無溶劑雙組份材料在PU合成革上的應用技術

顏學斌，鄭重，劉明鑫

(清遠市齊力合成革有限公司高企項目組，廣東 清遠 511540)

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無溶劑雙組份材料在PU合成革上的應用技術

顏學斌，鄭重，劉明鑫

(清遠市齊力合成革有限公司高企項目組，廣東 清遠 511540)

溶劑型PU合成革的生產制造工藝，在全世界生產制造型企業的范圍內普遍提倡“綠色”“環保”“安全”“節能”的今天，已面臨著轉型、升級的趨勢，一些更加環保、節能、安全的生產制造工藝將被消費者越來越接受，在此背景下，水性合成革、無溶劑合成革、TPU合成革等新型工藝的呼聲越來越高，一些全球500強的化學品材料供應商已經開發出了可以被市場認可的新型材料和工藝。2012年以來，公司對市場上的新型環保材料和工藝進行分析、考察，結合公司的實際情況，決定開展無溶劑方面的理論研究和實踐，并成立無溶劑合成革項目組，會同公司相關部門，接觸了市場上銷售無溶劑雙組份材料的所有公司以及絕大部分的無溶劑設備供應商，歷經約5年的時間，初步形成了適合我司的無溶劑PU合成革生產工藝，為加強行業同仁們的聯系，共同推動無溶劑項目的發展，筆者就我司幾年來的研究理論做一下闡述，從以下四個方面進行說明：

1 無溶劑PU合成革和傳統溶劑型PU合成革生產工藝的對比分析

1.1 傳統溶劑型PU合成革生產工藝(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。該工藝需要用到大量的有機溶劑，如DMF、ACE、BAC等，生產過程需要消耗大量的熱能、電能，同時需要專門的回收系統來處理廢氣、廢水。

1.2 無溶劑PU合成革生產工藝(以最常用工藝示例)

干法面料——無溶劑雙組份底料——(三版印刷處理)——(拋光)——成品檢驗，打括弧部分的工藝可以選擇進行。生產過程僅在干法面料配方中添加少量的有機溶劑即可，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，完全不含有機溶劑成分。

1.3 兩種工藝對比分析

傳統溶劑型PU合成革的特點是熱塑性、單組份、可壓紋可重塑紋路、工藝耗時長、物理性能差、化學性能差、環保性能差、通常DMF的含量都在100-1000PPM。無溶劑PU合成革的特點是熱固性、雙組份、不易壓紋不可重塑紋路、產品彈性大、工藝耗時短、物理性能佳、化學性能佳、環保性能佳、可以做到0-10PPM。現階段，二者互有優缺點，成本方面，無溶劑PU合成革略高于傳統溶劑型PU合成革，但隨著該工藝的發展，成本將逐步降低，甚至有可能低于傳統溶劑型PU合成革的成本，而不能壓紋的缺點，也一定會得到完美的解決。

2 無溶劑PU合成革生產工藝解析

從無溶劑PU合成革的生產工藝最重要的三個組成部分來分別進行闡述

2.1 無溶劑雙組份材料的組成以及工藝實施方式

眾所周知，聚氨酯(POLYURETHANE，簡稱為PU)的合成技術是一個非常復雜的過程，由多元醇組分+異氰酸酯組分，經過一系列的合成條件，耗時幾個小時到幾十個小時，才能生成聚氨酯樹脂的成品。而PU合成革的生產，需要在極短的時間段內完成化學反應，常規的聚氨酯合成手段勢必不能達到要求，早些年，用雙組份澆注機來生產鞋底原液，給了我們很好的思路，用專門研發的無溶劑雙組份上料機的多個罐體，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，使聚氨酯的反應可以在幾分鐘之內完成。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分開的管道，用PLC進行控制，將兩個組分在上料機的槍頭處進行高速混合分散，在一定的壓力下通過針閥將混合均勻的材料釋放出來，槍頭以預先調好的固定左右移動速度，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，經過溫度設置為80-120℃、長度為18—20M的烘箱，進行預交聯，在產生粘性后，與基材進行貼合，經過溫度設置為110-130 ℃、長度為50M的烘箱，進行充分熟成、冷卻后，將離型紙和合成革進行分離，制得無溶劑PU合成革成品，如有需要，可以進行表面處理。

2.2 無溶劑PU合成革用上料機

為完美實施無溶劑工藝，對上料機的要求非常高：設備的精度要求特別高，有條件的可以使用流量計來準確計量每種組分在計量泵和槍頭處吐出的料，精確到毫克級別，其中，以質量流量計為最佳。如果每種組分吐出的量不準，那么造成的結果就是兩種組份在槍頭混合腔處，不能按照預先設定好的工藝數據進行混合，造成反應不完全，其結果就是生產出來的PU合成革是不合格品。除此以外，對設備的溫度指數也有很高的要求，包括兩種組份在上料機罐體里面的溫度、在槍頭處混合腔混合之后的溫度、槍頭冷卻循環系統的溫度穩定性、外界環境的溫度等等。還有罐體的密封性能影響也非常大，因為密封不好的情況下，空氣中的水分子會進入材料中，尤其是異氰酸酯組分與水會起化學反應，消耗有效的異氰酸酯活性基團數量，增加成本的同時讓品質不可控。

2.3 無溶劑PU合成革生產工藝的影響因素

無溶劑PU合成革是化學發泡和機械發泡的方式，以化學發泡為主，對溫度、反應時間非常敏感，從無溶劑PU合成革的工藝設計到無溶劑上料機以及其他生產設備、人員的操作、無溶劑原材料的品質以及運輸、儲存方式，所選擇的基材和其他輔助材料、乃至各個部門的各個崗位的協調管理等等，都有著近乎嚴苛的要求，每個細節都要注意，稍有疏忽，將給制造企業帶來的是不合格的產品，造成巨大的損失。

3 無溶劑PU合成革生產工藝示例

3.1 正式生產前的準備工作

分析所做品種的技術特點，制定技術方案——選擇無溶劑化料品—按比例配置無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料打入到上料機的M罐中—通過PLC手動開啟罐頂攪拌以及罐底循環泵—裝入異氰酸酯組份(因為活性基團為-NCO，所以下稱為N料)——通過PLC手動開啟罐頂攪拌以及罐底循環泵—開啟模溫機的M料和N料的加熱裝置，M料設置為35—45度，N料設置為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—準備好基材，本示例選擇的基材為0.8MM微毛經編彈力布—準備好離型紙—標定上料機的M料和N料，符合PLC中提前輸入好的工藝參數，并吐出1—2小杯雙組份混合料，開啟記時系統，清洗機器，查看杯中混合料的發泡情況是否正常，正常后表明一切情況良好，可以投入生產——設置好干法生產線各烘箱段溫度以及送排風調節按鈕，準備生產就緒。

3.2 正式生產工藝流程如下

離型紙放卷—上干法面料—烘至全干—上料機開啟，按照標定好的工藝參數，啟動運行，開始澆注雙組份混合料，設計線速10M/MIN—通過溫度設置為80℃的長度為20M預交聯烘箱，2MIN后到達貼合位—與基布進行貼合(貼合間隙已提前設置好)——通過溫度設置為130℃的長度為50M的熟成烘箱，5分鐘后到達冷卻輪處—離型紙與革分離—無溶劑合成革收卷——離型紙收卷—放置3—5小時后—成品檢驗—得到無溶劑雙組份PU合成革成品—取樣待次日檢測物理性能和化學性能，并進行環保檢測。

4 無溶劑PU合成革與溶劑型PU合成革相關檢測數據對比

檢測項/對比項無溶劑雙組份PU合成革溶劑型PU合成革剝離強度(Kg/3CM)3-81.5—2.5耐磨強度(Taber測試)3000轉不破/H18,1Kg200轉破/H18,1Kg八大重金屬PASSPASS最新REACH法規(SGS檢測)PASSPASSDMF含量(SGS檢測,PPM)0-10100-1000耐水解性(叢林測試,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

從以上幾個部分的說明可以看出，無溶劑雙組份PU合成革相比溶劑型PU合成革的優勢還是很明顯的，但同樣存在著一定的劣勢，因為彈性大，熱固性的原因，暫時還不易壓紋，大部分只能選擇紙紋紙來賦予皮革紋路，這樣做出來的產品工藝簡單，層次感不夠，成本上偏高，現在的技術還談不上成熟，不良率明顯高于溶劑型PU合成革。但隨著材料開發商越來越多的參與到無溶劑相關材料和技術領域，與之配套的設備商在設備上的投入也越來越大，同樣的，對該項目感興趣的合成革制造企業也越來越多，群策群力，可以預見的是，2—3年后，該技術體系將走向成熟，材料單價將接近現在的溶劑型PU合成革，隨之帶來的是，大量的國內外訂單，使無溶劑項目能夠得到可持續化的發展。

TS565

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1671-1602(2016)22-0006-02