顏學(xué)斌，鄭重，劉明鑫

(清遠(yuǎn)市齊力合成革有限公司高企項(xiàng)目組，廣東 清遠(yuǎn) 511540)

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無(wú)溶劑雙組份材料在PU合成革上的應(yīng)用技術(shù)

顏學(xué)斌，鄭重，劉明鑫

(清遠(yuǎn)市齊力合成革有限公司高企項(xiàng)目組，廣東 清遠(yuǎn) 511540)

溶劑型PU合成革的生產(chǎn)制造工藝，在全世界生產(chǎn)制造型企業(yè)的范圍內(nèi)普遍提倡“綠色”“環(huán)保”“安全”“節(jié)能”的今天，已面臨著轉(zhuǎn)型、升級(jí)的趨勢(shì)，一些更加環(huán)保、節(jié)能、安全的生產(chǎn)制造工藝將被消費(fèi)者越來(lái)越接受，在此背景下，水性合成革、無(wú)溶劑合成革、TPU合成革等新型工藝的呼聲越來(lái)越高，一些全球500強(qiáng)的化學(xué)品材料供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)出了可以被市場(chǎng)認(rèn)可的新型材料和工藝。2012年以來(lái)，公司對(duì)市場(chǎng)上的新型環(huán)保材料和工藝進(jìn)行分析、考察，結(jié)合公司的實(shí)際情況，決定開展無(wú)溶劑方面的理論研究和實(shí)踐，并成立無(wú)溶劑合成革項(xiàng)目組，會(huì)同公司相關(guān)部門，接觸了市場(chǎng)上銷售無(wú)溶劑雙組份材料的所有公司以及絕大部分的無(wú)溶劑設(shè)備供應(yīng)商，歷經(jīng)約5年的時(shí)間，初步形成了適合我司的無(wú)溶劑PU合成革生產(chǎn)工藝，為加強(qiáng)行業(yè)同仁們的聯(lián)系，共同推動(dòng)無(wú)溶劑項(xiàng)目的發(fā)展，筆者就我司幾年來(lái)的研究理論做一下闡述，從以下四個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明：

1 無(wú)溶劑PU合成革和傳統(tǒng)溶劑型PU合成革生產(chǎn)工藝的對(duì)比分析

1.1 傳統(tǒng)溶劑型PU合成革生產(chǎn)工藝(以最常用工藝示例)

濕法——干法——三版印刷處理——壓紋—三版印刷處理—拋光(或噴涂)——揉紋—成品檢驗(yàn)。該工藝需要用到大量的有機(jī)溶劑，如DMF、ACE、BAC等，生產(chǎn)過(guò)程需要消耗大量的熱能、電能，同時(shí)需要專門的回收系統(tǒng)來(lái)處理廢氣、廢水。

1.2 無(wú)溶劑PU合成革生產(chǎn)工藝(以最常用工藝示例)

干法面料——無(wú)溶劑雙組份底料——(三版印刷處理)——(拋光)——成品檢驗(yàn)，打括弧部分的工藝可以選擇進(jìn)行。生產(chǎn)過(guò)程僅在干法面料配方中添加少量的有機(jī)溶劑即可，電能、熱能消耗可以減少三分之一以上。如果干法面料采用水性面料配方或無(wú)溶劑面料配方，就是真正意義上做到了零溶劑，完全不含有機(jī)溶劑成分。

1.3 兩種工藝對(duì)比分析

傳統(tǒng)溶劑型PU合成革的特點(diǎn)是熱塑性、單組份、可壓紋可重塑紋路、工藝耗時(shí)長(zhǎng)、物理性能差、化學(xué)性能差、環(huán)保性能差、通常DMF的含量都在100-1000PPM。無(wú)溶劑PU合成革的特點(diǎn)是熱固性、雙組份、不易壓紋不可重塑紋路、產(chǎn)品彈性大、工藝耗時(shí)短、物理性能佳、化學(xué)性能佳、環(huán)保性能佳、可以做到0-10PPM。現(xiàn)階段，二者互有優(yōu)缺點(diǎn)，成本方面，無(wú)溶劑PU合成革略高于傳統(tǒng)溶劑型PU合成革，但隨著該工藝的發(fā)展，成本將逐步降低，甚至有可能低于傳統(tǒng)溶劑型PU合成革的成本，而不能壓紋的缺點(diǎn)，也一定會(huì)得到完美的解決。

2 無(wú)溶劑PU合成革生產(chǎn)工藝解析

從無(wú)溶劑PU合成革的生產(chǎn)工藝最重要的三個(gè)組成部分來(lái)分別進(jìn)行闡述

2.1 無(wú)溶劑雙組份材料的組成以及工藝實(shí)施方式

眾所周知，聚氨酯(POLYURETHANE，簡(jiǎn)稱為PU)的合成技術(shù)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，由多元醇組分+異氰酸酯組分，經(jīng)過(guò)一系列的合成條件，耗時(shí)幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)，才能生成聚氨酯樹脂的成品。而PU合成革的生產(chǎn)，需要在極短的時(shí)間段內(nèi)完成化學(xué)反應(yīng)，常規(guī)的聚氨酯合成手段勢(shì)必不能達(dá)到要求，早些年，用雙組份澆注機(jī)來(lái)生產(chǎn)鞋底原液，給了我們很好的思路，用專門研發(fā)的無(wú)溶劑雙組份上料機(jī)的多個(gè)罐體，分別盛裝多元醇組分和異氰酸酯組分，在多元醇組分里面添加有催化劑和其他功能型助劑，以加快聚氨酯的合成反應(yīng)，使聚氨酯的反應(yīng)可以在幾分鐘之內(nèi)完成。但由于材料的特殊性，多元醇組分和異氰酸酯組分必須通過(guò)分開的管道，用PLC進(jìn)行控制，將兩個(gè)組分在上料機(jī)的槍頭處進(jìn)行高速混合分散，在一定的壓力下通過(guò)針閥將混合均勻的材料釋放出來(lái)，槍頭以預(yù)先調(diào)好的固定左右移動(dòng)速度，澆筑到已涂布好干法面料并烘干了的離型紙上，該離型紙可以是帶紋路的離型紙，也可以是平紋紙，然后以8-20M/min的線速度，經(jīng)過(guò)溫度設(shè)置為80-120℃、長(zhǎng)度為18—20M的烘箱，進(jìn)行預(yù)交聯(lián)，在產(chǎn)生粘性后，與基材進(jìn)行貼合，經(jīng)過(guò)溫度設(shè)置為110-130 ℃、長(zhǎng)度為50M的烘箱，進(jìn)行充分熟成、冷卻后，將離型紙和合成革進(jìn)行分離，制得無(wú)溶劑PU合成革成品，如有需要，可以進(jìn)行表面處理。

2.2 無(wú)溶劑PU合成革用上料機(jī)

為完美實(shí)施無(wú)溶劑工藝，對(duì)上料機(jī)的要求非常高：設(shè)備的精度要求特別高，有條件的可以使用流量計(jì)來(lái)準(zhǔn)確計(jì)量每種組分在計(jì)量泵和槍頭處吐出的料，精確到毫克級(jí)別，其中，以質(zhì)量流量計(jì)為最佳。如果每種組分吐出的量不準(zhǔn)，那么造成的結(jié)果就是兩種組份在槍頭混合腔處，不能按照預(yù)先設(shè)定好的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行混合，造成反應(yīng)不完全，其結(jié)果就是生產(chǎn)出來(lái)的PU合成革是不合格品。除此以外，對(duì)設(shè)備的溫度指數(shù)也有很高的要求，包括兩種組份在上料機(jī)罐體里面的溫度、在槍頭處混合腔混合之后的溫度、槍頭冷卻循環(huán)系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性、外界環(huán)境的溫度等等。還有罐體的密封性能影響也非常大，因?yàn)槊芊獠缓玫那闆r下，空氣中的水分子會(huì)進(jìn)入材料中，尤其是異氰酸酯組分與水會(huì)起化學(xué)反應(yīng)，消耗有效的異氰酸酯活性基團(tuán)數(shù)量，增加成本的同時(shí)讓品質(zhì)不可控。

2.3 無(wú)溶劑PU合成革生產(chǎn)工藝的影響因素

無(wú)溶劑PU合成革是化學(xué)發(fā)泡和機(jī)械發(fā)泡的方式，以化學(xué)發(fā)泡為主，對(duì)溫度、反應(yīng)時(shí)間非常敏感，從無(wú)溶劑PU合成革的工藝設(shè)計(jì)到無(wú)溶劑上料機(jī)以及其他生產(chǎn)設(shè)備、人員的操作、無(wú)溶劑原材料的品質(zhì)以及運(yùn)輸、儲(chǔ)存方式，所選擇的基材和其他輔助材料、乃至各個(gè)部門的各個(gè)崗位的協(xié)調(diào)管理等等，都有著近乎嚴(yán)苛的要求，每個(gè)細(xì)節(jié)都要注意，稍有疏忽，將給制造企業(yè)帶來(lái)的是不合格的產(chǎn)品，造成巨大的損失。

3 無(wú)溶劑PU合成革生產(chǎn)工藝示例

3.1 正式生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作

分析所做品種的技術(shù)特點(diǎn)，制定技術(shù)方案——選擇無(wú)溶劑化料品—按比例配置無(wú)溶劑化料多元醇組份中的每種材料，下稱M——高速攪拌M料至完全分散均勻—將M料打入到上料機(jī)的M罐中—通過(guò)PLC手動(dòng)開啟罐頂攪拌以及罐底循環(huán)泵—裝入異氰酸酯組份(因?yàn)榛钚曰鶊F(tuán)為-NCO，所以下稱為N料)——通過(guò)PLC手動(dòng)開啟罐頂攪拌以及罐底循環(huán)泵—開啟模溫機(jī)的M料和N料的加熱裝置，M料設(shè)置為35—45度，N料設(shè)置為25—35度—配置干法面料(選擇溶劑型干法面料，以DMF+ACE做為稀釋溶劑)——高速攪拌好干法面料，待用—準(zhǔn)備好基材，本示例選擇的基材為0.8MM微毛經(jīng)編彈力布—準(zhǔn)備好離型紙—標(biāo)定上料機(jī)的M料和N料，符合PLC中提前輸入好的工藝參數(shù)，并吐出1—2小杯雙組份混合料，開啟記時(shí)系統(tǒng)，清洗機(jī)器，查看杯中混合料的發(fā)泡情況是否正常，正常后表明一切情況良好，可以投入生產(chǎn)——設(shè)置好干法生產(chǎn)線各烘箱段溫度以及送排風(fēng)調(diào)節(jié)按鈕，準(zhǔn)備生產(chǎn)就緒。

3.2 正式生產(chǎn)工藝流程如下

離型紙放卷—上干法面料—烘至全干—上料機(jī)開啟，按照標(biāo)定好的工藝參數(shù)，啟動(dòng)運(yùn)行，開始澆注雙組份混合料，設(shè)計(jì)線速10M/MIN—通過(guò)溫度設(shè)置為80℃的長(zhǎng)度為20M預(yù)交聯(lián)烘箱，2MIN后到達(dá)貼合位—與基布進(jìn)行貼合(貼合間隙已提前設(shè)置好)——通過(guò)溫度設(shè)置為130℃的長(zhǎng)度為50M的熟成烘箱，5分鐘后到達(dá)冷卻輪處—離型紙與革分離—無(wú)溶劑合成革收卷——離型紙收卷—放置3—5小時(shí)后—成品檢驗(yàn)—得到無(wú)溶劑雙組份PU合成革成品—取樣待次日檢測(cè)物理性能和化學(xué)性能，并進(jìn)行環(huán)保檢測(cè)。

4 無(wú)溶劑PU合成革與溶劑型PU合成革相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

檢測(cè)項(xiàng)/對(duì)比項(xiàng)無(wú)溶劑雙組份PU合成革溶劑型PU合成革剝離強(qiáng)度(Kg/3CM)3-81.5—2.5耐磨強(qiáng)度(Taber測(cè)試)3000轉(zhuǎn)不破/H18,1Kg200轉(zhuǎn)破/H18,1Kg八大重金屬PASSPASS最新REACH法規(guī)(SGS檢測(cè))PASSPASSDMF含量(SGS檢測(cè),PPM)0-10100-1000耐水解性(叢林測(cè)試,SGS)3Years1Year成本分析(工藝成本)1.5元—3元/100微米厚,每平方米1.2元—2元/每平方米

5 總結(jié)

從以上幾個(gè)部分的說(shuō)明可以看出，無(wú)溶劑雙組份PU合成革相比溶劑型PU合成革的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的，但同樣存在著一定的劣勢(shì)，因?yàn)閺椥源?，熱固性的原因，暫時(shí)還不易壓紋，大部分只能選擇紙紋紙來(lái)賦予皮革紋路，這樣做出來(lái)的產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)單，層次感不夠，成本上偏高，現(xiàn)在的技術(shù)還談不上成熟，不良率明顯高于溶劑型PU合成革。但隨著材料開發(fā)商越來(lái)越多的參與到無(wú)溶劑相關(guān)材料和技術(shù)領(lǐng)域，與之配套的設(shè)備商在設(shè)備上的投入也越來(lái)越大，同樣的，對(duì)該項(xiàng)目感興趣的合成革制造企業(yè)也越來(lái)越多，群策群力，可以預(yù)見(jiàn)的是，2—3年后，該技術(shù)體系將走向成熟，材料單價(jià)將接近現(xiàn)在的溶劑型PU合成革，隨之帶來(lái)的是，大量的國(guó)內(nèi)外訂單，使無(wú)溶劑項(xiàng)目能夠得到可持續(xù)化的發(fā)展。

TS565

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1671-1602(2016)22-0006-02