科技创新

PU涂层工艺研究

PU涂层工艺研究
本文主要介绍聚氨酯PU涂层生产工艺的研究，有效解决涂层浆料在生产过程中的“挂皮”现象；改善浆料的流动性，解决高厚度涂刮及刀距的选择等问题以满足客户的需求。
PU指的是聚氨酯，PU涂层可以防水透气。
PU:聚氨酯涂层胶（Polyurethane简称PU）聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成，反应式如下：—N=C=O+HOˉ→—NH-COOˉ20世纪70年代，德国OttoBayer首先合成了PU。在1950年前后，PU作为纺织整理剂在欧洲出现，但大多为溶剂型产品用于干式涂层整理。20世纪60年代，由于人们环保意识的增强和政府环保法规的出台，水系PU涂层应运而生。70年代以后，水系PU涂层迅速发展，PU涂层织物已广泛应用。80年代以来，PU的研究和应用技术出现了突破性进展。与国外相比，国内关于PU纺织品整理剂的研究较晚。聚氨酯涂层剂是当今发展的主要种类，它的优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔性，具有透湿和通气性能；耐磨，耐湿，耐干洗。其不足在于：成本较高；耐气候性差；遇水、热、碱要水解。PU涂层剂按组成分类有：聚酯系聚氨酯；聚醚系聚氨酯；芳香族异氰酸酯系聚氨酯；脂肪族异氰酸酯系聚氨酯。按使用上采用的介质分为溶剂类和水系类。溶剂型PU涂层胶溶剂类PU具有良好的强伸度和耐水性，但毒性大，易燃烧。从组分上来说，它还分为双组分类和单组分类。双组分产品由预聚物和交联剂组成，预聚物是将异氰酸酯与低聚多元醇反应生成的末端为羟基的预聚物。交联剂则是含有多个（三个以上）异氰酸酯基的化合物。在涂层整理时，预聚物与交联剂反应，形成热固性网状薄膜，赋予纺织品优良的性能。此类产品有大日本油墨公司的Crisvon7367SL。单组分产品为线状结构，有无定形区也有结晶区，是热塑性的。单组分产品由端异氰酸酯基（—NCO）的预聚体经扩链而成。产品如国内的AR-1401，国外的有大日本油墨公司的Crisvon2016EL，2116EL。Bayer公司的Impranil系列。溶剂型PU涂层胶大多使用DMF，或甲苯与异丙醇的混合物作为溶剂。为了达到防水透湿的效果，溶剂型涂层整理剂一般采用湿法涂层工艺加工织物。水系型PU涂层水系型又分为水溶性和水分散型两种。水系PU用于织物涂层整理，量大面广，如日本的Superflex系列，德国的Imperanil水分散系列。水系PU成膜性好，并有较好的防水性。ElastronCT-7,C-52均为水系PU，用于防水透湿涂层。水分散型PU可制成非离子，阴离子和阳离子分散液。水分散型PU对酸碱敏感，在酸的存在下，阴离子PU将凝聚，而阳离子PU不耐碱。水系PU涂层胶初采用转相乳化法制造，但产品中含有乳化剂，对粘着性、强韧性和耐水性产生不良影响。为了解决这个问题，20世纪80年代后期，自乳化型水系涂层胶逐渐增多，其主要原理是在聚合物链上引入适量的亲水基团，在一定条件下自发分散形成乳液。水系PU涂层胶通常用于干法涂层。为提高涂层产品的耐水性、柔软性和耐久性，应进行前、后防水整理。PU大分子中含有大量的极性基团，分子间力很强，导致其具有优良成膜性，能够在织物上形成坚韧而耐久的薄膜，拒水性良好，它还具有一定透湿性。其原因是：一方面PU中的极性基团或亲水基团，如—OH，—NHCOO—，—SO3H，—COOH等的“化学阶梯石”[9]作用，使水蒸气分子沿着阶梯从高湿度一侧迁移到低湿度一侧；另一方面PU由软段和硬段组成，分别形成结构中的无定性区和结晶区，由于无定性区分子链比较松散。
聚氨酯PU水性涂层已成为当今纺织品整理的新手段之一。由于该产品具有功能多，性能高，变化大，因此在国内外纺织品面料市场占据了重要的位置。因其以全水性取代溶剂性，不但改变了操作工人的劳动环境，并消除了安全隐患和环保问题。聚氨酯
涂层可形成多功能高附加值的纺织品，并可广泛用于服装、装饰、产业、军工等各大领域，其前景十分广阔。
本项目的研究被列为九五年国度家科委“国家级新品计划”，本产品在九六年被评为“江苏省优秀新产品”，试制生产的30多万米本产品经成衣后主销美国、日本、东南亚一带，并受到客户的好评。
1.主要攻关问题
1.1解决生产中的浆料“挂皮”。
水分散型聚氨酯的聚合物为颗粒状，必须要用较高的温度才能生成性能较好的连续薄膜。
在生产的使用过程中，这种材料会随时间、气候的变化而产生局部交链。发生交链变化后浆料的表面结成厚厚的一层皮，俗称“挂皮”。这些结皮浆在涂布中带到布面上就形成色(斑)块，直接影响成品的质量。经仔细观察分析发现浆料在一定的条件变化下先产生自交链而后粘度增加，继而出现“挂皮”。我们通过多少选择试验，后选定在浆料中添加保湿剂来延缓浆料“挂皮”，以满足生产的需要。然保湿剂的用量以多少为宜，我们又做了多次试验
1.3解决高厚度涂布的难题。
涂层加工工艺有干法、湿法、热溶法、转移法、粘合法等，其中以干法应用多，所谓干法就是将涂层浆用涂布器均匀地涂敷在基布上，经加热(如烘干或焙烘)使溶剂或水挥发，涂层剂在织物表面形成薄膜，我厂采用干法工艺。
我厂的多功能涂层机系奥地利J.Zimer公司引进，此设备是辊上刮刀式和园网两用。辊上刮刀具有刀距可调功能，为适应不同要求的涂刮产品，我们在刀距上进行了以下试验。
(1)硬角硬刀法：
选硬角硬刀即刀口以被衬辊中心度调节的距离为零，也就是滚刀涂刮，适用此刀距的主要优点是涂刮浆料在基布上的膜层厚而柔软，经二遍涂刮后其涂层膜厚度可达5丝以上，这样的厚度在一般涂层设备上是绝对达不到的，但采用此刮刀涂刮后烘房的温度不可过高，否则会降低剥离牢度，温度以??130℃??，车速为15米／分时用硬角硬刀能解决高厚度涂刮的难题。
(2)浮刀法：
浮刀即刀口与被衬辊中心度调节的距离为20～30，浮刀涂刮一般适用于在基布上涂刮成膜稍薄的工艺，经二遍涂刮后其厚度在3丝左右；浮刀式涂刮的主要优点是能提高浆料涂刮的均匀度和遮盖性，浮刀式涂刮后的烘房温度可适当提高到150℃左右，车速20～25米／分，较适合大生产。工人在做被衬辊的清洁工作也较方便。
1.3解决基布半防水的质量。
聚氨酯PU涂层纺织品要求有较高的耐水性能，如单靠涂层加工是难以达到的；为此要在进行涂刮前的基布上进行半防水整理来达到成品的耐水要求和提高成品的手感。
我厂目前可进行防水整理的设备由针板或布铗式两种定型机，由于这两种设备在进行防水整理时基布的两边在经过针铗或布铗后产生的针眼间距和铗头皱印在涂刮时级易产生边皱印，而且难以消除而直接影响涂刮；为此我们就根据实情设计改装了简单的半防水整理设备—带有轧槽的整理车，在此设备上进行半防水后基布的两边不但不产生绉印，而且很平挺，给后道的涂刮工序提供了质量良好的基布。
2.结论：
我们通过对聚氨酯PU涂层浆料的结膜“挂皮”的解决，改善浆料的流动性，解决基布半防水的质量和攻克高厚度涂刮的难题，该品种的生产工艺已基本完善，研制的产品已顺利完成30万米，成品质量在95%左右，其内在质量均符合标准，各项指标均达到客户的要求，产品成衣后远销美国及东南亚等国，受到客户的欢迎。
3.结束语：
作为具有高附加值的新一代纺织品——聚氨酯PU涂层织物，应具有一系列的功能如阻燃、绝热、反光、抗静电等，这些都有待下一步研究和探讨，我们将在稳定这一产品质量的基础上努力开发更多的功能性涂层纺织品，使涂层产品的性能进一步增加和完善，应用领域进一步拓宽，满足国内外纺织品市场的需求，使企业获得更好的效益。30tuSZ

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