半PU合成革面层材料水性聚氨酯的制备及其性能研究

摘要

PVC人造革是箱包、沙发、汽车坐垫等皮革制品的理想材料，但增塑剂的大量使用及耐油性差、手感差而限制其应用。PU/PVC合成革弥补了PVC人造革缺点，拥有和PU合成革同等的耐油性、触感，并且面层PU可以阻止PVC中间发泡层中增塑剂向表面迁移。但传统PU面层树脂中含有70％以上的挥发性溶剂，导致环境污染严重。用水性聚氨酯面料代替含DMF溶剂型聚氨酯面料生产出的PU/PVC合成革，则从源头上解决了DMF残留问题及VOC污染问题。本课题对半PU合成革水性聚氨酯面层材料的制备条件及相关性能进行探讨。
　　以甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、低聚物二醇（PCL-2000，PTMG-2000，PPG330-3000）为基本原料，小分子二醇(TMPD，HDO，NPG)为扩链剂，三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂，二羟甲基丙酸(DMPA)为内乳化剂，乙二胺(EDA)为后扩链剂，采用逐步预聚法，制备水性聚氨酯乳液。讨论了TDI/MDI摩尔比、DMPA含量、TMP含量、小分子二醇及低聚物二醇类型对水性聚氨酯乳液稳定性及膜机械性能、耐热性能的影响。实验结果表明:采用TMPD小分子二醇为扩链剂、TDI/MDI=5.5/4.5、DMPA为4.22％、TMP为0.52％、调整PPG330的质量分数为12.85％，得到稳定性及耐热性好的水性聚氨酯乳液，吸水率为3.50％，拉伸强度为32.28MPa，模量为4.38Mpa。
　　为了进一步提高水性聚氨酯膜的耐热性，又以环氧树脂(E-44)改性水性聚氨酯乳液。讨论了E-44对乳液稳定性及膜机械性能、耐热性能的影响。实验结果表明:当E-44为1.5％时，更进一步提高了膜的耐热性能和耐水性能并对乳液稳定性及外观影响不大。利用TG分析出环氧树脂改性的WPU耐热性能优于改性前的WPU。
　　将水性聚氨酯乳液应用于半PU合成革面层，并探究面层浆料的配置。结果表明:添加乳液质量0.50％的增稠剂、0.20％的消泡剂、0.15％的流平剂、0.10％的滑爽剂、5.00％的颜料，助剂与浆料间的配伍性好。由E-44改性的水性聚氨酯乳液制备的半PU合成革，具有更好的表面耐磨性、耐折性。由其改性乳液制备的半PU水性革，在温度70℃、湿度95％/168H恒温恒湿条件处理后各项性能降低不明显，适合代替溶剂型聚氨酯面料制备半PU水性革产品。

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摘要

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表格清单

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 人造革／合成革介绍

1．1．2 人造革／合成革发展简史

1．1．3 人造革／合成革现状

1．2 国内外革用水性聚氨酯研究进展

1．2．1 国外革用水性聚氨酯研究进展

1．2．2 国内革用水性聚氨酯研究进展

1．3 水性聚氨酯概述

1．3．1 水性聚氨酯分类

1．3．2 水性聚氨酯制备方法

1．3．3 水性聚氨酯改性方法

1．4 研究内容及意义

1．4．1 本论文研究内容

1．4．2 本论文意义

第二章 半PU合成革水性聚氨酯面层材料的制备

2．1 实验主要原料

2．2 实验主要仪器

2．3 实验原料预处理

2．4 实验工艺

2．5 样品测试与表征

2．5．1 预聚体中-NCO含量的测定

2．5．2 水性聚氨酯胶膜的制备

2．5．3 水性聚氨酯乳液固含量的测定

2．5．4 乳液粘度的测定

2．5．5 乳液粒径的测定

2．5．6 乳液稳定性的测定

2．5．7 WPU胶膜吸水率的测定

2．5．8 WPU胶膜拉伸强度、模量、断裂伸长率的测定

2．5．9 WPU胶膜耐高温性的测定

2．5．10 粘结强度的测定

2．5．11 红外光谱分析

2．5．12 DSC分析

2．5．13 TG分析

2．5．14 PU／PVC合成革拉伸强度、断裂伸长率测试

2．5．15 PU／PVC合成革撕裂强度测试

2．5．16 PU／PVC合成革耐折牢度测试

2．5．17 PU／PVC合成革耐磨耗测试

2．5．18 PU／PVC合成革抗粘着性测试

2．5．19 PU／PVC合成革表面耐酒精测试

2．5．20 PU／PVC合成革色牢度测试

2．5．21 PU／PVC合成革耐老化测试

第三章 半PU合成革水性聚氨酯面层材料性能影响因素探讨

3．1 前言

3．2 MDI含量对水性聚氨酯性能影响

3．3 DMPA用量对水性聚氨酯乳液性能影响

3．4 TMP用量对水性聚氨酯性能影响

3．5 羟基小分子种类对水性聚氨酯性能影响

3．6 软段对水性聚氨酯性能影响

3．7 环氧用量对水性聚氨酯乳液影响

3．7．1 环氧改性水性聚氨酯乳液合成

3．7．2 环氧用量对水性聚氨酯乳液影响

3．7．3 环氧用量对水性聚氨酯胶膜力学性能影响

3．7．3 TG分析

3．8 红外光谱分析

3．9 本章小结

第四章 两种类型水性聚氨酯面料在半PU革中的应用

4．1 前言

4．2 制备半PU革主要原材料

4．2．1 基布

4．2．2 离型纸

4．2．3 水性树脂

4．2．4 水性色浆

4．3 半PU合成革制备工艺

4．3．1 半PU革面层水性浆料配置

4．3．2 半PU革面层水性浆料配制方法

4．3．3 制备半PU革主要设备

4．3．4 半PU革制备方法及工艺参数

4．4 助剂选择及应用

4．4．1 流平剂选择及应用

4．4．2 手感剂与抗划伤剂选择及应用

4．4．3 增稠剂选择及应用

4．4．4 消泡剂选择及应用

4．5 主要测试结果与讨论

4．5．1 未改性水性聚氨酯对半PU水性革性能影响

4．5．2 环氧改性水性聚氨酯对半PU水性革性能影响

4．6 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况