水性PU 合成革物理發(fā)泡層的性能及其影響因素

段航行

（浙江羅星實業(yè)有限公司，浙江 嘉興 314000）

通過模仿真皮組織結(jié)構(gòu)可以得到發(fā)泡層結(jié)構(gòu)信息，獲得與真皮類似的手感及舒適程度。發(fā)泡層具有大量的微型泡孔結(jié)構(gòu)，能夠提高合成革材料的透水透氣性能，使其獲得較高的豐滿性、柔軟性。發(fā)泡層制作過程涉及化學(xué)反應(yīng)，在受熱分解之后會產(chǎn)生氣體，形成微孔結(jié)構(gòu)，降低漿料表面的張力。

一、水性PU 合成革物理發(fā)泡層樹脂產(chǎn)品介紹

水性PU 合成革發(fā)泡層樹脂是含有陰離子型水性聚氨酯的乳液，在生產(chǎn)水性合成革貝斯及紡織涂層過程中具有重要的應(yīng)用價值。在經(jīng)過機械發(fā)泡之后制作出來的貝斯具有較好的手感及剝離強度，透氣性良好，能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)各種服裝革、箱包革、沙發(fā)革產(chǎn)品中，為制作出精美的汽車內(nèi)飾材料奠定了良好的基礎(chǔ)。

該材料具有水性環(huán)保的特點，有機溶劑含量較低。固含量較高，能夠有效提高生產(chǎn)效率。同時，由于該材料柔軟性較高，回彈率高，具有較好的觸摸手感?？梢栽谄渲刑砑哟罅康奶盍?，具有較高的性價比，獲得更高的經(jīng)濟效益。

在運輸過程中，該材料需要保存在通風(fēng)良好且保持干燥的庫房中，避免光照直射，在0℃到40℃之間進行存儲及運輸。通常來講，該材料的有效期是半年，可以按照非危險品標(biāo)準(zhǔn)運輸。

二、驗證水性PU 合成革物理發(fā)泡層的性能試驗分析

（一）試驗過程中需要用到的原料分析

首先，試驗過程中需要用到聚醚多元醇原料，用有機聚合物作為起始劑，在環(huán)氧乙烷等多種催化劑的作用之下發(fā)生加聚反應(yīng)，確定科學(xué)的配比及加料順序，生產(chǎn)出各種通用的試劑種類。

其次，試驗過程中需要用到三羥甲基丙烷及二羥甲基丙酸兩種原料，均屬于化學(xué)純材料，具有穩(wěn)定的性能，能夠溶于其他化學(xué)試劑中，在合成航空潤滑油及印刷油墨時具有十分重要的應(yīng)用，起到熱穩(wěn)定劑的作用。

再次，試驗過程中需要用到丙酮材料，也被稱作是二甲基酮。該有機物是最簡單的飽和酮，表現(xiàn)為無色透明液體狀態(tài)，具有微香氣味，能夠溶解于水、甲醇、乙醚等其他有機溶劑中，具有容易揮發(fā)、在空氣中燃燒的特點，具有較活潑的化學(xué)性質(zhì)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，該材料被廣泛應(yīng)用于纖維制造、皮革生產(chǎn)及噴漆領(lǐng)域中，具有較大的應(yīng)用價值。

另外，試驗過程中需要用到三乙胺試劑。該有機化合物是一種無色的油狀液體，有強烈氨臭氣味，容易在空氣中燃燒。能夠在水、乙醇等溶劑中溶解，有強烈的刺激性，在明火及高溫條件下甚至可能會發(fā)生爆炸危險，在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以被用作催化劑、防腐劑、合成染料，具有極高的應(yīng)用價值。

最后，試驗過程中需要用到脂肪醇聚氧乙烯醚助劑，是活性劑中發(fā)展速度較快、用量最多的化學(xué)品種之一。由聚乙二醇及脂肪醇縮合形成的醚具有較高的活性，理化性質(zhì)優(yōu)良，在皮革生產(chǎn)行業(yè)中具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（二）試驗中需要用到的設(shè)備分析

首先，在試驗中需要用到精密電動攪拌機，以獲得良好的攪拌效果。該設(shè)備是在大功率電動攪拌機基礎(chǔ)上改進形成的，具有優(yōu)越的抗腐蝕功能，操作簡單便捷，運作過程平穩(wěn)，能夠無極調(diào)速，強有力的馬達(dá)能夠在較大范圍內(nèi)攪拌高粘度的液體，在大貨樣品的生產(chǎn)過程中具有十分重要的作用。

其次，在試驗中需要用到電熱鼓風(fēng)烘箱，對生產(chǎn)的產(chǎn)品或研究試驗樣品進行快速烘干處理，運用熱處理功能解決生產(chǎn)過程中遇到的加熱問題，在保證質(zhì)量的前提條件下，具有較好的安全性能。

再次，在試驗中需要用到織物透濕探測儀，用來測定各種織物、絮棉及太空棉等用于制造過程的材料透濕性，反映了產(chǎn)品的透氣、排汗功能，是評價產(chǎn)品舒適性及安全性的重要指標(biāo)。

最后，在試驗中需要用到高速剪切混合乳化機，物料在底鍋內(nèi)攪拌的過程中，不斷更新界面信息，將物料壓縮在均質(zhì)器中，通過轉(zhuǎn)子與定子之間的剪切力、分散物料，打破物粒，在短時間內(nèi)完成乳化目標(biāo)。

（三）試驗具體過程分析

首先，需要合成水性PU 樹脂材料，為試驗過程提供研究對象。將聚醚多元醇及多異氰酸酯加入到攪拌裝置中，經(jīng)過加熱、攪拌冷凝之后加入二羥甲基丙酸材料，經(jīng)過足夠的反應(yīng)時間之后，在催化劑作用之下促使完成乳化過程。在蒸餾出丙酮之后可以獲得固含量較高的水性PU 乳液。

其次，需要制備出高質(zhì)量的超微皮革粉末。把皮革廠削勻、磨革及從成品革車間渠道的牛皮碎屑放在機械粉碎機中，經(jīng)過一個小時之后取出，用過濾網(wǎng)獲得高純度的粉末，并保留起來備用。過濾之后的皮革粉末需要在水中浸泡24 小時以上，在分散機的作用之下獲得高速的乳化速度，在攪拌均勻之后可以獲得粒子大小大致相等的皮革粉末。

再次，為了更好的運用水性PU 樹脂的物理發(fā)泡程序，可以在乳液中加入適量的發(fā)泡劑及穩(wěn)定劑，在獲得足夠的發(fā)泡倍率之后加入適量的填料，在經(jīng)過攪拌之后即可獲得填料與發(fā)泡漿料均勻混合的發(fā)泡液體。

最后，需要制備好合成革水性PU 物理發(fā)泡層，稱量一定量的水性PU 發(fā)泡材料，倒入鋪于玻璃板上的離型紙上，在涂抹棒的作用下均勻混合，并在烘箱中烘干，經(jīng)過冷卻之后即可獲得試驗中用到的水性PU 物理發(fā)泡層材料。

三、試驗測試項目分析

（一）測量發(fā)泡漿料的粘稠度及發(fā)泡層的成肌性

根據(jù)生產(chǎn)流程中的比例制備水性PU 漿料，將其均勻涂抹在具有一定深度的凹槽中，經(jīng)過干燥作用之后測量其厚度，即可得到膜厚度與凹槽深度的比例關(guān)系，獲得涂層的成肌數(shù)值大小，定量表示試驗數(shù)據(jù)，獲得可靠性較強的試驗結(jié)果。

在測量發(fā)泡漿料的粘度時，可以運用數(shù)顯粘度計獲得測量數(shù)據(jù)信息，將轉(zhuǎn)速設(shè)定為每分鐘30 轉(zhuǎn)，測試溫度設(shè)置為25℃。為了獲得更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果，可以運用多次測量取平均值的方式，獲得發(fā)泡漿料粘度數(shù)據(jù)信息。

（二）測定涂膜的各項力學(xué)性能及透水透氣性

在測定力學(xué)性能時，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)制取樣本，使其在合適的抗張強度、撕裂強度及斷裂伸長長度內(nèi)獲得合理的拉伸速率。

為了獲得涂膜的SEM 表征信息，需要將制作好的水性PU 合成革物理發(fā)泡層切斷，制成大小適中的樣品，并在載物臺上添加電膠材料，經(jīng)過噴金處理之后，將載物臺放在掃描儀器當(dāng)中，科學(xué)調(diào)整載物臺的高度，及時觀察掃面電鏡開口，開動掃描設(shè)備，嚴(yán)格按照操作步驟完成試樣拍照任務(wù)，經(jīng)過處理分析之后獲得合理的表征數(shù)據(jù)信息。在測量涂抹的透水透氣性時，需要將適量的蒸餾水放置在器皿中，并在其上放置橡皮墊圈及試樣，確保鋁制螺絲緊緊固定在器皿上，再放到稱量設(shè)備上稱重。在試驗器具中放置適量的濃硫酸，經(jīng)過空氣的風(fēng)華作用之后獲得稱重信息。

（三）測量合成革發(fā)泡層的剝離強度

沿著中間線剪開已經(jīng)加工完成的合成革，并用專用的表面粘結(jié)劑固定材料表層，經(jīng)過輥壓、烘干及粘貼之后將樣品剪成長寬固定的長條形樣品，用速度固定的拉力試驗機完成拉伸任務(wù)，完成角度為180 度的剝離，測量出表面層及基體層之間的剝離強度狀況信息。

四、影響水性PU 合成革物理發(fā)泡層材料性能的因素分析

（一）發(fā)泡劑的種類對發(fā)泡層材料性能的影響

不同種類的發(fā)泡劑具有相異的發(fā)泡能力及穩(wěn)泡能力，其表面的活性對發(fā)泡層材料的性能具有較大影響。在泡沫形成的過程中，氣泡的數(shù)量會對液膜表面產(chǎn)生較大影響，泡沫體系表面能會隨之發(fā)生變化。表面能較大時會使得液膜的存在時間逐漸縮短，給泡沫形成過程產(chǎn)生了較大的阻礙作用。發(fā)泡劑表面會附著著大量的表面活性劑，決定著表面活性水平，其中表面活性越高的發(fā)泡劑越容易形成泡沫。泡沫液膜性質(zhì)由穩(wěn)泡性能決定，為彈力較好、強度較高的液膜形成奠定了良好基礎(chǔ)。

（二）發(fā)泡倍率的大小對發(fā)泡層材料性能的影響

水性PU 合成革材料的剝離程度較差，需要運用控制涂層小孔大小及數(shù)量的方式解決剝離程度難題。發(fā)泡倍率會對發(fā)泡層的機械性能及使用手感產(chǎn)生較大影響，在控制發(fā)泡劑用量時，改變發(fā)泡倍率及攪拌時間，能夠達(dá)到高效控制小孔實際大小與數(shù)量的目的。在水性PU溶液中加入發(fā)泡劑及穩(wěn)泡劑，運用物理機械發(fā)泡控制發(fā)泡倍率，能夠獲得關(guān)于合成革材料的剝離強度及機械性能信息。

實際上，水性PU 合成革材料的剝離強度及抗張撕裂嵌強度會隨著發(fā)泡倍率的增加而降低。發(fā)泡倍率的提升會使得樹脂乳液中融入較多的空氣，增大發(fā)泡層中小孔的大小及數(shù)量，導(dǎo)致微孔結(jié)構(gòu)變薄，強度嚴(yán)重降低。小孔數(shù)量增加會使得發(fā)泡層的柔軟度提高，但是在發(fā)泡倍率超過200%之后，會獲得較差的手感，微孔結(jié)構(gòu)大量破裂。

（三）填料種類對發(fā)泡層機械性能及透水透氣性的影響

填料在合成革材料中具有重要作用。首先，填料會調(diào)整發(fā)泡層中的小孔結(jié)構(gòu)，使其以微小顆粒狀態(tài)分布在發(fā)泡體系當(dāng)中，加速了水性聚氨酯分子的凝聚過程，提高樹脂材料的凝固速率。其次，填料會使得合成革材料具備一些特殊功能，間接改變發(fā)泡層的功能。

超微皮革粉體的表面是肉面層，在沒有經(jīng)過加脂之前，會獲得較為疏松、干枯的纖維結(jié)構(gòu)，在與漿料充分混合之后可以獲得較高的漿料粘稠度，使其流動性變差。添加超微皮革粉體之后的發(fā)泡漿料具有較細(xì)膩均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，但填料對其發(fā)泡能力影響較小，對發(fā)泡層的小孔結(jié)構(gòu)影響較大。添加填料不會影響發(fā)泡層微孔結(jié)構(gòu)的完整性，可以有效改善發(fā)泡層的平整程度及豐滿度，使其具備更好的手感。超微皮革粉體的纖維排列較為緊密，在加工過程中具有大量的砂礫雜質(zhì)。

在發(fā)泡工藝相同的條件下，不同種類的填料會對水性PU 合成革材料的機械性能產(chǎn)生較大影響。在填料加入之后，發(fā)泡層的孔結(jié)構(gòu)會隨之增加，對泡沫產(chǎn)生較大的破壞性，機械性能受到的影響較大。在實際生產(chǎn)過程中，加入填料能夠降低生產(chǎn)成本，改變發(fā)泡層的特殊性能。

填料種類也會對發(fā)泡層的透水透氣性產(chǎn)生較大影響。合成革的透水透氣性是評判質(zhì)量的一項重要標(biāo)準(zhǔn)。在添加填料之后，發(fā)泡層的透水透氣性會有明顯提高，其中成品超微皮革粉體的作用最為明顯。纖維素材料具有較好的親水性，有效改善材料的透水透氣性能，使其具備柔軟的手感。

（四）超微皮革粉末用量大小對發(fā)泡層材料性能的影響

首先，粉體用量會對水性PU 合成革的透水透氣性產(chǎn)生較大影響。超微皮革粉末用量增加時，發(fā)泡層的透濕率也會隨之增加。發(fā)泡層本身具有良好的透水透氣性，在粉末的作用之下，會在一定范圍內(nèi)提高透濕率。但是在粉末用量增加到一定值時，發(fā)泡層的透水透氣性會隨之趨于平衡，達(dá)到相對穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。

其次，粉體用量會對水性PU 合成革的機械性能產(chǎn)生較大影響。粉末含量的增加會使得發(fā)泡層的抗張強度及撕裂強度不斷降低。粉末會對發(fā)泡層內(nèi)部均勻分布的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞性，阻礙了新化學(xué)鍵的生成，在界面處存在大量的縫隙，對其機械性能產(chǎn)生了較大影響。

（五）烘干溫度對發(fā)泡層材料性能的影響

在水性PU 合成革生產(chǎn)的過程中，溫度大小起著至關(guān)重要的作用，影響著實際生產(chǎn)過程。隨著烘干溫度的提高，烘干時間會隨之變短，干燥速率會加快。較高的溫度可以對發(fā)泡層帶來較多能量，使得水分能夠快速蒸發(fā)出去，獲得較高的干燥速率。較高的溫度會使得撕裂抗張強度不斷增強，機械性能不斷提高。高溫下發(fā)泡層的顆粒感較強，聚氨酯分子之間的粘結(jié)度較高。但是在過高的溫度環(huán)境中，發(fā)泡層表面呈現(xiàn)出粗糙的特征，顆粒感較強。這是因為在溫度高于水的沸點之后，溶劑水會迅速蒸發(fā)，小泡也會隨之快速破裂，顆粒感嚴(yán)重。

在較低溫度情況下，發(fā)泡層會獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)及平整的表面，溫度增高會伴隨著水分的蒸發(fā)，顆粒纖維震蕩頻率增加，機械性能逐漸改善。

五、結(jié)語

綜上所述，水性PU 合成革樹脂材料柔軟，具有良好的性能。經(jīng)過試驗可知，水性PU 合成革物理發(fā)泡層性能會受到烘干溫度、填料種類、發(fā)泡倍率、粉末用量、發(fā)泡劑種類等因素影響，可以在實驗中通過測量合成革發(fā)泡層的剝離強度、涂膜的各項力學(xué)性能及透水透氣性等,驗證各種因素對水性PU 合成革材料的影響程度。