水性合成革制造基础知识(2)：水性树脂

水性

第二节 水性合成革制造用树脂材料介绍


一、水性合成革用水性聚氨酯树脂是聚氨基甲酸酯的简称

广义上讲，是异氰酸酯的加成物。在异氰酸酯同多元醇反应的预聚体中引入亲水基团，成盐后加水乳化，即得到聚氨酯乳液，其合成机理如图1-1所示。聚氨酯乳液按合成革制造工艺要求经复配加工后，便成为合成革水性浆料。

由此可看出，水性生态合成革中的水性聚氨酯同油性聚氨酯既有着本质的相同点又有着必然的区别。从相同点上讲，都是异氰酸酯和多元醇的加成物，即都含有决定聚氨酯性能的氨基甲酸酯。从这个意义上讲其本身的物理性能本质上是一致。


从不同点上讲，由于化学结构及溶剂介质性能的不同，则有许多不同点。首先，水性树脂必然含有亲水基团及亲水链段，油性树脂则不一定需要。其次，水性树脂中异氰酸酯会同水发生反应，因此乳液中无异氰酸酯残留。而油性聚氨酯浆料中，由于水性生态合成革树脂基本都是由异氰酸酯封端的，故均含有异氰酸酯的残留。第三，水性聚氨酯的分散介质为水，而油性聚氨酯的分散介质为溶剂。水性生态合成革由于聚氨酯链段上结构不同，功能性基团的不同和分散介质的不同导致了水性聚氨酯树脂和溶剂型聚氨酯树脂在最终物性和使用性能上的明显差异性。


二、水性聚氨酯树脂同溶剂型聚氨酯树脂的成膜后物化性能区别


水性聚氨酯不同于溶剂型聚氨酯，其成膜过程也不同，其具体的成膜机理如图1-2所示。

首先，水性生态合成革用水性聚氨酯大都是阴离子型的，分子链上带有大量的侧位基团，这些基团又同时带电荷，故成膜后的弹性和耐高、低温性会有好处。由于侧基及电荷的共同作用在成膜中会留有一定的空间，这为水性树脂成膜后具有透气性提供了可能。当然，决定透汽透湿性能好坏最关健的是水性树脂成膜过程中的特点所决定，后面会有介绍。其次，水性树脂带有亲水基团，本质上是一端亲油一端亲水的大分子，故树脂成膜后，在压差存在的前提下，皮膜在吸收小分子的水气后，可以从高气压一端向低气压一端转移，实现吸附—转移—解吸的透湿过程。而油性树脂则基本无此功能。当然水性树脂的亲水性比重要恰当。如果亲水性太好，则不利于皮膜的耐水性和抗水性的提高。从绝对意义上讲，成膜的油性树脂的耐水性要比水性树脂的耐水性好。第三，水性树脂无异氰酸酯残留，因此水性聚氨酯树脂的皮膜是相对安全的。水性生态合成革树脂做的人造革，同皮肤亲和性好。油性树脂中含有异氰酸酯，对人体的有害性是绝对的，但由于其含有活泼氢原子，故油性树脂同其他介质的反应更加剧烈，特殊的优点表现为粘接性更好。第四，皮膜的耐溶剂性能不同。溶剂型聚氨酯树脂是聚氨酯大分子在溶剂中的溶解态，故水性生态合成革溶剂型聚氨酯的皮膜几乎均可被溶剂溶解。而水性树脂的分散介质是水，因此可制作耐溶剂型的水性树脂成为可能。当然，对于一些不是缝制产品，如用胶制鞋的合成革，如果耐溶剂过好，则很难粘接制鞋，这点在选用树脂中要注意。


三、水性树脂同油性树脂的使用性能的区别


水性树脂同油性树脂的使用性能的区别主要来自于树脂中水和溶剂二类分散介质的重大差异。


一是水的表面张力比较大，铺展性差，使用时需要调整树脂表面张力，而油性树脂通常不需要;二是水的挥发所需能量高，通常为油性的1.5倍以上。因此，在烘干过程中要适当提高水性树脂烘干温度;三是水性树脂为二亲树脂，故一般可溶物均可添加在水性树脂中，因此对浆料的配伍性要求并不太高。而油性树脂则不然，如果在油性树脂中加入类似不溶油的水性物质后，树脂成膜会有缩孔或成鱼眼现象产生，严重时会造成浆料的报废;四是水油二种树脂成膜机理不同。油性树脂受温后，溶剂不断挥发，表面不可能结膜，因而成膜过程中表面的温度始终低于内部温度，表面会最后固化，故可以利用这一现象在制革用可采用半干贴工艺。而水性树脂则需慎重采用半干贴工艺。因为水性树脂成膜工过程中，由于表面会受热先结膜而水又不能溶于表面皮膜，故这样会造成表面没有初粘度而粘接性能明显减弱的现象，故一般水性采用湿贴为宜。浙江省丽水水性生态合成革技术创新服务平台主任谢振铭还认为，为了利于烘干成膜，水性树脂宜利用多刀薄刮的工艺。再者合成革用水性树脂一般都是阴离子型的，而油性树脂都是非离子型的，我们利用水性生态合成革树脂的离子性能，在后处理上就会有许多可操作性，比如用对应阳离子的处理剂在水性合成革上处表可以长效保持合成革的手感及其他物性等。


四、使用合成革用水性树脂需关注的一般指标

a：PH值：这是水性树脂常用的考量指标，油性树脂则不用。一般水性树脂PH值为7~8，中性为宜。PH值过低或过高，树脂稳定性和水解性均会有影响。


b：固含量：这是衡量树脂有效成分的一个重要指标。固含量越高相对利用价值越高，但也有些产品为调整使用性能会添加一些可挥发性物质，这时就不能用固含量单一指标衡量产品价值了。


c：粘度：一般作为上机可操作性能的重要指标。粘度太高则不利于正常涂布，而粘度太低则不能涂布，故适当的粘度对合成革制造相当重要。一般底胶(粘接用胶)粘度要高些，这样可以减少渗浆使合成革产品变硬。


d：模量：模量是衡量树脂性能的一个重要指标。高模量即单位体积的膜有较高的抗张强度，表现为硬性足，强度高;低模量则相反，表现为柔软性好。


e：黄变性：水性生态合成革黄变性也是一个衡量树脂性能的重要指标。一般耐黄变性好的产品价格较高，聚氨酯芳香族的树脂一般不耐黄变，脂肪族的为耐黄变型。有些树脂中，为了达到特定的耐黄变效果，水性生态合成革还需加入适当的抗氧化剂和抗紫外线材料来提高耐黄变性。


本文选编自《水性生态型聚氨酯合成革工艺技术读本》2015修订版（主编：谢镇铭），版权归属作者所有。