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探讨超纤皮革涂层耐磨性的影响因素

出自:http://www.sdmicrofiber.com 发布时间:2013年1月12日

超纤皮革是目前应用很广泛的一种人造革,其不仅解决了天然皮革的紧缺性,同时还具有天然皮革所不具备的一些优点,颇受用户青睐。超纤皮革面层的涂层可以通过滚涂等直接涂层方法得到,也可以通过离型纸进行转移涂层贴面得到,本论文研究的对象是通过离型纸进行转移贴面得到的涂层。

                                                                                                      图1 超纤皮革生产工艺流程

超纤皮革涂层起着美观革面,提高革的使用性能等多方面的作用,涂层耐磨性能的优劣直接决定了合成革的应用范围,因此对超纤皮革涂层的耐磨性能进行研究并提出改善耐磨性能的方法,对扩大超纤皮革的应用范围有相当重要的意义。在影响涂层耐磨性能因素方面,蔡森等研究了影响涂料涂层的主要因素,提出涂层填料、涂层树脂等是影响涂层耐磨性能的主要因素;此外,在超纤皮革生产实际中发现,离型纸纹路的深浅,也是一个影响超纤皮革耐磨性能的重要因素。本文通过试验研究了这些因素对超纤皮革耐磨的影响。在涂层耐磨性能测试方面,纺织品涂层耐磨性能测试的主要方法有:TABER 耐磨法、纱布耐磨法和Martindale耐磨法。本文采用TABER耐磨法进行试验测试。

1 实验

1.1 试验材料及仪器

1.1.1 主要试验材料
涂层聚氨酯树脂,实验室自制;超细纤维基布,上海华峰超纤材料股份有限公司;
离型纸,旭辊株式会社(Asahiroll Co.,Ltd );
改性有机硅助剂,道康宁公司;
聚四氟乙烯微粉,微米级;
气相二氧化硅微粉,微米级;
二氧化硅,微米级;
DMF,MEK,TOL,工业纯。

1.1.2 主要仪器设备
TABER耐磨仪,型号GT7012-T ,台湾高铁检测仪器有限公司;分析天平,上海恒平精密仪器厂;旋转黏度计(NDJ-1),上海地学仪器研究所。
刮棒、搅拌机、烘箱。

1.2 涂层制备

将聚氨酯树脂、溶剂及助剂等按试验设计要求混合并搅拌均匀,然后进行脱泡处理,得到的混合物即为涂层浆料,通过添加溶剂的方式将浆料的黏度控制在4000mp.s,并利用旋转黏度计进行测定。

把浆料通过刮棒按一定厚度涂覆于离型纸上,放入烘箱中烘干即可得到表皮涂层;再按相同的方法在表皮层上再涂一次浆料,即可得到皮层涂层;最后将粘结层浆料涂覆在皮层涂层上,然后贴上超纤革基布、压实、烘干,就可以得到有聚氨酯涂层的超纤皮革。

1.3 耐磨测试

1.3.1 测试样品的制备

将超纤皮革裁剪成外径108mm、内径8mm的试样,在革背面贴上相同尺寸的粘纸。

1.3.2 测试条件
测试负荷:1000g,
测试砂轮:H-22 号砂轮( 已进行了新砂轮的预磨处理),
自转速度:72r/min。

1.3.3 测试方法

按GB/T2726皮革物理机械性能试验耐磨性能的测定,测试前用分析天平称得试样的质量(m1 ),然后把试样固定在测试仪器上压上砂轮,设定转数为1000r/min(测试转数内涂层未被磨透),测试结束后,用分析天平再次称取试样质量(m2),m1 和m2 的差值即为涂层磨耗,每组试验测试3个样品,论文数值为3个样品的平均值。

2 结果与讨论

2.1 涂层结构对耐磨性能的影响

超纤皮革涂层的主要作用,是使革面美观、提高革的使用性能及增加革花色品种。超纤皮革涂层一般有3 个部分组成:表皮层、皮层和粘结层。表皮层是超纤皮革的保护涂层,是影响涂层耐磨性能的最主要涂层,是超纤皮革涂层耐磨研究的重点;该涂层由于要反映出革的表面光泽、手感、耐黄变、颜色等众多效果,所以会添加大量的助剂、色粉等物质,而这些添加物会对超纤皮革涂层的耐磨性能产生较大影响。

皮层是超纤皮革涂层的主要部分,其干燥后的膜厚度一般为整个超纤皮革涂层厚度的20%-25%,该涂层是革的主要显色层,对超纤皮革的耐磨、色泽、折痕有很大影响。如果皮层的耐磨性能不佳,则很容易在革面摩擦后产生针孔,进而影响革的美观;表皮层和皮层共同形成涂膜的表面层,二者相互影响,互为补充,因此有时将两者统称为皮层,是超纤皮革涂层研究的重点。

粘结层则是粘结表面层和基布的一个涂层,在本论文研究中粘结层采用相同的树脂进行相关试验。

2.2 聚氨酯树脂对涂层耐磨性能的影响

聚氨酯作为超纤皮革涂层的最主要组成部分,其耐磨性能的好坏决定了超纤皮革涂层耐磨性能的优劣。聚氨酯树脂一般由软段( 多元醇)和硬段(扩链剂和异氰酸酯)组成,硬段对聚氨酯树脂的内聚能、耐磨性能、模量和撕裂强度等等物理性能有重要影响,聚氨酯分子的氢键也主要存在于硬段之间;聚氨酯的软段占聚氨酯树脂的绝大部分,而不同的多元醇对聚氨酯的物理性能影响很大,一般由聚酯多元醇作为软段的聚氨酯,由于树脂中含有极性较大的酯基,而使树脂不仅在硬段之间能形成氢键,而且软段与硬段之间也能形成一些氢键,进而增加了树脂的交联点。据相关文献报道,聚氨酯分子内适当的交联,可以使树脂具有优良的耐磨、耐油及耐热等性能。

将不同模量和不同种类低分子质量多元醇合成得到的树脂制成涂层,进行试验结果如表1 所示。表1中试验采用的聚酯多元醇为相同分子质量、相同分子结构的多元醇,而聚醚多元醇及聚碳酸酯多元醇的分子质量也和聚酯多元醇相近;试验所用的离型纸为日本旭辊公司编号为AR-181DM 纹路的离型纸。由表1可知:随着聚氨酯模量的不断增加,超纤合成革涂层的耐磨性能越好,这是由于聚氨酯树脂的模量越大树脂中硬段的含量越多,树脂中形成的氢键也越多,增加了树脂的交联度,进而增强了涂层的耐磨性能。表1还可以说明:当聚氨酯涂层的模量相同时,采用普通聚酯多元醇聚氨酯的涂层耐磨性能,要好于聚醚多元醇聚氨酯涂层的耐磨性能,而比聚碳酸酯多元醇聚氨酯涂层的耐磨性差。这是因为聚醚多元醇的醚基比较容易旋转,且聚醚多元醇的极性较弱不能像聚酯多元醇一样和硬段形成大量的交联,所以其耐磨性能不如聚酯多元醇;而聚碳酸酯多元醇除了具有普通聚酯多元醇的酯基 外,它还含有其它刚性较强的基团,故聚碳酸酯多元醇聚氨酯涂层的耐磨性能,要高于普通聚酯多元醇聚氨酯涂层。


表1   聚氨酯树脂对超纤革涂层耐磨性能的影响

由上面的研究可知,要使超细纤维革涂层的耐磨性能得到提高,在不太影响超纤皮革的手感等情况下,涂层聚氨酯树脂分子中硬段的含量要尽可能多,也就是要提高树脂的模量,在树脂模量已经确定的情况下,尽量采用聚碳酸酯型的多元醇合成的树脂。

2.3 耐磨助剂对涂层耐磨性能的影响

在超纤皮革涂层中为了提高涂层的耐磨性能,一般会加入一些耐磨助剂,常用的有聚四氟乙烯微粉、有机硅助剂、微米二氧化硅和气相二氧化硅等。将不同的耐磨助剂按不同的用量分别加入到涂层树脂PU-60中,然后通过纹路为AR-181DM离型纸制成超纤皮革涂层,测定其磨耗,结果如图2所示。


图2   耐磨助剂对涂层耐磨的影响

由表1和图2的测试结果可知:使用相同的涂层树脂制成的相同纹路的超纤皮革涂层中,不加耐磨助剂的磨耗为16.8mg,远远大于添加耐磨助剂的磨耗,这说明在涂层浆料中添加耐磨助剂,可以有效地提高涂层的耐磨性能。通过对比图2中不同耐磨助剂磨耗的结果,可以发现混合助剂对降低效果最明显,其次为聚四氟乙烯微粉,再次为二氧化硅微粉,最差为气相二氧化硅粉末,其中混合助剂为聚四氟乙烯与有机硅以质量比为1:1的比例配成的耐磨助剂。一般研究认为,耐磨助剂在涂层中是通过减小涂层与砂轮的摩擦系数来提高其耐磨能力的,另外,助剂与涂层树脂相容的好坏,也是影响其耐磨性能的一个重要因素。加入涂层中的聚四氟乙烯、二氧化硅等颗粒状的耐磨助剂,由于这些助剂与聚氨酯树脂的相容性不好而呈颗粒状分散于涂层中,当涂层受到摩擦时,这些颗粒首先从涂层表面磨出填充于砂轮与涂层之间,从而达到减小摩擦的作用,这一点可以从图2中耐磨助剂的加入量越大,其磨耗越小体现出来。又由于聚四氟乙烯在聚氨酯涂层中的分散效果要优于二氧化硅和气相二氧化硅,所以在这三者中,聚四氟乙烯微粉改善涂层耐磨的效果最佳,而气相二氧化硅的比表面大以及表面吸附能力强,在涂层中不易均匀分散在涂层中,所以在三者中它对改善涂层耐磨性能的效果较差。有机硅助剂本身比较滑爽,具有很好的润滑效果,使涂层表面更光滑,具有直接降低涂层与砂轮之间摩擦系数的效果,故有较好的提高涂层耐磨的作用。将有机硅助剂和聚四氟乙烯助剂混合后,加入涂层浆料中再制取相应的涂层,对所得到的涂层进行耐磨性能测试,可得到如图2所示的结果,从图中可以发现,使用混合助剂提高涂层耐磨性能的效果,要优于单独使用其中一种助剂的效果,这是由于这- 个耐磨助剂改变涂层与砂轮摩擦系数的机理不一样,且有一定的协同作用效果。

2.4 离型纸纹路对涂层耐磨性能的影响

离型纸的纹路对超纤皮革涂层的耐磨性能影响也很大。本文选取了旭辊公司的小纹路离型纸(AR-181DM)、中等纹路离型纸(AR- 169SG)、大纹路离型纸(AR-80HG)和镜面离型纸(PATINA 133)进行了试验,结果如图3所示。


图3 不同离型纸纹路对涂层耐磨的影响

从图3不同离型纸纹路对涂层耐磨的影响中可以看出:离型纸纹路由小纹路到大纹路涂层的耐磨性能逐步变差,虽然纹路越大涂层与砂轮之间的接触面积越小,但大纹路的超纤合成革涂层中的泡孔和气孔较多,从而导致涂层与砂轮的接触面变粗糙,故使得大纹路的涂层的耐磨性能不佳;而镜面纹路的涂层一方面是由于镜面纹路的涂层在受到砂轮挤压时的形变很大,从而导致摩擦增大进而使磨耗增加,另一方面镜面纹路涂层的表面比较涩,涂层与砂轮的摩擦系数较大这也会降低涂层的耐磨性能。所以在开发耐磨性能要求高的产品时,在离型纸选用上要尽量选用小纹路的纸。

3 结 论

通过上文的论述可知:在离型纸转移贴面涂层中,表皮层和皮层是影响超纤超纤皮革涂层耐磨性能的主要涂层。

(1)改善超纤皮革涂层耐磨性能的最有效的方法,是选用恰当的聚氨酯涂层树脂,涂层树脂的模量越高,涂层的耐磨性能越佳。在涂层树脂模量确定的情况下,聚碳酸酯多元醇的聚氨酯树脂的耐磨性能,要好于聚酯多元醇聚氨酯树脂,而普通聚酯多元醇聚氨酯树脂的耐磨性能,要好于聚醚多元醇聚氨酯树脂。

(2)选用恰当的耐磨助剂也能有效地提高涂层的耐磨性能,单独使用助剂时聚四氟乙烯微粉提高耐磨的效果最为明显,而聚四氟乙烯助剂和有机硅助剂混合使用的效果,要优于单独使用聚四氟乙烯微粉的效果。

(3)在涂层制作时小纹路涂层的耐磨性能要优于大纹路涂层。

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