服用PU合成革涂层热稳定性影响因素和评价方法研究

成松涛 陈 明

（江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏南京 210007）



服用PU合成革涂层热稳定性影响因素和评价方法研究

成松涛 陈 明

（江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏南京 210007）

摘 要重新组合并构建涂层热稳定性实验结果评价方法，同时对比三因素对涂层热稳定性的影响。实验结果表明：温度对于PU合成革涂层热稳定性影响最为显著，负荷和时间对其影响微乎其微。另外，涂层表面处理剂对其热稳定性也有一定的影响。

关键词涂层热稳定性;影响因素;评价体系

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世纪60年代，随着聚氨酯工业和非织造布技术在人工革上的应用，诞生了新一代合成革。特别是超细纤维工业化技术的突破，给合成革工业带来了一场新的革命。

涂层热稳定性是表征合成革涂层物理性能的一个重要指标。合成革标准中主要分为抗粘连性和耐热粘着性。抗粘连性侧重考核在恶劣使用环境条件（高温、强压）下，PU造面合成革涂层牢度以及涂层接触面之间的粘着性能。而耐热粘着性，主要用于检测合成革（湿法涂层）耐热程度。

涉及聚氨酯合成革的标准中，如QB/T1646—2007《聚氨酯合成革》、GB/T8949-2008《聚氨酯干法人造革》、QB/T2888-2007《聚氨酯束状超细纤维合成革》等标准对涂层热稳定性的温度、负荷和时间不尽相同，且结果评价描述不统一、偏主观性。本课题通过对比三因素对PU合成革涂层热稳定性的影响，更加科学、量化指标来评价此项目。

1 聚氨酯类合成革涂层热稳定性标准归类

标准　适用范围　热稳定性能　参数　考核项目QB/T1646—2007聚氨酯合成革[1]适用于针刺非织造布经聚氨酯树脂湿法加工、溶剂萃取以及系列后整理工艺制成的具有中空藕状纤维结构的聚氨酯合成革。耐热黏着性温度：100±2℃负重：3kg时间：1h光泽表面形状分5级

GB/T8949—2008聚氨酯干法人造革[2]适用于针织布基和机织布基为底基，经干法聚氨酯涂层工艺制作的人造革。抗粘着性温度：80±2℃负重：10N时间：3h剥离力度表面形状分5级QB/T2888—2007聚氨酯束状超细纤维合成革[3]适用于海岛型复合纤维非织造布经聚氨酯树脂湿法凝固、溶剂萃取以及后整理工艺制成的具有束状超细纤维结构的合成革耐热粘着性温度：100±2℃负重：3kg时间：1h光泽表面形状共5级QB/T2958—2008服装用聚氨酯合成革[4]适用于以机织布基和针织布基为底基，经干、湿法聚氨酯涂层工艺制作的服装用聚氨酯合成革。耐热黏着性（参照8949）温度：80±2℃负重：10N时间：3h剥离力度表面形状分5级FZ/T73028—2009针织人造革服装[5]适用于以各种针织人造革（以针织布料为基布，以合成树脂为主要原料加工而成）为主要面料，成批生产的各类服装。抗粘着性（参照8949）温度：80±2℃负重：10N时间：3h剥离力度表面形状分5级

2 实验部分

2.1 试验仪器及设备

选取有代表性的服装用PU合成革（波司登公司提供）；烘箱/Y801A；GOTECH AI-7000S拉力仪（选取量程50kgf，测定速度100mm/min，气动夹具，夹持宽度60mm）

2.2 实验过程

步骤1：裁取60mm×100mm的试样6片，每2片试样表面层叠合一起。共三对试样，夹于60mm×60mm×3mm的玻璃夹片中，玻璃夹片与试样宽度一边对齐，再加上负重砝码，置于鼓风恒温烘箱内。达到预定时间，除去砝码，室温放置1h后，进行评级。

步骤2：拉力仪夹持试样露出部分上下两层（约40mm）分别夹持上下气动夹具，进行拉力测定，取力值最大值。

2.3 评价体系（根据实际测量和经验进行划档）见下表：

评级　　剥离力度评级　PU表面状态评级5级　　接触面无阻力或手腕抖动可以分离　　表面层无变化4级　　接触面有阻力且≤5N　　光泽和表面层稍有变化3级　　接触面有阻力＞5N，≤10N光泽及表面形状纹理发生变化2级　　接触面有阻力＞10N，≤30N表面层出现损伤、起泡或光泽发生显著变化1级　　接触面有阻力＞30N　　表面层撕裂或脱开，表面层以下出现损伤备注　　最终评级以剥离力度评级和PU表面状态评级的最差结果计

2.4 试验方案及结果

2.4.1 温度：选定75°、85°、95°、105°。

表1　温度变化-涂层热稳定性变化表

2.4.2 时间：1h、3h、5h、7h。

表2　时间变化-涂层热稳定性变化表

2.4.3 负重：1kg、2kg、3kg、4kg。

表3　压力变化-涂层热稳定性变化表

为了改善表面观感， PU涂层表面层往往涂饰一层很薄的表面处理剂。为此排除此干扰，试验前通过酒精擦拭处理试样表面。

表4　表面处理剂对涂层热稳定性影响表

3 结果与讨论

表1、2、3综合来看，温度对于合成革涂层热稳定性的影响是显而易见的，而时间和压力对合成革涂层的影响是微乎其微的。PU接触界面的粘连性主要因为相互接触的高分子活性基团有化学键的形成。

合成聚氨酯的原料主要是多元醇和二异氰酸酯化合物，另外还有扩链剂、交联剂、交联促进剂以及其他功能助剂。聚氨酯大分子主链上含有大量氨基甲酸酯基，还有醚基、酯基、脲基、缩二脲、酰胺基等基团。作为长链的多元醇，通常使用聚酯多醇及聚醚多醇。一般情况下聚酯型聚氨酯比聚醚型聚氨酯具有更好的物理机械，而聚醚型具有更好的耐水解性和低温柔顺性能。聚醚型玻璃化温度一般为-70℃－50℃，而聚酯型玻璃化温度一般为25℃－45℃。高弹态PU的可塑性性强以及柔软性符合基本服用功能，因此服装用PU合成革涂层一般采用聚醚型聚氨酯。

聚氨酯是一种复杂结构的嵌段聚合物。当温度达到75℃以上时，已经远远超过硬链段的玻璃化转换温度。软、硬分子链段的活性大大增加。高弹态的PU，非结晶部分分子因升温而获得较大的热运动能量，因而链段的运动受到激发，虽然整个分子链还不能自由移动，但分子热运动能量已足以克服旋转位垒。随着温度不断升高，上下接触的界面上聚氨酯树脂中残余的高活性NCO等基团有更多的接触几率与其他基团进行反应从而形成更加稳定的化学键；另外，聚氨酯大分子链上含有醚基、酯基、脲基、酰胺基等基团，很容易生成氢键。氢键起到物理交联作用。随着负荷增加，分子链通过内旋转和链段的运动产生较大的变形，然而粘连现象并没有很大的变化，主要是由于在较高的温度下，主要是链段接受能量而活动，氢键的作用力逐渐消失[6]。

另外，交联剂的交联反应也是影响粘结性的一个重要原因[6]。在聚氨酯加热合成过程中，通过交联剂与主链上的反应基团作用，使得分子链之间形成共价键，使得线性聚合物转变为体型网状结构高聚物。在以上试验中，通过两层PU界面的接触中，交联剂在高温条件下，也可能继续反应，通过不断交联相互接触的PU涂层使得粘连性不断增强。特别是温度超过100℃时，剥离力度达到2级。这可能由氨基甲酸酯于体系中过量的NCO发生交联反应，生成高分子量的聚氨酯树脂而造成的。

尽管表面活性剂及其他助剂对合成革的玻璃化温度几乎没有影响[7]。但是在75℃、85℃温度下剥离力度评级有一级的恶化，主要是因为酒精擦拭的前处理，使得合成革表面更加清洁，暴露更多的活性基团，从而使得分子结合的机会增加，导致剥离力度增加。随着温度不断升高，软硬链段的活性不断增加，使得前处理作用没有那么明显。

4 建议

贝斯在进一步加工后整理过程中，如干法移膜、印刷、染色等工序加入的着色剂和一些耐水解、耐光、耐磨、抗氧化等表面改性剂，使得服用PU合成革表面在热环境接触时表面的粘合交联更加复杂。随着PU合成革在服装产品中的应用越来越广泛，涂层热稳定性性能显得尤为重要。然而在服装标准里基本不考核该项目。为了降低风险，企业应制定较完善的产品企业标准，根据合成革区别于其他纺织品的理化性能特点，增加对合成革的涂层热稳定性的考核。

参考文献：

[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聚氨酯束状超细纤维合成革[S].

[4] QB/T 2958—2008服装用聚氨酯合成革[S].

[5] FZ/T73028—2009针织人造革服装[S].

[6] 曲建波.合成革材料与工艺学[M].北京:化学工业出版社. 2015.

[7] 张晓镭，高富堂等.超细纤维合成革玻璃化温度影响因素[J].中国皮革.2005,34(7):29-31.

作者简介：陈松涛，2001年毕业于陕西科技大学皮革化学与工程专业，研究生学历，毕业后一直从事皮革面料、鞋类产品、箱包类产品的检验、研究工作。

文献标识码：C

中图分类号：TS51.3

投稿日期：2016-01-20