶段的影响发泡倍率均为.倍发泡剂质量分数均为起烘阶段工艺参数均为 二烘干阶段不同烘干温度与时长下制备的贝斯的剥离强度和耐挠曲性能数据见表 表 二烘干阶段不同烘干温度与时长下的贝斯的力学性能测试数据烘干温度/烘干时长/剥离强度/()挠曲次数/万次.第 期 王彦栋等合成革贝斯用水性聚氨酯发泡涂层的成膜性能研究 由表 可以看出在二烘干阶段不同的烘干温度与时长条件下贝斯的剥离强度与挠曲次数无显著差异 这是由于起烘阶段泡孔已经基本烘干定型二烘干阶段起到的作用主要是进一步完成贝斯内部水分的烘干对泡孔状态不再产生明显影响 结论()随着发泡剂用量的提高贝斯的性能先升高后降低发泡剂质量分数在 时效果最佳剥离强度达到 /耐曲挠达到.万次()随发泡倍率提升贝斯的剥离强度和耐挠曲性能下降()起烘阶段的温度与时长均对贝斯的力学性能有显著的影响 随起烘温度的提升贝斯性能提高随起烘时长的增加贝斯的性能先升高后降低 二 烘 干 阶 段 则 对 贝 斯 的 性 能 无 明 显 的影响参 考 文 献 王旭鹏.应用于水性聚氨酯体系的发泡稳泡剂制备及其性能研究.扬州:扬州大学.王小君余冬梅周银彬等.水性聚氨酯发泡涂层的成膜性能.印染():.宋利青石红翠毛祖秋等.高固低黏水性聚氨酯研究进展.聚氨酯工业():.陈杨钱晓明宋兵.水性聚氨酯合成革发泡成型技术的研究及进展.中国皮革():.赵国玺.表面活性剂作用原理.北京:中国轻工业出版社.夏吉倩.水性聚氨酯物理发泡技术及成膜的性能研究.济南:齐鲁工业大学.曲建波张斐斐李楠.水性聚氨酯机械发泡涂层技术.济南:第十一届全国皮革化学品学术交流会暨中国皮革协会技术委员会第 届年会摘要集.刘巧宾李晖揣成智等.发泡剂对水性聚氨酯合成革贝斯性能的影响研究.聚氨酯工业():.收稿日期 修回日期 (.):()././.:作者简介 王彦栋 男 年出生本科主要从事水性合成革的研究欢 迎 投 稿 欢 迎 刊 登 广 告聚氨酯工业 第 卷