水性PU 合成革物理發泡層的性能及其影響因素

段航行

（浙江羅星實業有限公司，浙江 嘉興 314000）

通過模仿真皮組織結構可以得到發泡層結構信息，獲得與真皮類似的手感及舒適程度。發泡層具有大量的微型泡孔結構，能夠提高合成革材料的透水透氣性能，使其獲得較高的豐滿性、柔軟性。發泡層制作過程涉及化學反應，在受熱分解之后會產生氣體，形成微孔結構，降低漿料表面的張力。

一、水性PU 合成革物理發泡層樹脂產品介紹

水性PU 合成革發泡層樹脂是含有陰離子型水性聚氨酯的乳液，在生產水性合成革貝斯及紡織涂層過程中具有重要的應用價值。在經過機械發泡之后制作出來的貝斯具有較好的手感及剝離強度，透氣性良好，能夠廣泛應用于生產各種服裝革、箱包革、沙發革產品中，為制作出精美的汽車內飾材料奠定了良好的基礎。

該材料具有水性環保的特點，有機溶劑含量較低。固含量較高，能夠有效提高生產效率。同時，由于該材料柔軟性較高，回彈率高，具有較好的觸摸手感?？梢栽谄渲刑砑哟罅康奶盍希哂休^高的性價比，獲得更高的經濟效益。

在運輸過程中，該材料需要保存在通風良好且保持干燥的庫房中，避免光照直射，在0℃到40℃之間進行存儲及運輸。通常來講，該材料的有效期是半年，可以按照非危險品標準運輸。

二、驗證水性PU 合成革物理發泡層的性能試驗分析

（一）試驗過程中需要用到的原料分析

首先，試驗過程中需要用到聚醚多元醇原料，用有機聚合物作為起始劑，在環氧乙烷等多種催化劑的作用之下發生加聚反應，確定科學的配比及加料順序，生產出各種通用的試劑種類。

其次，試驗過程中需要用到三羥甲基丙烷及二羥甲基丙酸兩種原料，均屬于化學純材料，具有穩定的性能，能夠溶于其他化學試劑中，在合成航空潤滑油及印刷油墨時具有十分重要的應用，起到熱穩定劑的作用。

再次，試驗過程中需要用到丙酮材料，也被稱作是二甲基酮。該有機物是最簡單的飽和酮，表現為無色透明液體狀態，具有微香氣味，能夠溶解于水、甲醇、乙醚等其他有機溶劑中，具有容易揮發、在空氣中燃燒的特點，具有較活潑的化學性質。在工業生產過程中，該材料被廣泛應用于纖維制造、皮革生產及噴漆領域中，具有較大的應用價值。

另外，試驗過程中需要用到三乙胺試劑。該有機化合物是一種無色的油狀液體，有強烈氨臭氣味，容易在空氣中燃燒。能夠在水、乙醇等溶劑中溶解，有強烈的刺激性，在明火及高溫條件下甚至可能會發生爆炸危險，在工業生產過程中可以被用作催化劑、防腐劑、合成染料，具有極高的應用價值。

最后，試驗過程中需要用到脂肪醇聚氧乙烯醚助劑，是活性劑中發展速度較快、用量最多的化學品種之一。由聚乙二醇及脂肪醇縮合形成的醚具有較高的活性，理化性質優良，在皮革生產行業中具有較大的發展潛力。

（二）試驗中需要用到的設備分析

首先，在試驗中需要用到精密電動攪拌機，以獲得良好的攪拌效果。該設備是在大功率電動攪拌機基礎上改進形成的，具有優越的抗腐蝕功能，操作簡單便捷，運作過程平穩，能夠無極調速，強有力的馬達能夠在較大范圍內攪拌高粘度的液體，在大貨樣品的生產過程中具有十分重要的作用。

其次，在試驗中需要用到電熱鼓風烘箱，對生產的產品或研究試驗樣品進行快速烘干處理，運用熱處理功能解決生產過程中遇到的加熱問題，在保證質量的前提條件下，具有較好的安全性能。

再次，在試驗中需要用到織物透濕探測儀，用來測定各種織物、絮棉及太空棉等用于制造過程的材料透濕性，反映了產品的透氣、排汗功能，是評價產品舒適性及安全性的重要指標。

最后，在試驗中需要用到高速剪切混合乳化機，物料在底鍋內攪拌的過程中，不斷更新界面信息，將物料壓縮在均質器中，通過轉子與定子之間的剪切力、分散物料，打破物粒，在短時間內完成乳化目標。

（三）試驗具體過程分析

首先，需要合成水性PU 樹脂材料，為試驗過程提供研究對象。將聚醚多元醇及多異氰酸酯加入到攪拌裝置中，經過加熱、攪拌冷凝之后加入二羥甲基丙酸材料，經過足夠的反應時間之后，在催化劑作用之下促使完成乳化過程。在蒸餾出丙酮之后可以獲得固含量較高的水性PU 乳液。

其次，需要制備出高質量的超微皮革粉末。把皮革廠削勻、磨革及從成品革車間渠道的牛皮碎屑放在機械粉碎機中，經過一個小時之后取出，用過濾網獲得高純度的粉末，并保留起來備用。過濾之后的皮革粉末需要在水中浸泡24 小時以上，在分散機的作用之下獲得高速的乳化速度，在攪拌均勻之后可以獲得粒子大小大致相等的皮革粉末。

再次，為了更好的運用水性PU 樹脂的物理發泡程序，可以在乳液中加入適量的發泡劑及穩定劑，在獲得足夠的發泡倍率之后加入適量的填料，在經過攪拌之后即可獲得填料與發泡漿料均勻混合的發泡液體。

最后，需要制備好合成革水性PU 物理發泡層，稱量一定量的水性PU 發泡材料，倒入鋪于玻璃板上的離型紙上，在涂抹棒的作用下均勻混合，并在烘箱中烘干，經過冷卻之后即可獲得試驗中用到的水性PU 物理發泡層材料。

三、試驗測試項目分析

（一）測量發泡漿料的粘稠度及發泡層的成肌性

根據生產流程中的比例制備水性PU 漿料，將其均勻涂抹在具有一定深度的凹槽中，經過干燥作用之后測量其厚度，即可得到膜厚度與凹槽深度的比例關系，獲得涂層的成肌數值大小，定量表示試驗數據，獲得可靠性較強的試驗結果。

在測量發泡漿料的粘度時，可以運用數顯粘度計獲得測量數據信息，將轉速設定為每分鐘30 轉，測試溫度設置為25℃。為了獲得更加準確的測量結果，可以運用多次測量取平均值的方式，獲得發泡漿料粘度數據信息。

（二）測定涂膜的各項力學性能及透水透氣性

在測定力學性能時，需要嚴格按照相應標準制取樣本，使其在合適的抗張強度、撕裂強度及斷裂伸長長度內獲得合理的拉伸速率。

為了獲得涂膜的SEM 表征信息，需要將制作好的水性PU 合成革物理發泡層切斷，制成大小適中的樣品，并在載物臺上添加電膠材料，經過噴金處理之后，將載物臺放在掃描儀器當中，科學調整載物臺的高度，及時觀察掃面電鏡開口，開動掃描設備，嚴格按照操作步驟完成試樣拍照任務，經過處理分析之后獲得合理的表征數據信息。在測量涂抹的透水透氣性時，需要將適量的蒸餾水放置在器皿中，并在其上放置橡皮墊圈及試樣，確保鋁制螺絲緊緊固定在器皿上，再放到稱量設備上稱重。在試驗器具中放置適量的濃硫酸，經過空氣的風華作用之后獲得稱重信息。

（三）測量合成革發泡層的剝離強度

沿著中間線剪開已經加工完成的合成革，并用專用的表面粘結劑固定材料表層，經過輥壓、烘干及粘貼之后將樣品剪成長寬固定的長條形樣品，用速度固定的拉力試驗機完成拉伸任務，完成角度為180 度的剝離，測量出表面層及基體層之間的剝離強度狀況信息。

四、影響水性PU 合成革物理發泡層材料性能的因素分析

（一）發泡劑的種類對發泡層材料性能的影響

不同種類的發泡劑具有相異的發泡能力及穩泡能力，其表面的活性對發泡層材料的性能具有較大影響。在泡沫形成的過程中，氣泡的數量會對液膜表面產生較大影響，泡沫體系表面能會隨之發生變化。表面能較大時會使得液膜的存在時間逐漸縮短，給泡沫形成過程產生了較大的阻礙作用。發泡劑表面會附著著大量的表面活性劑，決定著表面活性水平，其中表面活性越高的發泡劑越容易形成泡沫。泡沫液膜性質由穩泡性能決定，為彈力較好、強度較高的液膜形成奠定了良好基礎。

（二）發泡倍率的大小對發泡層材料性能的影響

水性PU 合成革材料的剝離程度較差，需要運用控制涂層小孔大小及數量的方式解決剝離程度難題。發泡倍率會對發泡層的機械性能及使用手感產生較大影響，在控制發泡劑用量時，改變發泡倍率及攪拌時間，能夠達到高效控制小孔實際大小與數量的目的。在水性PU溶液中加入發泡劑及穩泡劑，運用物理機械發泡控制發泡倍率，能夠獲得關于合成革材料的剝離強度及機械性能信息。

實際上，水性PU 合成革材料的剝離強度及抗張撕裂嵌強度會隨著發泡倍率的增加而降低。發泡倍率的提升會使得樹脂乳液中融入較多的空氣，增大發泡層中小孔的大小及數量，導致微孔結構變薄，強度嚴重降低。小孔數量增加會使得發泡層的柔軟度提高，但是在發泡倍率超過200%之后，會獲得較差的手感，微孔結構大量破裂。

（三）填料種類對發泡層機械性能及透水透氣性的影響

填料在合成革材料中具有重要作用。首先，填料會調整發泡層中的小孔結構，使其以微小顆粒狀態分布在發泡體系當中，加速了水性聚氨酯分子的凝聚過程，提高樹脂材料的凝固速率。其次，填料會使得合成革材料具備一些特殊功能，間接改變發泡層的功能。

超微皮革粉體的表面是肉面層，在沒有經過加脂之前，會獲得較為疏松、干枯的纖維結構，在與漿料充分混合之后可以獲得較高的漿料粘稠度，使其流動性變差。添加超微皮革粉體之后的發泡漿料具有較細膩均勻的泡孔結構，但填料對其發泡能力影響較小，對發泡層的小孔結構影響較大。添加填料不會影響發泡層微孔結構的完整性，可以有效改善發泡層的平整程度及豐滿度，使其具備更好的手感。超微皮革粉體的纖維排列較為緊密，在加工過程中具有大量的砂礫雜質。

在發泡工藝相同的條件下，不同種類的填料會對水性PU 合成革材料的機械性能產生較大影響。在填料加入之后，發泡層的孔結構會隨之增加，對泡沫產生較大的破壞性，機械性能受到的影響較大。在實際生產過程中，加入填料能夠降低生產成本，改變發泡層的特殊性能。

填料種類也會對發泡層的透水透氣性產生較大影響。合成革的透水透氣性是評判質量的一項重要標準。在添加填料之后，發泡層的透水透氣性會有明顯提高，其中成品超微皮革粉體的作用最為明顯。纖維素材料具有較好的親水性，有效改善材料的透水透氣性能，使其具備柔軟的手感。

（四）超微皮革粉末用量大小對發泡層材料性能的影響

首先，粉體用量會對水性PU 合成革的透水透氣性產生較大影響。超微皮革粉末用量增加時，發泡層的透濕率也會隨之增加。發泡層本身具有良好的透水透氣性，在粉末的作用之下，會在一定范圍內提高透濕率。但是在粉末用量增加到一定值時，發泡層的透水透氣性會隨之趨于平衡，達到相對穩定的標準。

其次，粉體用量會對水性PU 合成革的機械性能產生較大影響。粉末含量的增加會使得發泡層的抗張強度及撕裂強度不斷降低。粉末會對發泡層內部均勻分布的結構產生一定的破壞性，阻礙了新化學鍵的生成，在界面處存在大量的縫隙，對其機械性能產生了較大影響。

（五）烘干溫度對發泡層材料性能的影響

在水性PU 合成革生產的過程中，溫度大小起著至關重要的作用，影響著實際生產過程。隨著烘干溫度的提高，烘干時間會隨之變短，干燥速率會加快。較高的溫度可以對發泡層帶來較多能量，使得水分能夠快速蒸發出去，獲得較高的干燥速率。較高的溫度會使得撕裂抗張強度不斷增強，機械性能不斷提高。高溫下發泡層的顆粒感較強，聚氨酯分子之間的粘結度較高。但是在過高的溫度環境中，發泡層表面呈現出粗糙的特征，顆粒感較強。這是因為在溫度高于水的沸點之后，溶劑水會迅速蒸發，小泡也會隨之快速破裂，顆粒感嚴重。

在較低溫度情況下，發泡層會獲得穩定的結構及平整的表面，溫度增高會伴隨著水分的蒸發，顆粒纖維震蕩頻率增加，機械性能逐漸改善。

五、結語

綜上所述，水性PU 合成革樹脂材料柔軟，具有良好的性能。經過試驗可知，水性PU 合成革物理發泡層性能會受到烘干溫度、填料種類、發泡倍率、粉末用量、發泡劑種類等因素影響，可以在實驗中通過測量合成革發泡層的剝離強度、涂膜的各項力學性能及透水透氣性等,驗證各種因素對水性PU 合成革材料的影響程度。