服用PU合成革涂層熱穩定性影響因素和評價方法研究

成松濤 陳 明

（江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京 210007）

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服用PU合成革涂層熱穩定性影響因素和評價方法研究

成松濤 陳 明

（江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京 210007）

摘 要重新組合并構建涂層熱穩定性實驗結果評價方法，同時對比三因素對涂層熱穩定性的影響。實驗結果表明：溫度對于PU合成革涂層熱穩定性影響最為顯著，負荷和時間對其影響微乎其微。另外，涂層表面處理劑對其熱穩定性也有一定的影響。

關鍵詞涂層熱穩定性;影響因素;評價體系

Study on the influencing factors and evaluation methodology of PU coating thermal stability

CHENG Song-tao CHEN Ming
(JiangSu Textiles Quality Services Inspection Testing Institute，Jiangsu Nan Jing 210007,China)

Abstract The evaluation methodology for the experiment resultsare combined andreconstructed, and three influencing factorson the thermal stability of coatingwere studied. The experimental results showed that the temperature influenced apparently the thermal stability of PU synthetic leather coating, other components hardly influenced it.Besides, coating surface treatment agent affected it to some extent.

Key words the thermal stability of coating;influencing factors;evaluation methodology

20世紀60年代，隨著聚氨酯工業和非織造布技術在人工革上的應用，誕生了新一代合成革。特別是超細纖維工業化技術的突破，給合成革工業帶來了一場新的革命。

涂層熱穩定性是表征合成革涂層物理性能的一個重要指標。合成革標準中主要分為抗粘連性和耐熱粘著性。抗粘連性側重考核在惡劣使用環境條件（高溫、強壓）下，PU造面合成革涂層牢度以及涂層接觸面之間的粘著性能。而耐熱粘著性，主要用于檢測合成革（濕法涂層）耐熱程度。

涉及聚氨酯合成革的標準中，如QB/T1646—2007《聚氨酯合成革》、GB/T8949-2008《聚氨酯干法人造革》、QB/T2888-2007《聚氨酯束狀超細纖維合成革》等標準對涂層熱穩定性的溫度、負荷和時間不盡相同，且結果評價描述不統一、偏主觀性。本課題通過對比三因素對PU合成革涂層熱穩定性的影響，更加科學、量化指標來評價此項目。

1 聚氨酯類合成革涂層熱穩定性標準歸類

標準　適用范圍　熱穩定性能　參數　考核項目QB/T1646—2007聚氨酯合成革[1]適用于針刺非織造布經聚氨酯樹脂濕法加工、溶劑萃取以及系列后整理工藝制成的具有中空藕狀纖維結構的聚氨酯合成革。耐熱黏著性溫度：100±2℃負重：3kg時間：1h光澤表面形狀分5級

GB/T8949—2008聚氨酯干法人造革[2]適用于針織布基和機織布基為底基，經干法聚氨酯涂層工藝制作的人造革。抗粘著性溫度：80±2℃負重：10N時間：3h剝離力度表面形狀分5級QB/T2888—2007聚氨酯束狀超細纖維合成革[3]適用于海島型復合纖維非織造布經聚氨酯樹脂濕法凝固、溶劑萃取以及后整理工藝制成的具有束狀超細纖維結構的合成革耐熱粘著性溫度：100±2℃負重：3kg時間：1h光澤表面形狀共5級QB/T2958—2008服裝用聚氨酯合成革[4]適用于以機織布基和針織布基為底基，經干、濕法聚氨酯涂層工藝制作的服裝用聚氨酯合成革。耐熱黏著性（參照8949）溫度：80±2℃負重：10N時間：3h剝離力度表面形狀分5級FZ/T73028—2009針織人造革服裝[5]適用于以各種針織人造革（以針織布料為基布，以合成樹脂為主要原料加工而成）為主要面料，成批生產的各類服裝。抗粘著性（參照8949）溫度：80±2℃負重：10N時間：3h剝離力度表面形狀分5級

2 實驗部分

2.1 試驗儀器及設備

選取有代表性的服裝用PU合成革（波司登公司提供）；烘箱/Y801A；GOTECH AI-7000S拉力儀（選取量程50kgf，測定速度100mm/min，氣動夾具，夾持寬度60mm）

2.2 實驗過程

步驟1：裁取60mm×100mm的試樣6片，每2片試樣表面層疊合一起。共三對試樣，夾于60mm×60mm×3mm的玻璃夾片中，玻璃夾片與試樣寬度一邊對齊，再加上負重砝碼，置于鼓風恒溫烘箱內。達到預定時間，除去砝碼，室溫放置1h后，進行評級。

步驟2：拉力儀夾持試樣露出部分上下兩層（約40mm）分別夾持上下氣動夾具，進行拉力測定，取力值最大值。

2.3 評價體系（根據實際測量和經驗進行劃檔）見下表：

評級　　剝離力度評級　PU表面狀態評級5級　　接觸面無阻力或手腕抖動可以分離　　表面層無變化4級　　接觸面有阻力且≤5N　　光澤和表面層稍有變化3級　　接觸面有阻力＞5N，≤10N光澤及表面形狀紋理發生變化2級　　接觸面有阻力＞10N，≤30N表面層出現損傷、起泡或光澤發生顯著變化1級　　接觸面有阻力＞30N　　表面層撕裂或脫開，表面層以下出現損傷備注　　最終評級以剝離力度評級和PU表面狀態評級的最差結果計

2.4 試驗方案及結果

2.4.1 溫度：選定75°、85°、95°、105°。

表1　溫度變化-涂層熱穩定性變化表

2.4.2 時間：1h、3h、5h、7h。

表2　時間變化-涂層熱穩定性變化表

2.4.3 負重：1kg、2kg、3kg、4kg。

表3　壓力變化-涂層熱穩定性變化表

為了改善表面觀感， PU涂層表面層往往涂飾一層很薄的表面處理劑。為此排除此干擾，試驗前通過酒精擦拭處理試樣表面。

表4　表面處理劑對涂層熱穩定性影響表

3 結果與討論

表1、2、3綜合來看，溫度對于合成革涂層熱穩定性的影響是顯而易見的，而時間和壓力對合成革涂層的影響是微乎其微的。PU接觸界面的粘連性主要因為相互接觸的高分子活性基團有化學鍵的形成。

合成聚氨酯的原料主要是多元醇和二異氰酸酯化合物，另外還有擴鏈劑、交聯劑、交聯促進劑以及其他功能助劑。聚氨酯大分子主鏈上含有大量氨基甲酸酯基，還有醚基、酯基、脲基、縮二脲、酰胺基等基團。作為長鏈的多元醇，通常使用聚酯多醇及聚醚多醇。一般情況下聚酯型聚氨酯比聚醚型聚氨酯具有更好的物理機械，而聚醚型具有更好的耐水解性和低溫柔順性能。聚醚型玻璃化溫度一般為-70℃－50℃，而聚酯型玻璃化溫度一般為25℃－45℃。高彈態PU的可塑性性強以及柔軟性符合基本服用功能，因此服裝用PU合成革涂層一般采用聚醚型聚氨酯。

聚氨酯是一種復雜結構的嵌段聚合物。當溫度達到75℃以上時，已經遠遠超過硬鏈段的玻璃化轉換溫度。軟、硬分子鏈段的活性大大增加。高彈態的PU，非結晶部分分子因升溫而獲得較大的熱運動能量，因而鏈段的運動受到激發，雖然整個分子鏈還不能自由移動，但分子熱運動能量已足以克服旋轉位壘。隨著溫度不斷升高，上下接觸的界面上聚氨酯樹脂中殘余的高活性NCO等基團有更多的接觸幾率與其他基團進行反應從而形成更加穩定的化學鍵；另外，聚氨酯大分子鏈上含有醚基、酯基、脲基、酰胺基等基團，很容易生成氫鍵。氫鍵起到物理交聯作用。隨著負荷增加，分子鏈通過內旋轉和鏈段的運動產生較大的變形，然而粘連現象并沒有很大的變化，主要是由于在較高的溫度下，主要是鏈段接受能量而活動，氫鍵的作用力逐漸消失[6]。

另外，交聯劑的交聯反應也是影響粘結性的一個重要原因[6]。在聚氨酯加熱合成過程中，通過交聯劑與主鏈上的反應基團作用，使得分子鏈之間形成共價鍵，使得線性聚合物轉變為體型網狀結構高聚物。在以上試驗中，通過兩層PU界面的接觸中，交聯劑在高溫條件下，也可能繼續反應，通過不斷交聯相互接觸的PU涂層使得粘連性不斷增強。特別是溫度超過100℃時，剝離力度達到2級。這可能由氨基甲酸酯于體系中過量的NCO發生交聯反應，生成高分子量的聚氨酯樹脂而造成的。

盡管表面活性劑及其他助劑對合成革的玻璃化溫度幾乎沒有影響[7]。但是在75℃、85℃溫度下剝離力度評級有一級的惡化，主要是因為酒精擦拭的前處理，使得合成革表面更加清潔，暴露更多的活性基團，從而使得分子結合的機會增加，導致剝離力度增加。隨著溫度不斷升高，軟硬鏈段的活性不斷增加，使得前處理作用沒有那么明顯。

4 建議

貝斯在進一步加工后整理過程中，如干法移膜、印刷、染色等工序加入的著色劑和一些耐水解、耐光、耐磨、抗氧化等表面改性劑，使得服用PU合成革表面在熱環境接觸時表面的粘合交聯更加復雜。隨著PU合成革在服裝產品中的應用越來越廣泛，涂層熱穩定性性能顯得尤為重要。然而在服裝標準里基本不考核該項目。為了降低風險，企業應制定較完善的產品企業標準，根據合成革區別于其他紡織品的理化性能特點，增加對合成革的涂層熱穩定性的考核。

參考文獻：

[1] QB/T 1646—2007聚氨酯合成革[S].

[2] GB/T 8949—2008聚氯酯干法人造革[S].

[3] QB/T2888—2007聚氨酯束狀超細纖維合成革[S].

[4] QB/T 2958—2008服裝用聚氨酯合成革[S].

[5] FZ/T73028—2009針織人造革服裝[S].

[6] 曲建波.合成革材料與工藝學[M].北京:化學工業出版社. 2015.

[7] 張曉鐳，高富堂等.超細纖維合成革玻璃化溫度影響因素[J].中國皮革.2005,34(7):29-31.

作者簡介：陳松濤，2001年畢業于陜西科技大學皮革化學與工程專業，研究生學歷，畢業后一直從事皮革面料、鞋類產品、箱包類產品的檢驗、研究工作。

文獻標識碼：C

中圖分類號：TS51.3

投稿日期：2016-01-20