服用PU合成革涂層熱穩(wěn)定性影響因素和評(píng)價(jià)方法研究

成松濤 陳 明

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京 210007）

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服用PU合成革涂層熱穩(wěn)定性影響因素和評(píng)價(jià)方法研究

成松濤 陳 明

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京 210007）

摘 要重新組合并構(gòu)建涂層熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)方法，同時(shí)對(duì)比三因素對(duì)涂層熱穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：溫度對(duì)于PU合成革涂層熱穩(wěn)定性影響最為顯著，負(fù)荷和時(shí)間對(duì)其影響微乎其微。另外，涂層表面處理劑對(duì)其熱穩(wěn)定性也有一定的影響。

關(guān)鍵詞涂層熱穩(wěn)定性;影響因素;評(píng)價(jià)體系

Study on the influencing factors and evaluation methodology of PU coating thermal stability

CHENG Song-tao CHEN Ming
(JiangSu Textiles Quality Services Inspection Testing Institute，Jiangsu Nan Jing 210007,China)

Abstract The evaluation methodology for the experiment resultsare combined andreconstructed, and three influencing factorson the thermal stability of coatingwere studied. The experimental results showed that the temperature influenced apparently the thermal stability of PU synthetic leather coating, other components hardly influenced it.Besides, coating surface treatment agent affected it to some extent.

Key words the thermal stability of coating;influencing factors;evaluation methodology

20世紀(jì)60年代，隨著聚氨酯工業(yè)和非織造布技術(shù)在人工革上的應(yīng)用，誕生了新一代合成革。特別是超細(xì)纖維工業(yè)化技術(shù)的突破，給合成革工業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)新的革命。

涂層熱穩(wěn)定性是表征合成革涂層物理性能的一個(gè)重要指標(biāo)。合成革標(biāo)準(zhǔn)中主要分為抗粘連性和耐熱粘著性。抗粘連性側(cè)重考核在惡劣使用環(huán)境條件（高溫、強(qiáng)壓）下，PU造面合成革涂層牢度以及涂層接觸面之間的粘著性能。而耐熱粘著性，主要用于檢測(cè)合成革（濕法涂層）耐熱程度。

涉及聚氨酯合成革的標(biāo)準(zhǔn)中，如QB/T1646—2007《聚氨酯合成革》、GB/T8949-2008《聚氨酯干法人造革》、QB/T2888-2007《聚氨酯束狀超細(xì)纖維合成革》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涂層熱穩(wěn)定性的溫度、負(fù)荷和時(shí)間不盡相同，且結(jié)果評(píng)價(jià)描述不統(tǒng)一、偏主觀性。本課題通過(guò)對(duì)比三因素對(duì)PU合成革涂層熱穩(wěn)定性的影響，更加科學(xué)、量化指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)此項(xiàng)目。

1 聚氨酯類合成革涂層熱穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)歸類

標(biāo)準(zhǔn)　適用范圍　熱穩(wěn)定性能　參數(shù)　考核項(xiàng)目QB/T1646—2007聚氨酯合成革[1]適用于針刺非織造布經(jīng)聚氨酯樹(shù)脂濕法加工、溶劑萃取以及系列后整理工藝制成的具有中空藕狀纖維結(jié)構(gòu)的聚氨酯合成革。耐熱黏著性溫度：100±2℃負(fù)重：3kg時(shí)間：1h光澤表面形狀分5級(jí)

GB/T8949—2008聚氨酯干法人造革[2]適用于針織布基和機(jī)織布基為底基，經(jīng)干法聚氨酯涂層工藝制作的人造革。抗粘著性溫度：80±2℃負(fù)重：10N時(shí)間：3h剝離力度表面形狀分5級(jí)QB/T2888—2007聚氨酯束狀超細(xì)纖維合成革[3]適用于海島型復(fù)合纖維非織造布經(jīng)聚氨酯樹(shù)脂濕法凝固、溶劑萃取以及后整理工藝制成的具有束狀超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的合成革耐熱粘著性溫度：100±2℃負(fù)重：3kg時(shí)間：1h光澤表面形狀共5級(jí)QB/T2958—2008服裝用聚氨酯合成革[4]適用于以機(jī)織布基和針織布基為底基，經(jīng)干、濕法聚氨酯涂層工藝制作的服裝用聚氨酯合成革。耐熱黏著性（參照8949）溫度：80±2℃負(fù)重：10N時(shí)間：3h剝離力度表面形狀分5級(jí)FZ/T73028—2009針織人造革服裝[5]適用于以各種針織人造革（以針織布料為基布，以合成樹(shù)脂為主要原料加工而成）為主要面料，成批生產(chǎn)的各類服裝。抗粘著性（參照8949）溫度：80±2℃負(fù)重：10N時(shí)間：3h剝離力度表面形狀分5級(jí)

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

選取有代表性的服裝用PU合成革（波司登公司提供）；烘箱/Y801A；GOTECH AI-7000S拉力儀（選取量程50kgf，測(cè)定速度100mm/min，氣動(dòng)夾具，夾持寬度60mm）

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

步驟1：裁取60mm×100mm的試樣6片，每2片試樣表面層疊合一起。共三對(duì)試樣，夾于60mm×60mm×3mm的玻璃夾片中，玻璃夾片與試樣寬度一邊對(duì)齊，再加上負(fù)重砝碼，置于鼓風(fēng)恒溫烘箱內(nèi)。達(dá)到預(yù)定時(shí)間，除去砝碼，室溫放置1h后，進(jìn)行評(píng)級(jí)。

步驟2：拉力儀夾持試樣露出部分上下兩層（約40mm）分別夾持上下氣動(dòng)夾具，進(jìn)行拉力測(cè)定，取力值最大值。

2.3 評(píng)價(jià)體系（根據(jù)實(shí)際測(cè)量和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃?rùn)n）見(jiàn)下表：

評(píng)級(jí)　　剝離力度評(píng)級(jí)　PU表面狀態(tài)評(píng)級(jí)5級(jí)　　接觸面無(wú)阻力或手腕抖動(dòng)可以分離　　表面層無(wú)變化4級(jí)　　接觸面有阻力且≤5N　　光澤和表面層稍有變化3級(jí)　　接觸面有阻力＞5N，≤10N光澤及表面形狀紋理發(fā)生變化2級(jí)　　接觸面有阻力＞10N，≤30N表面層出現(xiàn)損傷、起泡或光澤發(fā)生顯著變化1級(jí)　　接觸面有阻力＞30N　　表面層撕裂或脫開(kāi)，表面層以下出現(xiàn)損傷備注　　最終評(píng)級(jí)以剝離力度評(píng)級(jí)和PU表面狀態(tài)評(píng)級(jí)的最差結(jié)果計(jì)

2.4 試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.4.1 溫度：選定75°、85°、95°、105°。

表1　溫度變化-涂層熱穩(wěn)定性變化表

2.4.2 時(shí)間：1h、3h、5h、7h。

表2　時(shí)間變化-涂層熱穩(wěn)定性變化表

2.4.3 負(fù)重：1kg、2kg、3kg、4kg。

表3　壓力變化-涂層熱穩(wěn)定性變化表

為了改善表面觀感， PU涂層表面層往往涂飾一層很薄的表面處理劑。為此排除此干擾，試驗(yàn)前通過(guò)酒精擦拭處理試樣表面。

表4　表面處理劑對(duì)涂層熱穩(wěn)定性影響表

3 結(jié)果與討論

表1、2、3綜合來(lái)看，溫度對(duì)于合成革涂層熱穩(wěn)定性的影響是顯而易見(jiàn)的，而時(shí)間和壓力對(duì)合成革涂層的影響是微乎其微的。PU接觸界面的粘連性主要因?yàn)橄嗷ソ佑|的高分子活性基團(tuán)有化學(xué)鍵的形成。

合成聚氨酯的原料主要是多元醇和二異氰酸酯化合物，另外還有擴(kuò)鏈劑、交聯(lián)劑、交聯(lián)促進(jìn)劑以及其他功能助劑。聚氨酯大分子主鏈上含有大量氨基甲酸酯基，還有醚基、酯基、脲基、縮二脲、酰胺基等基團(tuán)。作為長(zhǎng)鏈的多元醇，通常使用聚酯多醇及聚醚多醇。一般情況下聚酯型聚氨酯比聚醚型聚氨酯具有更好的物理機(jī)械，而聚醚型具有更好的耐水解性和低溫柔順性能。聚醚型玻璃化溫度一般為-70℃－50℃，而聚酯型玻璃化溫度一般為25℃－45℃。高彈態(tài)PU的可塑性性強(qiáng)以及柔軟性符合基本服用功能，因此服裝用PU合成革涂層一般采用聚醚型聚氨酯。

聚氨酯是一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的嵌段聚合物。當(dāng)溫度達(dá)到75℃以上時(shí)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硬鏈段的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度。軟、硬分子鏈段的活性大大增加。高彈態(tài)的PU，非結(jié)晶部分分子因升溫而獲得較大的熱運(yùn)動(dòng)能量，因而鏈段的運(yùn)動(dòng)受到激發(fā)，雖然整個(gè)分子鏈還不能自由移動(dòng)，但分子熱運(yùn)動(dòng)能量已足以克服旋轉(zhuǎn)位壘。隨著溫度不斷升高，上下接觸的界面上聚氨酯樹(shù)脂中殘余的高活性NCO等基團(tuán)有更多的接觸幾率與其他基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)從而形成更加穩(wěn)定的化學(xué)鍵；另外，聚氨酯大分子鏈上含有醚基、酯基、脲基、酰胺基等基團(tuán)，很容易生成氫鍵。氫鍵起到物理交聯(lián)作用。隨著負(fù)荷增加，分子鏈通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的變形，然而粘連現(xiàn)象并沒(méi)有很大的變化，主要是由于在較高的溫度下，主要是鏈段接受能量而活動(dòng)，氫鍵的作用力逐漸消失[6]。

另外，交聯(lián)劑的交聯(lián)反應(yīng)也是影響粘結(jié)性的一個(gè)重要原因[6]。在聚氨酯加熱合成過(guò)程中，通過(guò)交聯(lián)劑與主鏈上的反應(yīng)基團(tuán)作用，使得分子鏈之間形成共價(jià)鍵，使得線性聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高聚物。在以上試驗(yàn)中，通過(guò)兩層PU界面的接觸中，交聯(lián)劑在高溫條件下，也可能繼續(xù)反應(yīng)，通過(guò)不斷交聯(lián)相互接觸的PU涂層使得粘連性不斷增強(qiáng)。特別是溫度超過(guò)100℃時(shí)，剝離力度達(dá)到2級(jí)。這可能由氨基甲酸酯于體系中過(guò)量的NCO發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成高分子量的聚氨酯樹(shù)脂而造成的。

盡管表面活性劑及其他助劑對(duì)合成革的玻璃化溫度幾乎沒(méi)有影響[7]。但是在75℃、85℃溫度下剝離力度評(píng)級(jí)有一級(jí)的惡化，主要是因?yàn)榫凭潦玫那疤幚恚沟煤铣筛锉砻娓忧鍧崳┞陡嗟幕钚曰鶊F(tuán)，從而使得分子結(jié)合的機(jī)會(huì)增加，導(dǎo)致剝離力度增加。隨著溫度不斷升高，軟硬鏈段的活性不斷增加，使得前處理作用沒(méi)有那么明顯。

4 建議

貝斯在進(jìn)一步加工后整理過(guò)程中，如干法移膜、印刷、染色等工序加入的著色劑和一些耐水解、耐光、耐磨、抗氧化等表面改性劑，使得服用PU合成革表面在熱環(huán)境接觸時(shí)表面的粘合交聯(lián)更加復(fù)雜。隨著PU合成革在服裝產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，涂層熱穩(wěn)定性性能顯得尤為重要。然而在服裝標(biāo)準(zhǔn)里基本不考核該項(xiàng)目。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)應(yīng)制定較完善的產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)合成革區(qū)別于其他紡織品的理化性能特點(diǎn)，增加對(duì)合成革的涂層熱穩(wěn)定性的考核。

參考文獻(xiàn)：

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[2] GB/T 8949—2008聚氯酯干法人造革[S].

[3] QB/T2888—2007聚氨酯束狀超細(xì)纖維合成革[S].

[4] QB/T 2958—2008服裝用聚氨酯合成革[S].

[5] FZ/T73028—2009針織人造革服裝[S].

[6] 曲建波.合成革材料與工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2015.

[7] 張曉鐳，高富堂等.超細(xì)纖維合成革玻璃化溫度影響因素[J].中國(guó)皮革.2005,34(7):29-31.

作者簡(jiǎn)介：陳松濤，2001年畢業(yè)于陜西科技大學(xué)皮革化學(xué)與工程專業(yè)，研究生學(xué)歷，畢業(yè)后一直從事皮革面料、鞋類產(chǎn)品、箱包類產(chǎn)品的檢驗(yàn)、研究工作。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

中圖分類號(hào)：TS51.3

投稿日期：2016-01-20