超纖革無(wú)溶劑技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用探究

鄭永貴，王寶帥，劉云霞，張豐杰，姜月暉，王曉磊

（1.山東同大海島新材料股份有限公司，山東 昌邑261300；2.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710021)

超纖革是合成革的一大類(lèi)，它主要是利用聚氨酯在基布上采用干法貼面或濕法加工等工序制備而成。聚氨酯合成革一般由基布層、發(fā)泡層和面層三層結(jié)構(gòu)組成。由于聚氨酯材料本身具有特殊的軟硬段結(jié)構(gòu)以及發(fā)泡、多孔等特性，超纖革在手感、抗磨損、耐彎曲等方面具有眾多優(yōu)異的性能[1]，這使得聚氨酯超纖革類(lèi)成為了現(xiàn)階段真皮最主流的替代產(chǎn)品。

隨著人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的不斷提高，國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)的逐步完善，超纖革傳統(tǒng)的濕法生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)溶劑和有機(jī)揮發(fā)物受到越來(lái)越多的限制[2]。因此，誕生了直接將聚氨酯擠出到面料上，實(shí)現(xiàn)聚氨酯層和面料之間緊密貼合的無(wú)溶劑貼面技術(shù)。

作為一種新型的環(huán)保加工技術(shù)，超纖革無(wú)溶劑貼面技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)上降低了有機(jī)污染物的產(chǎn)生，簡(jiǎn)化了超纖革的生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)成品具有耐磨耐刮性好、耐老化性好、綠色生態(tài)化好的特點(diǎn)[3]。

雖然目前超纖革無(wú)溶劑貼面工藝已基本成熟，并已進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)，但是生產(chǎn)過(guò)程中工人的操作水平、生產(chǎn)環(huán)境的細(xì)節(jié)變化也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品批次出現(xiàn)差異[4]，這是因?yàn)闊o(wú)溶劑聚氨酯成型過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，涉及到含異氰酸酯預(yù)聚體與含羥基預(yù)聚體及水之間的化學(xué)反應(yīng)[5]。尤其在夏季這種高溫高濕的環(huán)境下，大機(jī)生產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)剝離強(qiáng)度偏低的現(xiàn)象，并且出現(xiàn)干法面層與無(wú)溶劑層脫層的剝離異常（如圖1）。

針對(duì)此異常現(xiàn)象，本文專(zhuān)門(mén)研究了生產(chǎn)環(huán)境溫度濕度偏高以及樹(shù)脂中水分含量偏高對(duì)超纖革無(wú)溶劑貼面造成的影響情況，并針對(duì)此種情況進(jìn)一步調(diào)整無(wú)溶劑型的配方，既保證了超纖無(wú)溶劑產(chǎn)品正常的生產(chǎn)，又滿(mǎn)足了性能檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)（如圖2）。

圖1 剝離異常狀態(tài)

圖2 剝離正常狀態(tài)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

匯得科技無(wú)溶劑樹(shù)脂9003A，匯得科技無(wú)溶劑樹(shù)脂9003B，匯得科技無(wú)溶劑樹(shù)脂9003C，基布采用山東同大海島新材料自制的CB7-12HH。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

超纖革無(wú)溶劑貼面技術(shù)生產(chǎn)線(xiàn)采用元鴻機(jī)械的YHA-170-164，聚氨酯噴涂機(jī)采用溫州飛龍的PU60FS-GR1，掃描電子顯微鏡采用飛納的Phenom Pure，拉力機(jī)采用高鐵的GT-AI-3000，噴金設(shè)備采用中科科儀的SBC-12 型。

1.3 主要實(shí)驗(yàn)

超纖無(wú)溶劑貼面工藝有兩個(gè)重點(diǎn)控制的時(shí)間點(diǎn)：①常溫不流動(dòng)時(shí)間（t0）：A 料和B 料高速攪拌混合后，在常溫環(huán)境混合漿料不流動(dòng)需要的時(shí)間，該時(shí)間越長(zhǎng)越好，這樣混合后的漿料在刀口不宜粘刀，大機(jī)生產(chǎn)時(shí)可操作時(shí)間長(zhǎng)。②高溫樹(shù)脂固化時(shí)間（t1）：無(wú)溶劑樹(shù)脂貼面基布后，經(jīng)過(guò)高溫烘燥固化需要的時(shí)間，該時(shí)間越短越好，這樣可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，并且產(chǎn)品熟化效果更好[6]。

本次試驗(yàn)以匯得科技的無(wú)溶劑樹(shù)脂9003A/9003B/9003C 為材料，經(jīng)大機(jī)試驗(yàn)并確定最佳的調(diào)配比例9003A∶9003B∶9003C=100∶80∶3，確定t0控制在5～7 min，t1控制在10 min 以?xún)?nèi)為最佳，因此在濕度90%的生產(chǎn)環(huán)境下，以A 料為基準(zhǔn)，驗(yàn)證配比不同的B 料對(duì)超纖革的剝離強(qiáng)度的影響情況，共試驗(yàn)了方案1：9003A∶9003B∶9003C=100∶85∶3；方案2：9003A∶9003B∶9003C=100∶80∶3；方案3：9003A∶9003B∶9003C=100∶75∶3 三種配比方案，并根據(jù)不同的環(huán)境溫度，對(duì)比驗(yàn)證最佳的催化劑添加比例，試驗(yàn)方案匯總?cè)绫?。

表1 實(shí)驗(yàn)方案

1.4 物理性能檢測(cè)

將貼面完成后的超纖革在烘箱干燥處理，通過(guò)拉力機(jī)對(duì)三種方案的成品剝離強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.5 儀器分析

將貼面完成后的超纖革在烘箱干燥處理，通過(guò)噴金使得表面覆蓋金屬膜后進(jìn)行掃描電鏡觀察，對(duì)比三種方案的微觀結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果討論

2.1 剝離強(qiáng)度分析

通過(guò)高溫高濕的生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)三種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了探索研究，試驗(yàn)結(jié)果如表2。由表格得出：隨著9003B 占比的不斷上升，成品的剝離強(qiáng)度不斷下降，9003B 的含量與剝離強(qiáng)度呈反比關(guān)系。這是由于無(wú)溶劑9003B 料的成分是異氰酸酯，異氰酸酯的濕敏性使得產(chǎn)品很容易與水分進(jìn)行反應(yīng)并產(chǎn)生氣泡，造成剝離強(qiáng)度偏低等異常情況。

2.2 掃描電鏡分析

對(duì)比三種方案的電鏡照片發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部的泡孔結(jié)構(gòu)不一致，剝離強(qiáng)度高的基本無(wú)泡孔，說(shuō)明B 料與水分沒(méi)有反應(yīng)（如圖3）；剝離強(qiáng)度偏低的有部分泡孔，說(shuō)明部分B 料與水分發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生氣泡（如圖4）；剝離強(qiáng)度最低的有較多泡孔，說(shuō)明很多B 料與水分發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生氣泡（如圖5）。

表2 不同的無(wú)溶劑配比對(duì)應(yīng)的剝離強(qiáng)度

圖3 掃描電鏡圖

圖4 掃描電鏡圖

圖5 掃描電鏡圖

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，環(huán)境濕度偏高或漿料中水分偏多時(shí)，通過(guò)降低B 料的用量反而產(chǎn)品的效果最好。這是因?yàn)楫惽杷狨ィā狽CO）最先與羥基（—OH）進(jìn)行反應(yīng)，多余的異氰酸酯（—NCO）再與水分進(jìn)行反應(yīng)生成CO2產(chǎn)生氣泡，因此，在環(huán)境濕度偏高或漿料中水分偏多時(shí)，要嚴(yán)格控制B 料的用量，使羥基（—OH）與異氰酸酯（—NCO）當(dāng)量相當(dāng)，異氰酸酯基多了會(huì)產(chǎn)生氣泡并導(dǎo)致成品手感偏硬，少了出現(xiàn)產(chǎn)品熟化不足的問(wèn)題。

圖6 催化劑比例與環(huán)境溫度之間的關(guān)系

2.3 常溫不流動(dòng)時(shí)間（t0）與催化劑用量

如圖6 所示，在保持常溫不流動(dòng)時(shí)間不變的情況下，隨著環(huán)境溫度的下降，反應(yīng)催化劑的用量不斷增多。因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度升高后，無(wú)溶劑樹(shù)脂的反應(yīng)速度會(huì)加快，會(huì)造成常溫不流動(dòng)時(shí)間（t0）變短，影響大機(jī)操作。所以，要控制常溫不流動(dòng)時(shí)間（t0）不變，需要進(jìn)一步調(diào)整催化劑的用量。

3 結(jié) 論

超纖革無(wú)溶劑產(chǎn)品大機(jī)生產(chǎn)時(shí)，受環(huán)境溫度和濕度影響比較大，在高濕度的環(huán)境中，首先考慮到水分會(huì)消耗部分異氰酸酯（—NCO），因此往往會(huì)選擇提高B 料異氰酸酯（—NCO）的用量，通過(guò)試驗(yàn)分析，提高B 料用量反而會(huì)降低產(chǎn)品的剝離狀態(tài)。最佳的方案是做到羥基（—OH）與異氰酸酯（—NCO）當(dāng)量更精確，產(chǎn)品效果才有保障。在不同的溫度環(huán)境下，需進(jìn)一步優(yōu)化催化劑的用量，才能保證常溫不流動(dòng)時(shí)間（t0）穩(wěn)定，有利于大機(jī)操作的正常生產(chǎn)。