水性聚氨酯合成革表面处理剂研究进展

郑德银

水性聚氨酯合成革表面处理剂研究进展
随着合成革在当今社会中的大量应用，其表面处理技术也获得了良好发展。而在其具体的表面处理中，通过水性聚氨酯的合理应用，不仅可达到良好的处理效果，满足合成革的实际生产制造及应用需求，同时也可以达到良好的绿色环保效果。因此，在合成革加工制造中，相关企业和技术人员需要对水性聚氨酯加以深入研究，并将其有效应用到合成革的表面处理中，充分发挥出其表面处理剂的应用功效，促进合成革制造及其相关行业的良好发展。
1 合成革与传统表面处理剂概述1.1 合成革合成革就是通过超细纤维加工而成的一种人造革。在合成革的生产制造中，其主要的工艺阶段有两个：第一是贝斯(base，基材)制造；第二是表面处理。其中，表面处理就是对贝斯半成本表面进行涂饰处理，使成为终端成品。在合成革中，主要的构成部分有三层：第一层是粘接层；第二层是中间发泡层；第三层是表面效应层，也就是表面处理剂层。这种材料的主要优势是透气性好、耐磨、不易破坏，且具备一定的抗腐蚀性能。凭借着这些优势，合成革在当今的服饰领域中已经得到了广泛的应用。
1.2 传统合成革表面处理剂在以往的合成革表面处理中，其处理剂主要包括溶剂形式的丙烯酸树脂处理剂以及聚氨酯处理剂。但是在这些表面处理剂的应用中，其中的乙酸丁酯、环己酮、甲苯以及丁酮等不能回收，这样的情况不仅会浪费大量资源，同时也会对环境造成污染。为实现上述问题的有效解决，近年来，很多化工企业开始将醇和乙酸酯类等毒性比较低的溶剂用来进行合成革的表面处理，但这些处理剂的应用也依然存在一定的资源浪费和环境污染问题，且具有一定的安全隐患。由此可见，传统形式的合成革表面处理剂的应用存在很多弊端，无毒无害的环保型合成革表面处理剂的研究势在必行。
2 水性聚氨酯表面处理剂的主要制备工艺为有效解决传统表面处理剂应用中的很多问题，相关单位和研究者采用蓖麻油、聚醚改性有机硅2127等的多种原料合成了一种水性聚氨酯表面处理剂。该处理剂不仅可实现很多材质表面的良好处理，且具有无毒无害和环保等方面的诸多优势，在表面处理工艺中非常适用。就目前的水性聚氨酯表面处理剂制备来看，其主要的制备工艺如下。
2.1 主要原料在水性聚氨酯表面处理剂的合成中，其主要原料包括TDI，T-80(甲苯二异氰酸酯)、C.O.(蓖麻油)、PBA2000(聚己二酸1，4-丁二醇酯)、2127(聚醚改性有机硅2127)、DMPA(二羟甲基丙酸)、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、BDO(1,4丁二醇)、乙二胺、三乙胺、基材湿润剂、丝滑手感剂、流平剂、增稠剂、去离子水以及贝斯。
2.2 制备工艺具体制备中，将蓖麻油、聚酯二元醇以及聚醚改性有机硅2127加热至100～105 ℃，进行1.5 h的真空脱水，待其温度降低到60 ℃之后，再将TDI加入其中，使其温度上升到65 ℃，然后进行1.5 h的保温。根据实际情况，将适量的二正丁胺加入其中，之后再加入NMPA，加热到75 ℃，反应30 min后将适量的BDO加入，在温度是70 ℃的条件下反应1.5 h，再通过二正丁胺的矢量加入来进行NCO含量调整，待到指标合格之后方可以降温。降温中，需要将少许的丙酮接入，以此来达到良好的黏度调节效果。在降温至40 ℃时将三乙胺加入，进行20 min的中和反应，然后快速将去离子水加入，进行15～20 min的高速乳化分散处理，加入了乙二胺之后便达到扩链效果，在35 ℃条件下减压，将其中的丙酮脱去，经过滤之后，便可实现水性聚氨酯表面处理剂成品乳液的获得。
但是因为合成革的应用性能与其他材质不同，所以在通过水性聚氨酯对其进行表面处理的过程中，对表面处理剂的要求也会更高。
3 水性聚氨酯合成革表面处理剂的应用现状就目前来看，我国的很多厂家都在进行水性聚氨酯的研究与生产，并将其应用到了印染、油墨、纺织涂层、黏合剂以及涂料等的多个行业领域中，且应用次效果也十分显著。但是就合成革的表面处理而言，水性聚氨酯表面处理剂方面的研究比较少。
经分析发现，在合成革表面处理中，水性聚氨酯处理剂的应用及其发展较慢的主要原因包括以下两个方面：第一，在对合成革进行后续的处理过程中，专业形式的水性树脂存在不足，而作为合成革中的顶层材料，其表面处理剂需要具备良好的物理性能，比如：耐水性、耐溶剂型性、耐水解性以及耐磨性等，这些特殊的功能需求普通水性树脂无法满足。就目前来看，我国少数的一些企业在对合成革表面处理中的水性树脂进行研究，包括合肥科天化工企业、上海汇得化工企业、浙江德美博士达企业等。第二，高物性形式的渗水性聚氨酯不足，这样的情况也使得水性聚氨酯表面处理剂在合成革表面处理中受到了很大程度的限制。
4 水性聚氨酯合成革表面处理剂研究进展4.1 耐水水性聚氨酯合成革表面处理剂研究在对合成革进行制造加工的过程中，通常都需要经历水揉以及水洗等的加工工艺。而在具体应用中，合成革也会经常接触到水。因此，若想使其质量得到良好保障，应用到其表面上的表面处理剂就需要具备良好的耐水性能。因为水性聚氨酯分子链段中有亲水基团引入，所以相比较普通的溶剂型聚氨酯而言，其耐水性相对较差。为实现其耐水性的进一步提升，就需要采用外交联、内交联以及共聚改性等的各种方法。

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其中，外交联主要通过氨基树脂、多元胺以及环氧化合物等进行水性聚氨酯的交联；内交联主要通过三官能团形式的异氰酸酯或多元醇进行水性聚氨酯的交联。就目前来看，最活跃的研究是将有机硅树脂、有机氟树脂、环氧树脂以及丙烯酸树脂应用到水性聚氨酯中，以此来达到共聚改性效果，这样便可使其耐水性得以有效提升。比如：Williams[1]首先对亲水形式的聚氨酯预聚物进行了制备，然后将催化剂、扩链剂以及丙烯酸类单体加入其中，使其发生自由基聚合反应，这样便可获得到没有交联核壳的丙烯酸-聚氨酯杂合水分散体。经试验分析发现，在该水性聚氨酯干燥之后，其涂膜具备了更好的耐水性、耐磨性以及抗污性。王武生等[2]通过环氧硅氧烷形式的改性水性聚氨酯，让水性聚氨酯内的羟基季铵盐/羟基和交联剂内的硅氧烷基和环氧基进行水解缩合反应，从而实现了环氧硅烷形式的改性水样聚氨酯制备。经试验分析发现，其涂层具有良好的耐水性以及耐有机溶剂性能。另外，其涂层的固化温度也比较低，且无毒，在合成革表面处理中的应用更具安全性。刘鸿志等[3]在端羟基有机硅单体以及聚醚二元醇混合物中加入了TDI，使其发生反应，从而获得到预聚体总应用的1,4-丁二醇，再通过DMPA对其进行亲水扩链反应以及中和乳化，最终获得到了一种改性有机硅形式的聚氨酯乳液，通过实践研究发现，该聚氨酯乳液具备良好的耐水性、耐低温性以及耐热性。陈建兵等[4]借助于乳液聚合法，通过含氟丙烯酸酯进行了水性聚氨酯的改良，从而制备出了一种复合型乳液，经实践研究发现，在一整个分子链段内，如果氟的质量分数超过8%，将可挥发形式的有机碱进行中和，便可获得到膜吸水率更低、表面能更低的水性聚氨酯涂层。
4.2 耐水解水性聚氨酯合成革表面处理剂研究在通过合成革进行汽车内饰、沙发以及服装等产品制造时，其使用时间比较长，且应用环境具有一定的湿度，这就需要合成革所具备的耐水解性能足够好。就目前来看，合成革表面处理中应用的水性聚氨酯处理剂主要为聚酯类处理剂，此类处理剂的剥离强度及其耐刮耐磨强度都比较好，但其酯键很容易被水解，从而导致合成革应用寿命缩短。基于此，谢静等[5]对四种侧基结构体积不同的聚氨酯二元醇进行了对比，经对比发现，在侧基结构体积比较大的情况下，聚氨酯胶膜将会具有更好的耐水解性能。曲建波等[6]将不同的聚酯、聚多元醇以及二苯基甲烷二号氰酸酯进行配伍，从而合成了一种聚氨酯树脂，然后对其进行了丛林实验，并对其物理性能参数进行了对比分析，经实验与分析发现，通过聚四氢呋喃醚所制备获得到的聚氨酯树脂耐水解性能及其稳定性都比较好，在二苯基甲烷二异氰酸使用量的不断增加中，这种聚氨酯树脂所具有的耐水性及其稳定性都得到了显著提升，同时其硬度也变得更大。通过周威等[7]的相关研究发现，将有机蒙脱土和改性水性聚氨酯相复合，便可使其耐水解性能得以良好改善。
4.3 耐磨水性聚氨酯合成革表面处理剂研究因为合成革大多用来制作汽车坐垫以及沙发等的装饰产品，所以其耐磨要求也比较高。基于此，在对其进行表面处理时，应用到的水性聚氨酯也需要具备足够好的耐磨性，这也是合成革水性聚氨酯表面处理剂的一个主要研究和发展方向。李永佳等[8]将四针状氧化锌晶须掺杂到了铝中，并将其用作功能性填杆，以此来进行多功能形式的水性聚氨酯表面处理剂制备，经实践分析发现，在晶须含量达到8%的情况下，水性聚氨酯表面涂层的磨耗量便实现显著降低。王亮等[9]在水性聚氨酯里加入了硅烷偶联剂形式的改性纳米氧化铝，带分散之后使其成魔固化，然后对涂膜进行了耐磨性能测定，经测定发现，在加入了纳米粒子之后，涂膜具备了更好的耐磨性能。蔡福泉等[10]通过有机硅形式的改性水性聚氨酯进行了皮涂饰剂的制备，经试验研究发现，其干湿摩擦老固定和耐磨性能都在原有水性聚氨酯的基础上实现了显著提升。樊武厚等[11]将WPUS (SiO2/WPU纳米杂化分散液)、聚四氟乙烯乳液、硅酮乳液以及蜡乳液用作助剂，分别对助剂用量在水性聚氨酯表层处理剂耐磨性方面所产生的影响进行了分析，经分析发现，在助剂的质量分数由原来的2%上升到10%的情况下，涂膜所具有的耐磨性将会呈显著逐渐增加的趋势。而经过进一步的试验与分析发现，在WPUS质量分数是10%、聚四氟乙烯乳液质量分数是6%、硅酮乳液和蜡乳液质量分数是2%的情况下，水性聚氨酯涂膜所具有的耐磨性能可以达到最佳。
5 结语综上所述，在当今社会经济的不断发展中，合成革的应用领域得到了进一步扩大，需求量也实现了不断提升，这样的情况就对合成革的表面处理工艺提出了更高要求。考虑到传统合成革表面处理剂消耗较大，且会对环境造成不良影响，水性聚氨酯表面处理剂开始投入应用研究。因此，需要从合成革的应用实际出发，对水性聚氨酯表面处理剂的耐水性、耐水解性以及耐磨性进行深入研究，这样才可以让水性聚氨酯在合成革表面处理中发挥出充分优势，充分满足合成革表面处理的实际需求。