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        發(fā)泡劑對水性聚氨酯仿麂皮性能的影響

        2019-12-27 02:07:28狄守月王建明
        染整技術 2019年11期
        關鍵詞:靜水壓

        狄守月,王建明

        (北京服裝學院材料科學與工程學院,北京 100029)

        傳統(tǒng)的合成革涂層劑以溶劑型的聚氨酯(PU)為主,其中含有大量的DMF 等有害溶劑[1],在生產(chǎn)過程中,水會將涂膜內(nèi)的DMF 置換出來,對環(huán)境造成污染,并且DMF 在皮革中容易殘留,從而使產(chǎn)品存在安全問題[2-3]。隨著環(huán)保要求的提高,人們相繼開發(fā)了以水為溶劑的水性聚氨酯(WPU)涂層劑,水性聚氨酯具有無毒、無臭味、無污染、不易燃燒等優(yōu)點,同時水性聚氨酯用作織物涂層具有成膜性好,遮蓋力強,黏結牢固,涂層光亮、平滑、耐曲折、易于清潔保養(yǎng)等特點,因此水性聚氨酯得到了廣泛應用[4-8],目前誠遠皮革科技有限公司已經(jīng)生產(chǎn)出水性家具革、水性PU革等,金山環(huán)材制作了干法和濕法水性PU 產(chǎn)品(如JT-18056、JT-18057)。為了增加水性聚氨酯合成革的透氣性、豐滿性、柔軟性,讓合成革和真皮有相似的手感,發(fā)泡層的存在尤為重要[9]。

        發(fā)泡的方法可以分為化學發(fā)泡法和物理發(fā)泡法。化學發(fā)泡法又稱為熱分解發(fā)泡法,其原理是添加化學發(fā)泡劑的涂層在加熱干燥的過程中,發(fā)泡劑受熱分解產(chǎn)生氣體,從而在涂層中形成很多泡孔。物理發(fā)泡法,一種是加入主要成分為表面活性劑的發(fā)泡劑,降低表面張力,通過物理機械攪拌鼓入空氣,從而形成泡沫,然后再通過干燥,使其形成具有泡孔結構的發(fā)泡涂層;另一種是加入一種微小的球狀塑料顆粒,受熱時殼內(nèi)氣體膨脹,微球體積增大,同時微球外殼不會破裂,仍保持一個完整的密封球體。物理發(fā)泡法可以避免有毒氣體的產(chǎn)生,不會對人體造成危害[4,10]。本實驗采用物理發(fā)泡法的第2種,雖然發(fā)泡層可以改變合成革的透氣性、柔軟性、豐滿性,從而提高合成革的手感,但是也會影響合成革的其他性能,如頂破強力、耐靜水壓等,因此需要控制發(fā)泡劑在溶液中的比例[11-12]。

        制備不同發(fā)泡劑用量的WPU 溶液,在莫代爾基布上涂覆相同的量,烘干、焙烘制備不同發(fā)泡劑用量的仿麂皮。通過測定仿麂皮的靜水壓、透氣性、硬挺度、頂破強力來確定仿麂皮最佳的發(fā)泡劑用量。

        1 實驗

        1.1 材料與儀器

        藥品:2426A 水性聚氨酯WPU(浙江德美博士達有限公司),Tx-31 發(fā)泡劑(東莞市鴻鼎化工有限公司),氫氧化鈉(分析純,國藥集團化學試劑有限公司)。

        織物:莫代爾纖維針織布(商業(yè)用品,220 g/m2,樂信布業(yè))。

        儀器:Datacolor 500測色配色儀[Datacolor商貿(mào)(上海)有限公司],OEM 電子精密天平[奧豪斯國際貿(mào)易(上海)有限公司],BPG-9140A 電熱鼓風干燥箱(上海一恒科技有限公司),H22-X30電磁爐(杭州九陽生活電器有限公司),CAC150透氣度試驗機(英國Veri-Vide 公司),HDO26N電子織物強力儀(南通宏大實驗儀器有限公司),Y-014 Hydro Static Head Tester(Sdlatlas 公司),M003B 自動懸臂式硬挺度試驗機(錫萊-亞太拉斯有限公司),F(xiàn)FD-1定壓厚度測量器(深圳市鑫騰明計量儀器商行),JEOL JSM-6360LV 掃描電鏡(日本電子公司)。

        1.2 水性聚氨酯仿麂皮的制備

        基布的預處理:將莫代爾基布用NaOH 水溶液處理,以去除基布表面的油污。

        涂料的制備:取300 g WPU置于燒杯中,加入不同質(zhì)量的發(fā)泡劑(對WPU質(zhì)量)、2%的增稠劑,將混合液在磁力攪拌上攪拌均勻,制得不同發(fā)泡劑用量的水性聚氨酯溶液。

        仿麂皮的制備:準備3塊莫代爾基布(基布的尺寸大于19 cm×24 cm即可),準確稱取并記錄其質(zhì)量;將WPU 溶液用刮刀通過全透網(wǎng)(規(guī)格19 cm×24 cm,見圖1)涂覆到基布上,放入70 ℃的電熱鼓風干燥箱中烘15 min;重復上述操作,直至3塊基布上有相同質(zhì)量的WPU,然后在120 ℃焙烘,得到不同發(fā)泡劑用量的仿麂皮,記錄仿麂皮的質(zhì)量。

        圖1 全透網(wǎng)規(guī)格

        1.3 測試

        1.3.1 耐靜水壓

        參照GB/T 4744—2013 靜水壓法,在Hydro Static Head Tester上測試。

        1.3.2 硬挺度

        參照GB/T 18318.1—2009 斜面法,在自動懸臂式硬挺度試驗機上測試。

        1.3.3 透氣性

        參照GB/T 5453—1997,在透氣度試驗機上進行測試,測試面積為20 cm2,壓強為200 Pa。

        1.3.4 頂破強力

        參照GB/T 19976—2005鋼球法,在電子織物強力儀上測試。實驗中采用的鋼球直徑為25 mm,試驗機的速度為300 mm/min。

        1.3.5 仿麂皮的厚度

        通過定壓厚度測量器,在2 kPa 的壓力下測量仿麂皮的厚度。

        1.3.6 成膜性

        配制不同發(fā)泡劑用量的WPU溶液,將發(fā)泡漿料均勻涂覆在規(guī)格為80 mm×30 mm×4 mm的聚四氟乙烯凹槽中,干燥后測定膜的厚度,膜的厚度與玻璃板凹槽深度的比值,即為涂層的成膜數(shù)值。

        1.3.7 表觀形貌

        通過掃描電鏡拍攝仿麂皮的表觀圖和截面圖。

        2 結果與討論

        2.1 發(fā)泡劑用量對仿麂皮耐靜水壓、硬挺度、透氣性的影響

        按1.2 的實驗工藝制備仿麂皮,測不同發(fā)泡劑用量仿麂皮的耐靜水壓、硬挺度、透氣率,結果如圖2~4所示。

        由圖2~4可知,隨著發(fā)泡劑用量的增大,仿麂皮的耐靜水壓、硬挺度逐漸減小,而透氣率逐漸增大。這是因為隨著發(fā)泡劑用量的提高,泡孔量增多,仿麂皮表面的空隙增多,再加上泡孔內(nèi)氣體的作用,使得涂層的硬度下降;而涂層空隙的增多使得仿麂皮的耐靜水壓減小,透氣性增大。但是下降或者增大的趨勢逐漸變緩,主要原因是發(fā)泡劑的引入對仿麂皮的性能影響較大,同時發(fā)泡劑對仿麂皮性能的影響有一定的限度。透氣性改善較小的原因是微球發(fā)泡劑所發(fā)泡孔為封閉式,球殼不會破裂,沒有空隙的生成。

        圖2 發(fā)泡劑用量對耐靜水壓的影響

        圖3 發(fā)泡劑用量對硬挺度的影響

        圖4 發(fā)泡劑用量對透氣率的影響

        2.2 發(fā)泡劑用量對仿麂皮頂破強力的影響

        按1.2 的實驗工藝制備仿麂皮,測不同發(fā)泡劑用量仿麂皮的頂破強力,結果見圖5。

        由圖5可知,隨著發(fā)泡劑用量的增加,頂破強力逐漸減小。這是因為發(fā)泡劑用量提高,泡孔的數(shù)量增加,內(nèi)部缺陷增多,在頂破強力實驗中容易造成應力集中,使仿麂皮在較低的應力作用下被破壞,從而導致頂破強力減小。

        2.3 不同發(fā)泡劑用量下WPU仿麂皮的厚度

        由表1 可知,隨著發(fā)泡劑用量的增加,WPU 仿麂皮逐漸變厚。這主要是因為隨著發(fā)泡劑用量的增多,仿麂皮厚度方向泡孔增多,而泡孔為封閉式,從而會使仿麂皮的厚度增大。加入發(fā)泡劑,WPU仿麂皮明顯變厚,這說明引入發(fā)泡劑后明顯改善了仿麂皮的手感和回彈性。

        表1 WPU仿麂皮的厚度

        2.4 不同發(fā)泡劑用量下WPU的成膜性

        由表2 可知,隨著發(fā)泡劑用量的增加,WPU 的成膜性有所增強。這是因為微球發(fā)泡劑發(fā)泡后使WPU膜變厚。

        表2 WPU的成膜性

        2.5 不同發(fā)泡劑用量下仿麂皮的表觀圖和截面圖

        2.5.1 不同發(fā)泡劑用量下仿麂皮的表觀圖

        由圖6可知,隨著發(fā)泡劑用量的提高,表面凸起的封閉式泡孔增多,仿麂皮表面的空隙增多,達到一定的量后,仿麂皮表面出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。內(nèi)部微觀缺陷增多。這與仿麂皮性能隨著發(fā)泡劑用量變化趨勢的分析結果一致。由圖6d可知,當發(fā)泡劑用量達到3.0%后,仿麂皮表面開始出現(xiàn)裂痕,這會嚴重影響仿麂皮的性能,因此需要將發(fā)泡劑的用量控制在一定的范圍內(nèi)。

        2.5.2 不同發(fā)泡劑用量下仿麂皮的截面圖

        由圖7可知,由于該發(fā)泡劑為封閉式發(fā)泡劑,因此對仿麂皮透氣性的改善效果并不明顯。隨著發(fā)泡劑用量的增多,WPU 涂層內(nèi)部泡孔數(shù)量增多,從而影響仿麂皮的性能。這與仿麂皮性能變化的原因相符合。

        圖7 仿麂皮的截面圖

        3 結論

        (1)隨著發(fā)泡劑在溶液中用量的增加,仿麂皮的耐靜水壓、硬挺度、頂破強力均下降,而透氣率上升。WPU 的厚度隨著發(fā)泡劑用量的增加而增大,使WPU膜成膜性越來越好。

        (2)發(fā)泡劑用量需要控制在一定的范圍內(nèi),最佳發(fā)泡劑用量為2%,仿麂皮的耐靜水壓為50.6 cmH2O,硬挺度為2.56 mN·cm,透氣率為0.693 mm/s,頂破強力為363.5 N。此時仿麂皮的手感豐滿,更加接近真皮的手感。

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