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PU涂層工藝研究

PU涂層工藝研究
本文主要介紹聚氨酯PU涂層生產(chǎn)工藝的研究，有效解決涂層漿料在生產(chǎn)過(guò)程中的“掛皮”現(xiàn)象；改善漿料的流動(dòng)性，解決高厚度涂刮及刀距的選擇等問(wèn)題以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。
PU指的是聚氨酯，PU涂層可以防水透氣。
PU:聚氨酯涂層膠（Polyurethane簡(jiǎn)稱(chēng)PU）聚氨酯全稱(chēng)為聚氨基甲酸酯，是分子結(jié)構(gòu)中含有—NHCOO—單元的高分子化合物，該單元由異氰酸基和羥基反應(yīng)而成，反應(yīng)式如下：—N=C=O+HOˉ→—NH-COOˉ20世紀(jì)70年代，德國(guó)OttoBayer首先合成了PU。在1950年前后，PU作為紡織整理劑在歐洲出現(xiàn)，但大多為溶劑型產(chǎn)品用于干式涂層整理。20世紀(jì)60年代，由于人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和政府環(huán)保法規(guī)的出臺(tái)，水系PU涂層應(yīng)運(yùn)而生。70年代以后，水系PU涂層迅速發(fā)展，PU涂層織物已廣泛應(yīng)用。80年代以來(lái)，PU的研究和應(yīng)用技術(shù)出現(xiàn)了突破性進(jìn)展。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)關(guān)于PU紡織品整理劑的研究較晚。聚氨酯涂層劑是當(dāng)今發(fā)展的主要種類(lèi)，它的優(yōu)勢(shì)在于：涂層柔軟并有彈性；涂層強(qiáng)度好，可用于很薄的涂層；涂層多孔性，具有透濕和通氣性能；耐磨，耐濕，耐干洗。其不足在于：成本較高；耐氣候性差；遇水、熱、堿要水解。PU涂層劑按組成分類(lèi)有：聚酯系聚氨酯；聚醚系聚氨酯；芳香族異氰酸酯系聚氨酯；脂肪族異氰酸酯系聚氨酯。按使用上采用的介質(zhì)分為溶劑類(lèi)和水系類(lèi)。溶劑型PU涂層膠溶劑類(lèi)PU具有良好的強(qiáng)伸度和耐水性，但毒性大，易燃燒。從組分上來(lái)說(shuō)，它還分為雙組分類(lèi)和單組分類(lèi)。雙組分產(chǎn)品由預(yù)聚物和交聯(lián)劑組成，預(yù)聚物是將異氰酸酯與低聚多元醇反應(yīng)生成的末端為羥基的預(yù)聚物。交聯(lián)劑則是含有多個(gè)（三個(gè)以上）異氰酸酯基的化合物。在涂層整理時(shí)，預(yù)聚物與交聯(lián)劑反應(yīng)，形成熱固性網(wǎng)狀薄膜，賦予紡織品優(yōu)良的性能。此類(lèi)產(chǎn)品有大日本油墨公司的Crisvon7367SL。單組分產(chǎn)品為線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)，有無(wú)定形區(qū)也有結(jié)晶區(qū)，是熱塑性的。單組分產(chǎn)品由端異氰酸酯基（—NCO）的預(yù)聚體經(jīng)擴(kuò)鏈而成。產(chǎn)品如國(guó)內(nèi)的AR-1401，國(guó)外的有大日本油墨公司的Crisvon2016EL，2116EL。Bayer公司的Impranil系列。溶劑型PU涂層膠大多使用DMF，或甲苯與異丙醇的混合物作為溶劑。為了達(dá)到防水透濕的效果，溶劑型涂層整理劑一般采用濕法涂層工藝加工織物。水系型PU涂層水系型又分為水溶性和水分散型兩種。水系PU用于織物涂層整理，量大面廣，如日本的Superflex系列，德國(guó)的Imperanil水分散系列。水系PU成膜性好，并有較好的防水性。ElastronCT-7,C-52均為水系PU，用于防水透濕涂層。水分散型PU可制成非離子，陰離子和陽(yáng)離子分散液。水分散型PU對(duì)酸堿敏感，在酸的存在下，陰離子PU將凝聚，而陽(yáng)離子PU不耐堿。水系PU涂層膠初采用轉(zhuǎn)相乳化法制造，但產(chǎn)品中含有乳化劑，對(duì)粘著性、強(qiáng)韌性和耐水性產(chǎn)生不良影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，20世紀(jì)80年代后期，自乳化型水系涂層膠逐漸增多，其主要原理是在聚合物鏈上引入適量的親水基團(tuán)，在一定條件下自發(fā)分散形成乳液。水系PU涂層膠通常用于干法涂層。為提高涂層產(chǎn)品的耐水性、柔軟性和耐久性，應(yīng)進(jìn)行前、后防水整理。PU大分子中含有大量的極性基團(tuán)，分子間力很強(qiáng)，導(dǎo)致其具有優(yōu)良成膜性，能夠在織物上形成堅(jiān)韌而耐久的薄膜，拒水性良好，它還具有一定透濕性。其原因是：一方面PU中的極性基團(tuán)或親水基團(tuán)，如—OH，—NHCOO—，—SO3H，—COOH等的“化學(xué)階梯石”[9]作用，使水蒸氣分子沿著階梯從高濕度一側(cè)遷移到低濕度一側(cè)；另一方面PU由軟段和硬段組成，分別形成結(jié)構(gòu)中的無(wú)定性區(qū)和結(jié)晶區(qū)，由于無(wú)定性區(qū)分子鏈比較松散。
聚氨酯PU水性涂層已成為當(dāng)今紡織品整理的新手段之一。由于該產(chǎn)品具有功能多，性能高，變化大，因此在國(guó)內(nèi)外紡織品面料市場(chǎng)占據(jù)了重要的位置。因其以全水性取代溶劑性，不但改變了操作工人的勞動(dòng)環(huán)境，并消除了安全隱患和環(huán)保問(wèn)題。聚氨酯
涂層可形成多功能高附加值的紡織品，并可廣泛用于服裝、裝飾、產(chǎn)業(yè)、軍工等各大領(lǐng)域，其前景十分廣闊。
本項(xiàng)目的研究被列為九五年國(guó)度家科委“國(guó)家級(jí)新品計(jì)劃”，本產(chǎn)品在九六年被評(píng)為“江蘇省優(yōu)秀新產(chǎn)品”，試制生產(chǎn)的30多萬(wàn)米本產(chǎn)品經(jīng)成衣后主銷(xiāo)美國(guó)、日本、東南亞一帶，并受到客戶(hù)的好評(píng)。
1.主要攻關(guān)問(wèn)題
1.1解決生產(chǎn)中的漿料“掛皮”。
水分散型聚氨酯的聚合物為顆粒狀，必須要用較高的溫度才能生成性能較好的連續(xù)薄膜。
在生產(chǎn)的使用過(guò)程中，這種材料會(huì)隨時(shí)間、氣候的變化而產(chǎn)生局部交鏈。發(fā)生交鏈變化后漿料的表面結(jié)成厚厚的一層皮，俗稱(chēng)“掛皮”。這些結(jié)皮漿在涂布中帶到布面上就形成色(斑)塊，直接影響成品的質(zhì)量。經(jīng)仔細(xì)觀(guān)察分析發(fā)現(xiàn)漿料在一定的條件變化下先產(chǎn)生自交鏈而后粘度增加，繼而出現(xiàn)“掛皮”。我們通過(guò)多少選擇試驗(yàn)，后選定在漿料中添加保濕劑來(lái)延緩漿料“掛皮”，以滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。然保濕劑的用量以多少為宜，我們又做了多次試驗(yàn)
1.3解決高厚度涂布的難題。
涂層加工工藝有干法、濕法、熱溶法、轉(zhuǎn)移法、粘合法等，其中以干法應(yīng)用多，所謂干法就是將涂層漿用涂布器均勻地涂敷在基布上，經(jīng)加熱(如烘干或焙烘)使溶劑或水揮發(fā)，涂層劑在織物表面形成薄膜，我廠(chǎng)采用干法工藝。
我廠(chǎng)的多功能涂層機(jī)系奧地利J.Zimer公司引進(jìn)，此設(shè)備是輥上刮刀式和園網(wǎng)兩用。輥上刮刀具有刀距可調(diào)功能，為適應(yīng)不同要求的涂刮產(chǎn)品，我們?cè)诘毒嗌线M(jìn)行了以下試驗(yàn)。
(1)硬角硬刀法：
選硬角硬刀即刀口以被襯輥中心度調(diào)節(jié)的距離為零，也就是滾刀涂刮，適用此刀距的主要優(yōu)點(diǎn)是涂刮漿料在基布上的膜層厚而柔軟，經(jīng)二遍涂刮后其涂層膜厚度可達(dá)5絲以上，這樣的厚度在一般涂層設(shè)備上是絕對(duì)達(dá)不到的，但采用此刮刀涂刮后烘房的溫度不可過(guò)高，否則會(huì)降低剝離牢度，溫度以??130℃??，車(chē)速為15米／分時(shí)用硬角硬刀能解決高厚度涂刮的難題。
(2)浮刀法：
浮刀即刀口與被襯輥中心度調(diào)節(jié)的距離為20～30，浮刀涂刮一般適用于在基布上涂刮成膜稍薄的工藝，經(jīng)二遍涂刮后其厚度在3絲左右；浮刀式涂刮的主要優(yōu)點(diǎn)是能提高漿料涂刮的均勻度和遮蓋性，浮刀式涂刮后的烘房溫度可適當(dāng)提高到150℃左右，車(chē)速20～25米／分，較適合大生產(chǎn)。工人在做被襯輥的清潔工作也較方便。
1.3解決基布半防水的質(zhì)量。
聚氨酯PU涂層紡織品要求有較高的耐水性能，如單靠涂層加工是難以達(dá)到的；為此要在進(jìn)行涂刮前的基布上進(jìn)行半防水整理來(lái)達(dá)到成品的耐水要求和提高成品的手感。
我廠(chǎng)目前可進(jìn)行防水整理的設(shè)備由針板或布鋏式兩種定型機(jī)，由于這兩種設(shè)備在進(jìn)行防水整理時(shí)基布的兩邊在經(jīng)過(guò)針?shù)e或布鋏后產(chǎn)生的針眼間距和鋏頭皺印在涂刮時(shí)級(jí)易產(chǎn)生邊皺印，而且難以消除而直接影響涂刮；為此我們就根據(jù)實(shí)情設(shè)計(jì)改裝了簡(jiǎn)單的半防水整理設(shè)備—帶有軋槽的整理車(chē)，在此設(shè)備上進(jìn)行半防水后基布的兩邊不但不產(chǎn)生縐印，而且很平挺，給后道的涂刮工序提供了質(zhì)量良好的基布。
2.結(jié)論：
我們通過(guò)對(duì)聚氨酯PU涂層漿料的結(jié)膜“掛皮”的解決，改善漿料的流動(dòng)性，解決基布半防水的質(zhì)量和攻克高厚度涂刮的難題，該品種的生產(chǎn)工藝已基本完善，研制的產(chǎn)品已順利完成30萬(wàn)米，成品質(zhì)量在95%左右，其內(nèi)在質(zhì)量均符合標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到客戶(hù)的要求，產(chǎn)品成衣后遠(yuǎn)銷(xiāo)美國(guó)及東南亞等國(guó)，受到客戶(hù)的歡迎。
3.結(jié)束語(yǔ)：
作為具有高附加值的新一代紡織品——聚氨酯PU涂層織物，應(yīng)具有一系列的功能如阻燃、絕熱、反光、抗靜電等，這些都有待下一步研究和探討，我們將在穩(wěn)定這一產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上努力開(kāi)發(fā)更多的功能性涂層紡織品，使涂層產(chǎn)品的性能進(jìn)一步增加和完善，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外紡織品市場(chǎng)的需求，使企業(yè)獲得更好的效益。30tuSZ

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