合成革用无溶剂聚氨酯面层树脂的制备与应用

摘要

聚氨酯（PU）合成革通常是由PU涂层和基材构成的复合材料，可以作为天然皮革的代用品。但传统PU合成革在生产过程中使用了大量的有机溶剂，不仅污染环境，而且成品革中会有溶剂残留。近年来，无溶剂聚氨酯（SFPU）合成革技术的研究逐渐成为热点。针对目前SFPU合成革技术的需求，本研究制备了合成革用SFPU面层树脂，研究了SFPU膜的性能，并探讨了SFPU面层树脂的应用技术。主要研究内容和结果如下：
　　以液态二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-50）和改性聚酯多元醇2000为主要原料，以DH-067为延迟性催化剂，采用一步法制备了芳香族MDI型SFPU面层树脂，并研究了R值（体系中NCO/OH的摩尔比）、硬段含量（HS％）和扩链剂对MDI型SFPU膜性能的影响。研究结果表明：R值为1.1时，SFPU膜的伸长强度最大，耐热性能最好。且随着R值的增大，SFPU膜的软段玻璃化转变温度（Tg）向低温方向移动。当HS%从42%增加到51%时，SFPU膜的伸长强度从4.30MPa增大到39.00MPa，断裂伸长率从624.76%下降到447.46%；当HS%继续增加时，SFPU膜的伸长强度和断裂伸长率均降低。且随着HS%的增加，SFPU膜的Tg向高温方向移动，耐热性能变好。另外，采用乙二醇（EG）、一缩二乙二醇（DG）、1,4-丁二醇（1.4-BDO）和二缩三乙二醇（TG）作为扩链剂制备SFPU膜，其伸长强度分别为16.9MPa、19.11MPa、17.2MPa和13.9MPa，断裂伸长率分别为276.64%、455.04%、402.30%和498.62%。
　　以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG）、聚己内酯二醇（PCL）和改性聚酯多元醇2000为主要原材料，以二月桂酸二丁基锡（DBTDL）为催化剂，采用半预聚体法制备了脂肪族IPDI型SFPU面层树脂，并研究了B料（含羟基组分）中多元醇、R值、扩链剂和HS%对IPDI型SFPU膜性能的影响。研究结果表明：当多元醇相对分子质量相同且均为2000时，采用PCL制得的SFPU膜的伸长强度最大，为29.5MPa；采用改性聚酯多元醇制得的SFPU膜的伸长强度次之，为23.86MPa；采用PTMEG制得的SFPU膜的伸长强度最小，为13.04MPa。当多元醇相对分子质量增加时，采用PCL制得的SFPU膜的伸长强度提高，而采用PTMEG制得的SFPU膜的伸长强度降低。采用PTMEG制得的SFPU膜的耐水解稳定性比采用PCL制得的SFPU膜的好。当R值从1.0增加到1.2时，SFPU膜的伸长强度从7.25MPa增大到17.11MPa，而断裂伸长率从459.30%下降到408.12%。当HS%从40%增加到60%时，SFPU膜的耐温性提高，伸长强度从8.71MPa增大到26.20MPa，断裂伸长率从489.34%下降到301.62%。另外，采用不同扩链剂（EG、1.4-BDO和TG）制得的SFPU膜的伸长强度分别为19.57MPa、13.04MPa和5.40MPa，断裂伸长率分别为352.36%、456.32%和804.86%。
　　以制得的SFPU面层树脂为成膜材料，将其应用于鞋面革用超纤基布的干法造面，制备了三种SFPU型超纤鞋面革，对其结构和性能进行了研究，并对SFPU面层树脂的应用技术做了探讨。研究结果表明：IPDI型SFPU超纤鞋面革、带有发泡层的MDI型SFPU超纤鞋面革和没有发泡层的MDI型SFPU超纤鞋面革的各项物理性能分别达到了企业同类产品B级产品、C级产品、A级产品的等级要求。另外，芳香族MDI型SFPU面层树脂所用原料价格较低，制备成本较低，但不耐黄变，能够满足深色产品的要求；脂肪族IPDI型SFPU面层树脂所用原料价格较高，具有优异的耐黄变性能，能够满足浅色产品的要求。

目录

符号说明

1 绪论

1.1 我国合成革工业的概况

1.1.1 PU合成革工业的污染问题

1.1.2 PU合成革的清洁化生产技术

1.2 合成革用PU树脂简介

1.2.1 PU树脂的分类

1.2.2 PU合成的基本原料和助剂

1.2.3 异氰酸酯的反应机理[27-29]

1.2.4 异氰酸酯的化学反应

1.2.5 影响PU性能的因素

1.2.6 传统合成革用溶剂型PU树脂

1.2.7 环保型合成革用PU树脂

1.3 合成革用SFPU的研究进展

1.3.1 SFPU合成革制造的基本工艺

1.3.2 合成革用SFPU的制备技术

1.3.3 合成革用SFPU的研究进展

1.4 课题研究的目的、内容和意义

1.4.1 课题研究的目的

1.4.2 课题研究的内容

1.4.3 课题研究的意义

2 芳香族MDI型SFPU面层树脂的制备与性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器

2.1.3 MDI型SFPU膜的制备

2.1.4 扩链剂对MDI型SFPU膜性能的影响

2.1.5 R值对MDI型SFPU膜性能的影响

2.1.6 硬段含量对MDI型SFPU膜性能的影响

2.2 测试及分析

2.2.1-NCO含量的测定

2.2.2 红外光谱分析（FT-IR）

2.2.3 热重分析（TGA）

2.2.4 差示扫描热分析（DSC）

2.2.5 原子力显微镜分析（AFM）

2.2.6 接触角测试

2.2.7 X射线衍射（XRD）的测定

2.2.8 卫生性能分析

2.2.9 耐水解性能的测定

2.2.10 力学性能的测定

2.3 结果与讨论

2.3.1 扩链剂对MDI型SFPU膜性能的影响

2.3.2 R值对MDI型SFPU膜性能的影响

2.3.3 硬段含量对MDI型SFPU膜性能的影响

2.4 本章小结

3 脂肪族IPDI型SFPU面层树脂的制备与性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验材料

3.1.3 IPDI型SFPU面层树脂的制备

3.1.4 IPDI型SFPU膜的制备

3.1.5 B组分多元醇类型对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.1.6 B组分多元醇分子量对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.1.7 扩链剂对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.1.8 R值对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.1.9 硬段含量对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.2 测试及分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 B组分多元醇对IPDI型SFPU膜主要力学性能的影响

3.3.2 扩链剂对IPDI型SFPU膜主要力学性能的影响

3.3.3 R值对IPDI型SFPU膜主要力学性能的影响

3.3.4 硬段含量对IPDI型SFPU膜性能的影响

3.4 本章小结

4 SFPU面层树脂在超纤鞋面革中的应用研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验仪器

4.1.3 IPDI型SFPU超纤鞋面革的制备

4.1.4 MDI型SFPU超纤鞋面革的制备

4.2 检测和分析方法

4.2.1 热重分析（TGA）

4.2.2 扫描电镜分析（SEM）

4.2.3 拉伸负荷的测定

4.2.4 撕裂强度的测定

4.2.5 涂层剥离强度的测定

4.2.6 柔软度的测定

4.2.7 耐折牢度的测定

4.2.8 耐磨性测试

4.2.9 耐热收缩性测试

4.2.10 耐摩擦色牢度测试

4.2.11 耐水解性能的测定

4.2.12 崩裂强度的测定

4.3 结果与讨论

4.3.1 SFPU超纤鞋面革成品TG分析

4.3.2 SFPU超纤鞋面革成品SEM分析

4.3.3 SFPU超纤鞋面革成品接触角测试

4.3.4 SFPU超纤鞋面革成品检测数据

4.4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请专利

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