一种制备水性聚氨酯含浸超纤革的工艺方法与流程

1.本发明属于聚氨酯超纤革生产技术领域，具体涉及一种制备水性聚氨酯含浸超纤革的工艺方法。


背景技术：

2.超纤革(全称超细纤维合成革)是以超细纤维制成的具有三维网状结构的基布作为基材，在其内部制备形成聚氨酯弹性体网状结构、尼龙束状结构以及模拟真皮胶原的微观结构，使超纤革具备与真皮类似的弹性、柔软度及丰满手感，也具备优良的力学性能。超纤革作为第3代人工革制品发展至今，其许多方面的性能已经达到甚至超越了天然皮革本身，且超纤革的外表特征也逐渐向天然皮革靠拢。近几年，超纤革因为其生产过程中能够妥善利用非自然资源、价格便宜、生产效率高等优点，已逐步扩大自己的市场规模。
3.在超纤革生产过程中，含浸步骤十分重要。含浸工艺是以压轧方式将聚氨酯(pu)乳液浸渍到超细纤维基布的间隙中，利用pu的粘连结构，获得与天然皮革相似的质感，含浸的工艺条件及所用的聚氨酯性能决定着超纤革的风格、手感、弹性和力学性能。
4.目前市场上生产的聚氨酯含浸超纤革主要都是有溶剂型聚氨酯含浸的产品，这是因为溶剂型聚氨酯的各方面性能优良且有成熟的湿法含浸工艺，因此制备得到的超纤革产品性能优秀，手感独特。但是溶剂型聚氨酯在使用过程中因为有机溶剂的残留和挥发造成了严重的环境污染和资源浪费，而且在相关政策的出台颁布下，有机溶剂的回收利用造成生产成本提高，所以溶剂型聚氨酯的使用越来越不方便，市场亟需可以替代溶剂型聚氨酯的无溶剂排放、环境友好的水性聚氨酯进入生产环节。但是由于水性聚氨酯无法采用湿法含浸工艺，导致制备得到的聚氨酯超纤革内部聚氨酯/超细纤维复合体的交联效果差，表现在超纤革表面即为表面存在裂痕沟壑，平整度不好等问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是克服水性聚氨酯含浸超纤革的技术缺点和不足，基于现有的水性聚氨酯含浸工艺方法，从基布改性、工艺优化及传统工艺方式改良等方面改善水性聚氨酯含浸工艺，获得手感性能优良且表面平整的超纤革。
6.本发明为达到上述目的所采用的技术方案如下：
7.一种水性聚氨酯超纤革的制备方法，步骤如下：
8.(1)取水性聚氨酯和水搅拌，加入增稠剂、交联剂、润湿剂后，搅拌，配制成水性聚氨酯浆料；
9.(2)将海岛纤维基布用等离子体处理，之后浸渍入步骤(1)制得的水性聚氨酯浆料中，得到浸渍后的基布；
10.(3)对浸渍后的基布进行二浸二轧，得到二浸二轧后的基布；
11.(4)将二浸二轧后的基布浸泡于破乳溶液中，然后用红外预烘干，之后烘干，得到水性聚氨酯含浸超纤革。
12.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯为dic wli-630ar，固含量为49％。
13.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的增稠剂为缔合型增稠剂dh-72165。
14.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的交联剂为氨丙啶改性异氰酸酯。
15.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的润湿剂聚醚改性硅油。
16.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯和水的质量比为50：(50～100)。
17.优选的，步骤(1)中的水性聚氨酯和水的质量比为50：72.5。
18.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯和增稠剂质量比为30～70：1，具体可选为50：1。
19.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯乳液和交联剂质量比为30～70：0.8，具体可选为50：0.8。
20.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯乳液和润湿剂质量比为30～70：0.5，具体可选为50：0.5。
21.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中水性聚氨酯浆料的动力粘度范围为2000-4000mpa.s。
22.优选的，步骤(1)中水性聚氨酯浆料的动力粘度范围为2000～2500mpa.s。
23.具体可选的，步骤(1)中水性聚氨酯浆料的动力粘度为2267mpa.s、2375mpa.s、2339mpa.s。
24.根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中所述等离子处理的条件为氮气气氛，气体流量为50sccm、真空度为50pa，处理时间为10min。
25.根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中浸渍时间为0.5～2h，具体可选为1h。
26.根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中二浸二轧参数是第一压力20～40kg/cm2，第二次压力5～20kg/cm2，具体可选为第一次压力为30kg/cm2，第二次压力为10kg/cm2。
27.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中所述破乳剂溶液为6～10wt％的硫酸钠溶液或无水乙醇，具体可选为8wt％的硫酸钠溶液。
28.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中破乳浸泡时间为2～5min，具体可选为3min。
29.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中红外预烘干为保持基布两面均匀受红外光照射，且表面温度维持在60℃保持10min。
30.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中烘干温度为110℃，时间为20min。
31.本法民提供一种所述制备方法得到的水性聚氨酯超纤革。
32.一种减少水性聚氨酯超纤革内裂纹的方法，步骤如下：
33.(1)取水性聚氨酯和水搅拌，加入增稠剂、交联剂、润湿剂后，搅拌，配制成水性聚氨酯浆料；
34.(2)将海岛纤维基布用等离子体处理，之后浸渍入步骤(1)制得的水性聚氨酯浆料中，得到浸渍后的基布；
35.(3)对浸渍后的基布进行二浸二轧，得到二浸二轧后的基布；
36.(4)将二浸二轧后的基布浸泡于破乳溶液中，然后用红外预烘干，之后烘干，得到
水性聚氨酯含浸超纤革。
37.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯为dic wli-630ar，固含量为49％；步骤(1)中的增稠剂为缔合型增稠剂dh-72165；步骤(1)中的交联剂为氨丙啶改性异氰酸酯；步骤(1)中的润湿剂为聚醚改性硅油。
38.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯和水的质量比为50：72.5。
39.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯和增稠剂质量比为30～70：1，具体可选为50：1。
40.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯乳液和交联剂质量比为30～70：0.8，具体可选为50：0.8。
41.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中的水性聚氨酯乳液和润湿剂质量比为30～70：0.5，具体可选为50：0.5。
42.根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中水性聚氨酯浆料的粘度为2000～2500mpa.s，具体可选为2267mpa.s、2375mpa.s、2339mpa.s。
43.根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中所述等离子处理的条件为氮气气氛，气体流量为50sccm、真空度为50pa，处理时间为10min。
44.根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中浸渍时间为0.5～2h，具体可选为1h。
45.根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中二浸二轧参数是第一压力20～40kg/cm2，第二次压力5～20kg/cm2，具体可选为第一次压力为30kg/cm2，第二次压力为10kg/cm2。
46.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中所述破乳剂溶液为6～10wt％的硫酸钠溶液或无水乙醇，具体可选为8wt％的硫酸钠溶液。
47.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中破乳浸泡时间为2～5min，具体可选为3min。
48.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中红外预烘干为保持基布两面均匀受红外光照射，且表面温度维持在60℃保持10min。
49.根据本发明的一些实施方式，步骤(4)中烘干温度为110℃，时间为20min。
50.本发明取得有益效果：
51.本发明采用等离子体改性借助其刻蚀作用使基布纤维表面结构产生变化，改善聚氨酯固化时与纤维之间的结合程度，即利用氮等离子体的刻蚀作用使纤维表面变粗糙，形成微坑和微细裂纹，再含浸时使聚氨酯乳粒留存再这些微细裂纹中，防止其在升温固化过程中随水分子向外迁移，提升后续的交联固化效果。
52.本发明将浸轧完成的超纤革基布浸入破乳溶液中使基布内的聚氨酯乳粒破碎，释放聚氨酯分子，便于交联，且使浆料的凝胶态水性聚氨酯产生聚集水，避免聚氨酯分子随水份蒸发发生迁移。本发明还采用红外射线照射预烘干的目的是利用红外射线加热让热量从基布表面向基布内部传导，让水分由外向内缓慢蒸发，防止聚氨酯分子随内部水分蒸发发生迁移。
53.本发明制备得到的水性聚氨酯超纤革表面拉伸后海岛纤维基布原本的纹路显著减少，超纤革表面的样貌平整光滑，同时具备良好的手感丰满度。
附图说明
54.图1为实施例2及对比例1、2、3、4、5水性聚氨酯含浸超纤革施加拉力时的数码照片，图a对应实施例2，图b对应对比例1，图c对应对比例2，图d对应对比例3，图e对应对比例4，图f对应对比例5。
55.图2为超纤革的截面电镜图，(a)为超纤革原样的截面电镜图；(b)实施例2水性聚氨酯乳液含浸制得的超纤革截面电镜图。
具体实施方式
56.原料来源：
57.水性聚氨酯：dic wli-630ar，购自日本dic株式会社。
58.增稠剂：缔合型增稠剂dh-72165，购自苏州青田新材料有限公司。
59.交联剂：氨丙啶改性异氰酸酯，购自广州万骏化工科技有限公司。
60.润湿剂：聚醚改性硅油，购自日本旭化成株式会社。
61.海岛纤维基布，购自江苏聚杰微纤有限公司。
62.单位面积裂纹：在超纤革表面取5个1cm2的区域，施加一定拉力后统计其内出现的裂纹数量，最后计算平均值的到单位面积裂纹数量。
63.比压缩回弹率：超细纤维合成革基布的压缩性能在yg(b)141d型数字式织物厚度仪上进行。先测得在加轻压(0.0196n/cm2)下，基布的厚度(t0)，再测得基布在重压(0.49n/cm2)下的厚度(ts)，最后卸掉压力，让基布恢复60s测量其厚度(tr)。按以下公式计算比压缩弹性率(r)
[0064][0065]
柔软度：采用gt-303皮革柔软度测试仪对含浸超纤革进行柔软度测定。
[0066]
实施例1
[0067]
取50g dic wli-630ar(固含量49％)于烧杯中，再加入72.5g去离子水，搅拌30min，再加入1.0g缔合型增稠剂dh-72165、0.8g氨丙啶改性异氰酸酯、0.5g聚醚改性硅油，磁力搅拌30min，配制完成所需水性聚氨酯浆料。采用physica mcr301旋转流变仪对浆料的粘度进行三次稳态测量取平均值，得到浆料粘度为2267mpa.s。
[0068]
将海岛纤维基布在50sccm气体流量下的氮气气氛中用等离子体处理10min后浸渍入上述水性聚氨酯浆料中；浸渍基布1h后，对基布进行二浸二轧，第一次压力为30kg/cm2，第二次压力为10kg/cm2，称重后计算得到基布带液率为70％。将浸轧完成的基布浸入配置好的8％硫酸钠溶液中3min，之后红外预烘干保持布表面温度约60℃，10min后转入110℃热风烘箱中烘干20min，得到水性聚氨酯含浸超纤革。
[0069]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为16.7％，反复拉伸后表面无明显开裂，单位面积(1cm2)内裂纹为1.8条；超纤革弹性优良，比压缩回弹率为3.76％；手感柔软，柔软度值为7.64。
[0070]
实施例2
[0071]
取50g dic wli-630ar(固含量49％)于烧杯中，再加入48g去离子水，搅拌30min，再加入0.8g缔合型增稠剂dh-72165、0.8g氨丙啶改性异氰酸酯、0.5g聚醚改性硅油，磁力搅
拌30min，配制完成所需水性聚氨酯浆料。采用physica mcr301旋转流变仪对浆料的粘度进行三次稳态测量取平均值，得到浆料粘度为2375mpa.s。
[0072]
将海岛纤维基布在50sccm气体流量下的氮气气氛中用等离子体处理10min后浸渍入上水水性聚氨酯浆料中；浸渍基布1h后，对基布进行二浸二轧，第一次压力为30kg/cm2，第二次压力为10kg/cm2，称重后计算得到基布带液率为70％。将浸轧完成的基布浸入配置好的8wt％硫酸钠溶液中3min，之后红外预烘干保持布面温度约60℃，10min后转入110℃热风烘箱中烘干20min，得到水性聚氨酯含浸超纤革。
[0073]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为18.8％，反复拉伸后表面无明显开裂，单位面积(1cm2)内裂纹为1.2条；超纤革弹性优良，比压缩回弹率为4.10％；手感柔软，柔软度值为7.62。
[0074]
实施例3
[0075]
取50g dic wli-630ar(固含量49％)于烧杯中，再加入32g去离子水，搅拌30min，再加入0.6g缔合型增稠剂dh-72165、0.8g氨丙啶改性异氰酸酯、0.5g聚醚改性硅油，磁力搅拌30min，配制完成所需水性聚氨酯浆料。采用physica mcr301旋转流变仪对浆料的粘度进行三次稳态测量取平均值，得到浆料粘度为2339mpa.s。
[0076]
将海岛纤维基布在50sccm气体流量下的氮气气氛中用等离子体处理10min后浸渍入上水水性聚氨酯浆料中；浸渍基布1h后，对基布进行二浸二轧，第一次压力为30kg/cm2，第二次压力为10kg/cm2，称重后计算得到基布带液率为70％。将浸轧完成的基布浸入配置好的8wt％硫酸钠溶液中3min，之后红外预烘干保持布面温度约60℃，10min后转入110℃热风烘箱中烘干20min，得到水性聚氨酯含浸超纤革。
[0077]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为19.7％，反复拉伸后表面无明显开裂，单位面积(1cm2)内裂纹为1.2条；超纤革弹性优良，比压缩回弹率为4.22％；手感柔软，柔软度值为7.59
[0078]
对比例1
[0079]
制备方法同实施例2基本相同，不同之处在于制备时不对海岛纤维基布进行等离子体处理，直接进行水性聚氨酯含浸等后续操作。
[0080]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为16.2％，经反复拉伸后部分区域出现开裂情况，出现少量基布的纹路，单位面积(1cm2)内裂纹为2.8条；超纤革比压缩回弹率为3.52％；柔软度值为7.62。
[0081]
对比例2
[0082]
制备方法同实施例2基本相同，不同之处在于制备时不对含浸完成的基布进行破乳处理，直接进行烘干等后续操作。
[0083]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为17.2％，经反复拉伸后部分区域出现开裂情况，出现少量基布的纹路，单位面积(1cm2)内裂纹为2.6条；超纤革比压缩回弹率为3.59％；柔软度值为7.65。
[0084]
对比例3
[0085]
制备方法同实施例2基本相同，不同之处在于制备时不对破乳处理完成后的基布进行红外预烘干，直接高温热风烘干至结束。
[0086]
制得的水性聚氨酯超纤革增重率为18.1％，经反复拉伸后部分区域出现开裂情
况，出现少量基布的纹路，单位面积(1cm2)内裂纹为2.2条；超纤革比压缩回弹率为3.66％；柔软度值为7.20。
[0087]
对比例4
[0088]
制备方法同实施例2基本相同，不同之处在于配制的水性聚氨酯浆料动力粘度≤2000mpa.s，制备过程如下：
[0089]
取50g dic wli-630ar(固含量49％)于烧杯中，再加入48g去离子水，搅拌30min，再加入0.5g缔合型增稠剂dh-72165、0.8g氨丙啶改性异氰酸酯、0.5g聚醚改性硅油，磁力搅拌30min，配制完成所需水性聚氨酯浆料。采用physica mcr301旋转流变仪对浆料的粘度进行三次稳态测量取平均值，得到浆料粘度为1250mpa.s。制得的水性聚氨酯超纤革增重率于实施例2相比显著降低，由18.8％降低至13.72％，超纤革手感丰满度明显不好，且由于水性聚氨酯在超纤革内部含量过低，超纤革反复拉伸后部分区域出现开裂情况，出现大量基布的纹路单位面积(1cm2)内裂纹为4条；弹性不佳，超纤革比压缩回弹率为2.59％；柔软度值为7.83。
[0090]
对比例5
[0091]
制备方法同实施例2基本相同，不同之处在于配制的水性聚氨酯浆料动力粘度＞4000mpa.s，制备过程如下：
[0092]
取50g dic wli-630ar(固含量49％)于烧杯中，再加入48g去离子水，搅拌30min，再加入1.4g缔合型增稠剂dh-72165、0.8g氨丙啶改性异氰酸酯、0.5g聚醚改性硅油，磁力搅拌30min，配制完成所需水性聚氨酯浆料。采用physica mcr301旋转流变仪对浆料的粘度进行三次稳态测量取平均值，得到浆料粘度为4250mpa.s。制得的水性聚氨酯超纤革增重率于实施例2相比显著升高，由18.8％提升至22.72％，粘度过高导致水性聚氨酯在超纤革内分布不均匀，部分区域裂纹较多单位面积(1cm2)内裂纹为3.2条；而部分区域裂纹较少单位面积(1cm2)内裂纹为1条，超纤革的柔软度和比压缩回弹率显著下降，其中柔软度值为6.70，比压缩回弹率为2.78％。
[0093]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

技术特征：
1.一种水性聚氨酯超纤革的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)取水性聚氨酯和水搅拌，加入增稠剂、交联剂、润湿剂后，搅拌，配制成水性聚氨酯浆料；(2)将海岛纤维基布用等离子体处理，之后浸渍入步骤(1)制得的水性聚氨酯浆料中，得到浸渍后的基布；(3)对浸渍后的基布进行二浸二轧，得到二浸二轧后的基布；(4)将二浸二轧后的基布浸泡于破乳溶液中，然后用红外预烘干，之后烘干，得到水性聚氨酯含浸超纤革。2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水性聚氨酯为dic wli-630ar，固含量为49％；步骤(1)中的增稠剂为缔合型增稠剂dh-72165；步骤(1)中的交联剂为氨丙啶改性异氰酸酯；步骤(1)中的润湿剂聚醚改性硅油。3.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水性聚氨酯和水的质量比为50：(50～100)；步骤(1)中的水性聚氨酯和增稠剂质量比为30～70：1。4.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的水性聚氨酯乳液和交联剂质量比为30～70：0.8；水性聚氨酯乳液和润湿剂质量比为30～70：0.5。5.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水性聚氨酯浆料的动力粘度范围为2000-4000mpa.s。6.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述等离子处理的条件为氮气气氛，气体流量为40～60sccm、真空度为40～60pa，处理时间为8～12min。7.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中二浸二轧参数是第一压力20～40kg/cm2，第二次压力5～20kg/cm2。8.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述破乳剂溶液为6～10wt％的硫酸钠溶液或无水乙醇。9.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中红外预烘干为保持基布两面均匀受红外光照射，且表面温度维持在50～70℃保持8～12min。10.一种根据权利要求1～9任一项所述制备方法得到的水性聚氨酯超纤革。

技术总结
本发明具体涉及一种制备水性聚氨酯含浸超纤革的工艺方法，属于聚氨酯超纤革生产技术领域。包括一下步骤：1)对海岛纤维基布进行等离子体处理；2)将海岛纤维基布浸渍于配制的水性聚氨酯浆料中；3)浸轧完成后过破乳剂进行水性聚氨酯破乳；4)固化烘干时先用红外加热预烘干再高温热风烘干即得水性聚氨酯超纤革。本发明的方法改善了水性聚氨酯含浸超纤革制备的工艺方法，该方法通过等离子改性增强了聚氨酯/纤维复合体的交联牢度，破乳及红外预烘干减少了聚氨酯固化过程中随水分迁移造成的分布不均及留存率较少等问题，制备得到的聚氨酯超纤革具备良好的表面形貌，且反复拉伸也不会开裂的问题，也具备与真皮类似的弹性、柔软度及丰满手感。及丰满手感。及丰满手感。


技术研发人员：付少海 王冬 李琛 仲鸿天 董朋 许世铨
受保护的技术使用者：江苏聚杰微纤科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/20