高耐磨耗耐刮擦聚氨酯面料树脂的合成性能研究

聚氨酯是一类用途广泛且性能优良的弹性体, 一般由聚酯多元醇或聚醚多元醇、二异氰酸酯和扩链剂反应合成, 应用于人造革和合成革方面可以分为干法聚氨酯树脂和湿法聚氨酯树脂。其中干法聚氨酯树脂也称为聚氨酯面料树脂 (简称面料树脂) 。干法聚氨酯人造革和合成革生产工艺分为直接涂层工艺和转移涂层工艺。

1 试验部分

1.1 原材料

聚已二酸乙二醇酯二醇 (PEA) , 聚已二酸1, 4-丁二醇酯二醇 (PBA) , 聚已二酸乙二醇1, 4-丁二醇酯二醇 (PEBA) , 聚已二酸乙二醇新戊二醇酯二醇 (PENA) , 聚已二酸新戊二醇酯二醇 (PNA) , 以上聚酯二醇数均摩尔质量均为2000g/mol, 本司自产;乙二醇 (EG) , 工业品, 茂名石化公司;1, 4-丁二醇 (BDO) , 工业品, 福建湄洲湾公司;新戊二醇 (NPG) , 工业品, 韩国LG公司;二苯甲烷二异氰酸酯 (MDI) , 工业品, 日本三井公司;二甲基甲酰胺 (DMF) , 工业品, 江山化工公司。

1.2 实验方法

将已脱水聚酯二元醇、扩链剂、二甲基甲酰胺按计量加入装有温度和搅拌器的密封四口瓶, 控制温度在45℃以下, 加入二苯甲烷二异氰酸酯, 反应控制温度在70~75℃, 反应调整至合适粘度后出料。

粘度按GB2794-1995方法, 用博勒飞旋转粘度计测试;耐磨耗性能按QB/T2726-2005方法, 用台湾振天 (东莞) 检测仪器有限公司Taber磨耗试验机;力学性能:将压成片状的聚氨酯胶切成哑铃状试样 (测试部分尺寸为:40mm×10mm) , 在高铁检测仪器有限公司GT-7010-AE拉力强度试验机上进行测试, 拉伸速度500mm/min, 实验温度25℃。

2 实验结果与讨论

2.1 聚酯多元醇对耐磨耗性能的影响

实验使用PEA、PBA、PEBA、PENA、PNA合成面料树脂, 考察不同分子结构的聚酯对面料树脂耐磨耗性能的影响。使用结晶性最好的聚酯PBA, 耐磨耗性能最好;结晶性较低的PE-NA、PEBA, 耐磨耗性能较差。使用结晶性好的聚酯, 分子排列整齐有序, 加强了分子间氢键的作用, 提高面料树脂表面硬度和耐磨耗性能。

2.2 力学性能对耐磨耗性能的影响

实验通过调整聚氨酯面料树脂软段跟硬段的比例, 合成出不同力学性能的面料树脂, 考察树脂力学性能对其耐磨耗性能的影响。随着树脂100%模量的上升, 树脂的耐磨耗性能也同时提高, 但是, 当100%模量超过了一定范围, 树脂的耐磨耗性能反而下降。这是由于硬段的增加提高了氨酯其的含量, 同时提高了树脂的内聚强度, 从而使得树脂耐磨耗、抗刮擦性能提高。当100%模量超过一定范围 (本实验100%模量最佳为60MPa) , 树脂硬段含量过多, 造成树脂结晶性太大, 导致分子柔软性和运动能力降低, 树脂脆性增加断裂伸长率下降, 降低了树脂耐磨耗和抗刮擦性能。实验最佳软硬段是100%模量为60MPa。

2.3 不同类型扩链剂对耐磨耗性能的影响

实验考察了三种扩链剂对耐磨耗性能的影响, 分子排列对称的EG、BDO耐磨耗性能较有支链的NPG好。这是由于EG、BDO分子结构规整, 有较强的结晶性, 从而提高面料树脂的耐磨耗性能。

2.4 有机硅助剂的影响

本实验通过添加等量的有机硅助剂, 考察不种类型有机硅助剂对耐磨耗性能的影响, 分别比较了以下三个助剂:纽玻利1309爽滑型手感剂、纽玻利1308油滑型手感剂、纽玻利48反应型助剂。添加助剂后树脂的耐磨耗性能都有大幅度的提高。这是由于有机硅的存在, 降低了树脂的表面强力, 降低树脂的摩擦系数, 从而大幅提高了面料树脂的耐磨耗、耐刮擦性能。

3 结语

本试验通过聚酯二元醇的选择、扩链剂的选择、软硬段比例的选择、有机硅助剂的选择研究, 合成出一种高耐磨耗耐刮擦性能的聚氨酯面料树脂。通过性能检测, 该树脂应用于人造革与合成革方面性能优异, 大大超越沙发革、汽车革的性能要求。

摘要：采用聚酯二元醇、乙二醇、1, 4-丁二醇、新戊二醇、二苯甲烷二异氰酸酯以及二甲基甲酰胺为主要原料, 合成高耐磨耗耐刮聚氨酯面料树脂。考察了原料配比、模量、助剂等对聚氨酯面料树脂耐磨耗耐刮擦的影响。结果表明, 采用适当的聚酯二元醇、扩链剂、助剂可以提高聚氨酯面料树脂的耐磨耗耐刮擦性能。

关键词：聚氨酯面料树脂,耐磨耗,耐刮擦

参考文献

[1] 山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册[M].北京:化学工业出版社, 2001.