發(fā)泡劑對水性聚氨酯合成革貝斯性能的影響研究

錢涵霏，顧勇冰，陳新，李季衡

（麗水學(xué)院，浙江 麗水 323000）

中國作為合成革的生產(chǎn)國和消費(fèi)國，生產(chǎn)能力約占世界總生產(chǎn)能力的80%?，F(xiàn)在我國的主流樹脂是合成樹脂，在合成革樹脂中添加水性聚氨酯乳液，可以降低VC的釋放。在采用生態(tài)聚氨酯時(shí)，可以直接干燥形成膠片，但涂層結(jié)構(gòu)平坦會導(dǎo)致透氣性變差。合成革與天然皮革具有相似的透氣性和滲透性。近年來，我們研究了合成革聚氨酯泡沫的整個(gè)過程。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過傳統(tǒng)溶劑的合成，將溶膠類丙烯酸酯（AC）乳化，大大改善了水性聚氨酯中AC的分散均勻性，形成了均勻的泡沫樹脂膜。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

水性聚氨酯乳液（固體成分50%），自制；偶氮二酰胺（發(fā)泡劑AC）；尿素；硬脂酸鋅；氧化鋅硬脂酸；泡沫穩(wěn)壓器；成膜劑F-974；穩(wěn)壓劑4010。

1.2 漿料的配制及貝斯的制備

在水性聚氨酯乳液中，通過磁攪拌器、添加膜構(gòu)建器、F-974粘度增強(qiáng)劑、4010增稠劑和氣泡調(diào)整劑等，將靜消泡2 H用線材涂布膏涂布在基板布上，并投入紅外線干燥烤箱中[1-2]。初始溫度為60 ℃，設(shè)定最高溫度為160 ℃。我們在干燥的同時(shí)，可以看到合成革會在樹脂層發(fā)泡。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)泡助劑的選擇

AC是一種常用的發(fā)泡劑，由傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯樹脂制成。目前，AC是合成革制備的主要發(fā)泡劑，其氣體量大，發(fā)泡效率高，但分解溫度也高。因此我們需要通過發(fā)泡助劑來降低溫度，分別以硬脂酸鋅和硬脂酸氧化鋅為助吹劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10 ℃/min的速率升溫，并用熱重差熱分析儀（TG-DTA）測定其降解狀態(tài)[3-4]。

從圖1可以看出，如果添加不同的泡沫添加劑，則AC熱解衰減峰會向低溫方向移動(dòng)。從表1可以分析出，三種不同助吹劑的加入對降低AC分解溫度有一定作用。本實(shí)驗(yàn)選用尿素作為AC的發(fā)泡劑，并對其進(jìn)行了還原，通過減小AC的分解溫度范圍，可以大幅度降低AC的分解溫度。AC的添加破壞了尿素分子的共軛能量，因此促進(jìn)了AC的解離效果。

圖1 發(fā)泡劑 AC 及幾種常用助劑分解放熱對比圖

表1 不同發(fā)泡體系分解溫度對比

2.2 發(fā)泡劑用量的選擇

2.2.1 發(fā)泡劑用量對泡孔形態(tài)的影響

由于AC不溶于水，因此在本實(shí)驗(yàn)中很難在水性漿液中均勻分散或乳化AC，我們要改善其在水性聚氨酯漿液中的分散性，并增加發(fā)泡樹脂層中氣泡孔的均勻性。

從圖2可以看出，使用發(fā)泡劑AC的發(fā)泡橡膠膜的氣泡尺寸和使用的發(fā)泡劑AC的量有關(guān)。發(fā)泡劑AC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%（固體樹脂組成物）（圖2a），氣泡率低，氣泡尺寸不均勻。隨著發(fā)泡劑AC含量的增加，多孔性和發(fā)泡劑AC含量也增加。在0.3%（圖2c）的情況下，孔是均勻的。當(dāng)發(fā)泡劑AC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.35%時(shí)，一些小氣泡鏈與大氣泡結(jié)合，就會導(dǎo)致大分子矩陣的連續(xù)性急劇下降（圖2d）。當(dāng)發(fā)泡劑AC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.4%時(shí)，泡沫橡膠膜的內(nèi)部是氣泡結(jié)合的大孔。

圖2 不同用量發(fā)泡劑AC發(fā)泡后泡沫體斷面電鏡照片

2.2.2 發(fā)泡劑用量對泡孔均勻性的影響

掃描電子顯微鏡圖像可以清晰地顯示氣泡的存在，我們能夠大致觀察到氣泡的分布，但想要進(jìn)行更多的了解就需要借助專業(yè)的軟件[5-6]。在本實(shí)驗(yàn)中，利用Image-Pro Plus軟件對氣泡孔的分布情況進(jìn)行了研究和分析，見表2。

表2 不同用量的泡劑AC的貝斯泡孔情況對比

平均直徑代表氣泡孔的大小，分散性則反映了氣泡的大小。數(shù)值越小，泡孔尺寸的均勻性就越好。通過以上實(shí)驗(yàn)，我們會發(fā)現(xiàn)團(tuán)簇狀泡孔的大小具有泡孔分布均勻的特征。由于分散性最小，成團(tuán)率不高，如果將發(fā)泡劑AC添加到0.3%，發(fā)泡劑的質(zhì)量指數(shù)在0以上，發(fā)泡腔的直徑就會變大，分布均勻性也會變差。隨著給藥量的增加，氣泡會慢慢變得均勻。這是因?yàn)殡S著孔數(shù)量的增加，相鄰氣泡之間的距離變得非常小，因?yàn)闅馀葜g的距離是氣泡孔的厚度之一。而且，相鄰氣泡的孔數(shù)內(nèi)部壓力不同，隨著氣泡孔的平均直徑增加，則會導(dǎo)致氣泡孔的均勻性降低。

2.2.3 發(fā)泡劑用量對發(fā)泡樹脂性能的影響

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們研究了由發(fā)泡劑AC（發(fā)泡劑尿素的量不同）發(fā)泡的氣泡的通氣性和拉伸強(qiáng)度。結(jié)果如表3所示。

表3 發(fā)泡劑用量對泡沫體力學(xué)性能的影響

2.2.4 發(fā)泡劑用量對聚氨酯泡體力學(xué)性能的影響

我們以HCFC一141b作為發(fā)泡劑，調(diào)節(jié)其用量，在發(fā)泡成型模具中發(fā)泡，比較其所得到的聚氨酯泡體力學(xué)性能，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，隨著發(fā)泡劑用量的增加，泡沫的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，斷裂伸長率總體增加，抗壓強(qiáng)度降低。這種變化基本上符合HCFC141b泡沫結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和發(fā)泡劑的使用規(guī)律，即開孔越大，泡沫的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率越低。但是我們對于抗壓強(qiáng)度變化的原因還需要進(jìn)一步的研究。

3 結(jié)論

通過本實(shí)驗(yàn)可知，在AC乳化后，可通過混合尿素降低分解溫度，提高水性聚氨酯的分散均勻性，并通過加熱形成薄膜。我們還測試了基本拉伸強(qiáng)度、通氣性和比表面積，結(jié)果顯示當(dāng)發(fā)泡AC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.3%時(shí)，樹脂層的透水性增加了53%，拉伸強(qiáng)度減少了16%。我們得到了拉伸強(qiáng)度好、透氣性高的防水聚氨酯合成革貝斯。