无溶剂双组份材料在PU合成革上的应用技术

颜学斌，郑重，刘明鑫

(清远市齐力合成革有限公司高企项目组，广东 清远 511540)



无溶剂双组份材料在PU合成革上的应用技术

颜学斌，郑重，刘明鑫

(清远市齐力合成革有限公司高企项目组，广东 清远 511540)

溶剂型PU合成革的生产制造工艺，在全世界生产制造型企业的范围内普遍提倡“绿色”“环保”“安全”“节能”的今天，已面临着转型、升级的趋势，一些更加环保、节能、安全的生产制造工艺将被消费者越来越接受，在此背景下，水性合成革、无溶剂合成革、TPU合成革等新型工艺的呼声越来越高，一些全球500强的化学品材料供应商已经开发出了可以被市场认可的新型材料和工艺。2012年以来，公司对市场上的新型环保材料和工艺进行分析、考察，结合公司的实际情况，决定开展无溶剂方面的理论研究和实践，并成立无溶剂合成革项目组，会同公司相关部门，接触了市场上销售无溶剂双组份材料的所有公司以及绝大部分的无溶剂设备供应商，历经约5年的时间，初步形成了适合我司的无溶剂PU合成革生产工艺，为加强行业同仁们的联系，共同推动无溶剂项目的发展，笔者就我司几年来的研究理论做一下阐述，从以下四个方面进行说明：

1 无溶剂PU合成革和传统溶剂型PU合成革生产工艺的对比分析

1.1 传统溶剂型PU合成革生产工艺(以最常用工艺示例)

湿法——干法——三版印刷处理——压纹—三版印刷处理—抛光(或喷涂)——揉纹—成品检验。该工艺需要用到大量的有机溶剂，如DMF、ACE、BAC等，生产过程需要消耗大量的热能、电能，同时需要专门的回收系统来处理废气、废水。

1.2 无溶剂PU合成革生产工艺(以最常用工艺示例)

干法面料——无溶剂双组份底料——(三版印刷处理)——(抛光)——成品检验，打括弧部分的工艺可以选择进行。生产过程仅在干法面料配方中添加少量的有机溶剂即可，电能、热能消耗可以减少三分之一以上。如果干法面料采用水性面料配方或无溶剂面料配方，就是真正意义上做到了零溶剂，完全不含有机溶剂成分。

1.3 两种工艺对比分析

传统溶剂型PU合成革的特点是热塑性、单组份、可压纹可重塑纹路、工艺耗时长、物理性能差、化学性能差、环保性能差、通常DMF的含量都在100-1000PPM。无溶剂PU合成革的特点是热固性、双组份、不易压纹不可重塑纹路、产品弹性大、工艺耗时短、物理性能佳、化学性能佳、环保性能佳、可以做到0-10PPM。现阶段，二者互有优缺点，成本方面，无溶剂PU合成革略高于传统溶剂型PU合成革，但随着该工艺的发展，成本将逐步降低，甚至有可能低于传统溶剂型PU合成革的成本，而不能压纹的缺点，也一定会得到完美的解决。

2 无溶剂PU合成革生产工艺解析

从无溶剂PU合成革的生产工艺最重要的三个组成部分来分别进行阐述

2.1 无溶剂双组份材料的组成以及工艺实施方式

众所周知，聚氨酯(POLYURETHANE，简称为PU)的合成技术是一个非常复杂的过程，由多元醇组分+异氰酸酯组分，经过一系列的合成条件，耗时几个小时到几十个小时，才能生成聚氨酯树脂的成品。而PU合成革的生产，需要在极短的时间段内完成化学反应，常规的聚氨酯合成手段势必不能达到要求，早些年，用双组份浇注机来生产鞋底原液，给了我们很好的思路，用专门研发的无溶剂双组份上料机的多个罐体，分别盛装多元醇组分和异氰酸酯组分，在多元醇组分里面添加有催化剂和其他功能型助剂，以加快聚氨酯的合成反应，使聚氨酯的反应可以在几分钟之内完成。但由于材料的特殊性，多元醇组分和异氰酸酯组分必须通过分开的管道，用PLC进行控制，将两个组分在上料机的枪头处进行高速混合分散，在一定的压力下通过针阀将混合均匀的材料释放出来，枪头以预先调好的固定左右移动速度，浇筑到已涂布好干法面料并烘干了的离型纸上，该离型纸可以是带纹路的离型纸，也可以是平纹纸，然后以8-20M/min的线速度，经过温度设置为80-120℃、长度为18—20M的烘箱，进行预交联，在产生粘性后，与基材进行贴合，经过温度设置为110-130 ℃、长度为50M的烘箱，进行充分熟成、冷却后，将离型纸和合成革进行分离，制得无溶剂PU合成革成品，如有需要，可以进行表面处理。

2.2 无溶剂PU合成革用上料机

为完美实施无溶剂工艺，对上料机的要求非常高：设备的精度要求特别高，有条件的可以使用流量计来准确计量每种组分在计量泵和枪头处吐出的料，精确到毫克级别，其中，以质量流量计为最佳。如果每种组分吐出的量不准，那么造成的结果就是两种组份在枪头混合腔处，不能按照预先设定好的工艺数据进行混合，造成反应不完全，其结果就是生产出来的PU合成革是不合格品。除此以外，对设备的温度指数也有很高的要求，包括两种组份在上料机罐体里面的温度、在枪头处混合腔混合之后的温度、枪头冷却循环系统的温度稳定性、外界环境的温度等等。还有罐体的密封性能影响也非常大，因为密封不好的情况下，空气中的水分子会进入材料中，尤其是异氰酸酯组分与水会起化学反应，消耗有效的异氰酸酯活性基团数量，增加成本的同时让品质不可控。

2.3 无溶剂PU合成革生产工艺的影响因素

无溶剂PU合成革是化学发泡和机械发泡的方式，以化学发泡为主，对温度、反应时间非常敏感，从无溶剂PU合成革的工艺设计到无溶剂上料机以及其他生产设备、人员的操作、无溶剂原材料的品质以及运输、储存方式，所选择的基材和其他辅助材料、乃至各个部门的各个岗位的协调管理等等，都有着近乎严苛的要求，每个细节都要注意，稍有疏忽，将给制造企业带来的是不合格的产品，造成巨大的损失。

3 无溶剂PU合成革生产工艺示例

3.1 正式生产前的准备工作

分析所做品种的技术特点，制定技术方案——选择无溶剂化料品—按比例配置无溶剂化料多元醇组份中的每种材料，下称M——高速搅拌M料至完全分散均匀—将M料打入到上料机的M罐中—通过PLC手动开启罐顶搅拌以及罐底循环泵—装入异氰酸酯组份(因为活性基团为-NCO，所以下称为N料)——通过PLC手动开启罐顶搅拌以及罐底循环泵—开启模温机的M料和N料的加热装置，M料设置为35—45度，N料设置为25—35度—配置干法面料(选择溶剂型干法面料，以DMF+ACE做为稀释溶剂)——高速搅拌好干法面料，待用—准备好基材，本示例选择的基材为0.8MM微毛经编弹力布—准备好离型纸—标定上料机的M料和N料，符合PLC中提前输入好的工艺参数，并吐出1—2小杯双组份混合料，开启记时系统，清洗机器，查看杯中混合料的发泡情况是否正常，正常后表明一切情况良好，可以投入生产——设置好干法生产线各烘箱段温度以及送排风调节按钮，准备生产就绪。

3.2 正式生产工艺流程如下

离型纸放卷—上干法面料—烘至全干—上料机开启，按照标定好的工艺参数，启动运行，开始浇注双组份混合料，设计线速10M/MIN—通过温度设置为80℃的长度为20M预交联烘箱，2MIN后到达贴合位—与基布进行贴合(贴合间隙已提前设置好)——通过温度设置为130℃的长度为50M的熟成烘箱，5分钟后到达冷却轮处—离型纸与革分离—无溶剂合成革收卷——离型纸收卷—放置3—5小时后—成品检验—得到无溶剂双组份PU合成革成品—取样待次日检测物理性能和化学性能，并进行环保检测。

4 无溶剂PU合成革与溶剂型PU合成革相关检测数据对比

检测项/对比项无溶剂双组份PU合成革溶剂型PU合成革剥离强度(Kg/3CM)3-81.5—2.5耐磨强度(Taber测试)3000转不破/H18,1Kg200转破/H18,1Kg八大重金属PASSPASS最新REACH法规(SGS检测)PASSPASSDMF含量(SGS检测,PPM)0-10100-1000耐水解性(丛林测试,SGS)3Years1Year成本分析(工艺成本)1.5元—3元/100微米厚,每平方米1.2元—2元/每平方米

5 总结

从以上几个部分的说明可以看出，无溶剂双组份PU合成革相比溶剂型PU合成革的优势还是很明显的，但同样存在着一定的劣势，因为弹性大，热固性的原因，暂时还不易压纹，大部分只能选择纸纹纸来赋予皮革纹路，这样做出来的产品工艺简单，层次感不够，成本上偏高，现在的技术还谈不上成熟，不良率明显高于溶剂型PU合成革。但随着材料开发商越来越多的参与到无溶剂相关材料和技术领域，与之配套的设备商在设备上的投入也越来越大，同样的，对该项目感兴趣的合成革制造企业也越来越多，群策群力，可以预见的是，2—3年后，该技术体系将走向成熟，材料单价将接近现在的溶剂型PU合成革，随之带来的是，大量的国内外订单，使无溶剂项目能够得到可持续化的发展。

TS565

A

1671-1602(2016)22-0006-02