发泡剂对水性聚氨酯合成革贝斯性能的影响研究

2020-02-04钱涵霏顾勇冰陈新李季衡

皮革制作与环保科技 2020年22期

钱涵霏，顾勇冰，陈新，李季衡

（丽水学院，浙江丽水 323000）

中国作为合成革的生产国和消费国，生产能力约占世界总生产能力的80%。现在我国的主流树脂是合成树脂，在合成革树脂中添加水性聚氨酯乳液，可以降低VC的释放。在采用生态聚氨酯时，可以直接干燥形成胶片，但涂层结构平坦会导致透气性变差。合成革与天然皮革具有相似的透气性和渗透性。近年来，我们研究了合成革聚氨酯泡沫的整个过程。在这个实验中，通过传统溶剂的合成，将溶胶类丙烯酸酯（AC）乳化，大大改善了水性聚氨酯中AC的分散均匀性，形成了均匀的泡沫树脂膜。

1 实验部分

1.1 主要原料

水性聚氨酯乳液（固体成分50%），自制；偶氮二酰胺（发泡剂AC）；尿素；硬脂酸锌；氧化锌硬脂酸；泡沫稳压器；成膜剂F-974；稳压剂4010。

1.2 浆料的配制及贝斯的制备

在水性聚氨酯乳液中，通过磁搅拌器、添加膜构建器、F-974粘度增强剂、4010增稠剂和气泡调整剂等，将静消泡2 H用线材涂布膏涂布在基板布上，并投入红外线干燥烤箱中[1-2]。初始温度为60 ℃，设定最高温度为160 ℃。我们在干燥的同时，可以看到合成革会在树脂层发泡。

2 结果与讨论

2.1 发泡助剂的选择

AC是一种常用的发泡剂，由传统的溶剂型聚氨酯树脂制成。目前，AC是合成革制备的主要发泡剂，其气体量大，发泡效率高，但分解温度也高。因此我们需要通过发泡助剂来降低温度，分别以硬脂酸锌和硬脂酸氧化锌为助吹剂，在氮气保护下以10 ℃/min的速率升温，并用热重差热分析仪（TG-DTA）测定其降解状态[3-4]。

从图1可以看出，如果添加不同的泡沫添加剂，则AC热解衰减峰会向低温方向移动。从表1可以分析出，三种不同助吹剂的加入对降低AC分解温度有一定作用。本实验选用尿素作为AC的发泡剂，并对其进行了还原，通过减小AC的分解温度范围，可以大幅度降低AC的分解温度。AC的添加破坏了尿素分子的共轭能量，因此促进了AC的解离效果。

图1 发泡剂 AC 及几种常用助剂分解放热对比图

表1 不同发泡体系分解温度对比

2.2 发泡剂用量的选择

2.2.1 发泡剂用量对泡孔形态的影响

由于AC不溶于水，因此在本实验中很难在水性浆液中均匀分散或乳化AC，我们要改善其在水性聚氨酯浆液中的分散性，并增加发泡树脂层中气泡孔的均匀性。

从图2可以看出，使用发泡剂AC的发泡橡胶膜的气泡尺寸和使用的发泡剂AC的量有关。发泡剂AC的质量分数为0.2%（固体树脂组成物）（图2a），气泡率低，气泡尺寸不均匀。随着发泡剂AC含量的增加，多孔性和发泡剂AC含量也增加。在0.3%（图2c）的情况下，孔是均匀的。当发泡剂AC的质量分数达到0.35%时，一些小气泡链与大气泡结合，就会导致大分子矩阵的连续性急剧下降（图2d）。当发泡剂AC的质量分数达到0.4%时，泡沫橡胶膜的内部是气泡结合的大孔。

图2 不同用量发泡剂AC发泡后泡沫体断面电镜照片

2.2.2 发泡剂用量对泡孔均匀性的影响

扫描电子显微镜图像可以清晰地显示气泡的存在，我们能够大致观察到气泡的分布，但想要进行更多的了解就需要借助专业的软件[5-6]。在本实验中，利用Image-Pro Plus软件对气泡孔的分布情况进行了研究和分析，见表2。

表2 不同用量的泡剂AC的贝斯泡孔情况对比

平均直径代表气泡孔的大小，分散性则反映了气泡的大小。数值越小，泡孔尺寸的均匀性就越好。通过以上实验，我们会发现团簇状泡孔的大小具有泡孔分布均匀的特征。由于分散性最小，成团率不高，如果将发泡剂AC添加到0.3%，发泡剂的质量指数在0以上，发泡腔的直径就会变大，分布均匀性也会变差。随着给药量的增加，气泡会慢慢变得均匀。这是因为随着孔数量的增加，相邻气泡之间的距离变得非常小，因为气泡之间的距离是气泡孔的厚度之一。而且，相邻气泡的孔数内部压力不同，随着气泡孔的平均直径增加，则会导致气泡孔的均匀性降低。

2.2.3 发泡剂用量对发泡树脂性能的影响

在这个实验中，我们研究了由发泡剂AC（发泡剂尿素的量不同）发泡的气泡的通气性和拉伸强度。结果如表3所示。