CN103923455A

CN103923455A - 一种多微孔的聚氨酯薄膜及其制备方法

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Publication number: CN103923455A
Application number: CN201410157934.6A
Authority: CN
Inventors: 巫永裕
Original assignee: KING-TEX TECHNOLOGIES (KUNSHAN) Co Ltd
Current assignee: KING-TEX TECHNOLOGIES (KUNSHAN) Co Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明公开了一种多微孔的聚氨酯薄膜及其制备方法。该聚氨酯薄膜包含水性聚氨酯树脂，以水性聚氨酯树脂的质量计9～15%的架桥剂、1～2%的消光粉、0.4～0.6%的流平剂、0.4～0.6%的助剥剂、1～5%的表面活性剂，30～50%的有机溶剂，及余量的水。本发明的聚氨酯薄膜中，有机溶剂和水在干燥形成膜的过程中，两者的极性差异导致挥发差异较大，因而从聚氨酯相挥发时会留下微孔，通过调整有机溶剂/水两者之比、有机溶剂/水与聚氨酯的配比及消光粉、流平剂、流平剂的配比，能实现对微孔的尺寸大小控制，使得聚氨酯薄膜具有较好的防水性及透气性。

Description

一种多微孔的聚氨酯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯薄膜的技术领域，尤其涉及一种防水透气的聚氨酯薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来聚氨酯薄膜越来越多地应用于成衣和时装的制备，采用透气的聚氨酯薄膜材料制备的服装不仅具有呼吸功能，还能够抗静电；聚氨酯薄膜在运动服装和制品中用制作潜水衣、游泳衣、韵律衣及空气降落衣、充气水床、球内胆、皮划艇、救生圈等面料及内里材料。新开发的形状记忆聚氨酯薄膜，具有良好结晶性，嵌段聚集成微区起物理交联点的作用，控制形状记忆聚氨酯的形状固定和恢复，将这些形状记忆聚氨酯的形状记忆温度定为室温，用于生产复合织物，作为家居服饰面料，在室温以下可以起到保暖作用，在室温以上可以具有良好透湿性能。热塑性聚氨醋薄膜具有柔软手感好，强度高，防风透气，绿色环保等突出特点而广泛应用于纺织复合面料，用于运动休闲，特种防护等领域。现有技术的聚氨酯薄膜多为亲水型的薄膜，其防水性较差，表现为遇水膨胀，此外其透气性也较差。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提供一种多微孔的聚氨酯薄膜，该聚氨酯薄膜具有较好的防水性和透气性。

一种多微孔的聚氨酯薄膜，包含水性聚氨酯树脂，以水性聚氨酯树脂的质量计9～15%的架桥剂、1～2%的消光粉、0.4～0.6%的流平剂、0.4～0.6%的助剥剂、1～5%的表面活性剂，30～50%的有机溶剂，及余量的水。

其中，包含水性聚氨酯树脂，以水性聚氨酯树脂的质量计13%的架桥剂、1.5%的消光粉、0.5%的流平剂、0.5%的助剥剂、3%的表面活性剂，40%的有机溶剂，及余量的水。

其中，所述表面活性剂由质量为(3/2～2)：1的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成。

其中，所述阴离子表面活性剂为SDS和/或SDBS；所述非离子表面活性剂为OP-10、OP-9、NP-9和NP-10中的一种或至少另种。

其中，所述架桥剂为脂肪族聚异氰酸酯。

其中，所述消光粉为OK-412消光粉，所述流平剂为C_1～10烷基改性聚有机硅氧烷，所述助剥剂为聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。

其中，所述有机溶剂有机溶剂由以水性聚氨酯树脂的质量计15～25%丁酮和15～25%甲苯组成。

以上聚氨酯薄膜的原料组分中，以有机溶剂和水的混合液作为分散水性聚氨酯树脂、架桥剂和助剂的良好分散介质。将有机溶剂和水中的一者分散于另一者中后，由于两者为互不相容的两相，会形成油包水或水包油的两种不同状态的分散液。表面活性剂的分子结构中含有亲水性基团和亲油性基团，亲水性基团能插入至有机溶剂的分子团聚体中，亲水性基团插入水分子团聚体中，这样便可使得油较好地分散于水中或水分散于油中。水和有机溶剂的加入量可以采取水多于有机溶剂或有机溶剂多于水中。本发明优选为水多于有机溶剂。可以理解的是，“余量”指水加入量要多于有机溶剂，且足以使消光粉、流平剂、剥离剂和水性聚氨酯充分浸湿或溶解以达到使其充分分散的效果。其具体的量，本领域的技术人员可通过简单的实践得到。

本发明的聚氨酯薄膜中，有机溶剂和水在干燥形成膜的过程中，两者的极性差异导致挥发性不同，因而会在聚氨酯相中留下微孔，通过调整有机溶剂/水两者之比、有机溶剂/水与聚氨酯的配比，能实现对微孔的尺寸大小控制，将微孔的尺寸控制在液体水合气态的分子之间的特定范围，达到防水透气的效果。

架桥剂又称为固化剂或交联剂，含有的交联基团能与聚氨酯高分子链中的活性位点键和提高分子的交联度，以形成网状的分子结构。本发明优选为脂肪族聚异氰酸酯，所含之NCO基团在常温下可较快地与水性聚氨酯树脂分子链上羟基、羧基、氨基等基团反应形成交联结构，可显著改善水性树脂性能。

消光粉是降低膜材料的光泽度，使其达到半光或无光的效果。OK-412消光粉是一种白色粉末，以二氧化硅为主要成分，成分高达98%以上，其平均粒径在几微米。它具有易分散、消光性好、增加滑性、悬浮性好的优点。

流平剂是促使胶水在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的膜。C_1～ ₁₀烷基改性聚有机硅氧烷是高分子链中含有烷基的一类含有硅-氧结构单元的聚合物。其中的烷基可提高热稳定性、相容性和不稳泡性，甚至有消泡功能。

助剥剂又称为防粘剂，加入可促使干燥的涂膜易于从涂布基材上被分离。聚醚改性的聚二甲基硅氧烷是采用醚类低聚物与聚二甲基硅氧烷进行缩合反应得到。它既可溶解于油型溶剂，又可溶解于水。它可防粘连，增加耐磨性，增加离型纸得使用次数可明显提高涂层的光泽性、耐候性及鲜艳性，此外能赋予皮革滑爽手感，能有效提高颜料和填料的分散性，改善颜色的均一性；可作为织物涂层的防水加工。

本发明另一方面提供一种制备上述聚氨酯薄膜的方法，该方法得到的聚氨酯薄膜具有较好的防水性和透气性。

一种制备如上述聚氨酯薄膜的方法，包括以下步骤：

（1）将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计1～5%的表面活性剂、30～50%的有机溶剂加入至水中充分混合形成分散液；

（2）将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.4～0.6%的流平剂、0.4～0.6%的助剥剂充分混合形成混合树脂，将以水性聚氨酯树脂的质量计9～15%的架桥剂、1～2%的消光粉加入至分散液中经混合形成混合液；

（3）向混合树脂中加入混合液，充分混合形成胶水

（4）将胶水置入造泡机中发泡形成水性聚氨酯泡沫；

（5）将水性聚氨酯泡沫涂布于涂布基材上后，对涂布基材进行干燥，得到聚氨酯薄膜。

其中，步骤（3）中所述混合液先后按照30%、30%和40%的加入量分三次加入至混合树脂；步骤（4）中所述发泡的发泡比为4～6，流量为8～12g/s。

其中，步骤（5）中所述干燥具体为将涂布基材置入60～150℃的烘箱中并以10～20M/min的速度通过烘箱；步骤（5）中所述涂布的涂布量为140～180g/m²，涂布基材为离型纸。

本发明的聚氨酯薄膜中，有机溶剂和水在干燥形成膜的过程中，两者的极性差异导致挥发差异较大，因而从聚氨酯相挥发时会留下微孔，通过调整有机溶剂/水两者之比、有机溶剂/水与聚氨酯的配比及消光粉、流平剂、流平剂的配比，能实现对微孔的尺寸大小控制使得聚氨酯薄膜具有较好的防水性及透气性。

具体实施方式

下面分别结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施中所涉及各化工原料来源地如下：

水性聚氨酯树脂为德国拜耳公司成产的DL-1537；流平剂为天津皓普所生产的ZBJ-002。助剥剂为天津皓普所生产的ZBJ-003；OK-412有机硅消光粉为degussa（德固赛）所生产；架桥剂为市售的LJ3300。

实施例1：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计1%的表面活性剂（由质量比为3/2：1的SDS和OP-9组成）、15%丁酮和15%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.4%的ZBJ-002、0.4%的ZBJ-003在转速为1000rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计9%的LJ3300架桥剂、1%的OK-412消光粉加入到分散液中在2500rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在200rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照4的发泡比及8g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在60℃下，以10M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例2：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计2%的表面活性剂（由质量比为1.6：1的SDS和NP-9组成）、15%丁酮和20%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.6%的ZBJ-002、0.6%的ZBJ-003在转速为1200rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计10%的LJ3300架桥剂、2%的OK-412消光粉加入到分散液中在2800rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在220rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照4.5的发泡比及9g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在80℃下，以11M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例3：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计3%的表面活性剂（由质量比为1.7：1的SDS和NP-10组成）、15%丁酮和25%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.45%的ZBJ-002、0.4%的ZBJ-003在转速为1500rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计12%的LJ3300架桥剂、1%的OK-412消光粉加入到分散液中在3000rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在250rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照5的发泡比及10g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在110℃下，以12M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例4：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计4%的表面活性剂（由质量比为1.7：1的SDBS和NP-10组成）、15%丁酮和15%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.4%的ZBJ-002、0.45%的ZBJ-003在转速为1200rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计15%的LJ3300架桥剂、1.3%的OK-412消光粉加入到分散液中在3200rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在300rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照6的发泡比及11g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在120℃下，以15M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例5：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计5%的表面活性剂（由质量比为2：1的SDBS和OP-10组成）、20%丁酮和15%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.4%的ZBJ-002、0.45%的ZBJ-003在转速为1200rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计14%的LJ3300架桥剂、1.6%的OK-412消光粉加入到分散液中在3000rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在300rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照5的发泡比及12g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在140℃下，以18M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例6：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计4.5%的表面活性剂（由质量比为1.9：1的SDS和OP-10组成）、25%丁酮和15%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.55%的ZBJ-002、0.55%的ZBJ-003在转速为1200rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计13%的LJ3300架桥剂、1.8%的OK-412消光粉加入到分散液中在3000rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在300rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照5.5的发泡比及10g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在150℃下，以20M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

实施例7：首先将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计3%的表面活性剂（由质量比为1.8：1的SDS和OP-10组成）、25%丁酮和15%甲苯加入至水中充分溶解并混合形成分散液。接着，将水性聚氨酯树脂同以水性聚氨酯树脂的质量计0.5%的ZBJ-002、0.5%的ZBJ-003在转速为1200rpm的搅拌机的搅拌下混合形成混合树脂。并且，将以水性聚氨酯树脂的质量计13%的LJ3300架桥剂、1.5%的OK-412消光粉加入到分散液中在3000rpm的高速搅拌机的搅拌下充分搅拌得到混合液。然后，按照30%、30%和40%的加入量分三次将混合液加入至混合树脂中并在300rpm的搅拌机的搅拌得到胶水。接着，胶水置入造泡机中，依照5.5的发泡比及6g/s的流量进行充分发泡得到水性聚氨酯泡沫。然后，将水性聚氨酯泡沫涂布于离型纸上，置入烘箱中，在100℃下，以16M/min的速度通过烘箱使得干燥成聚氨酯薄膜。最后，将聚氨酯薄膜从离型纸分离并进行切边，得到最终产品。

将根据实施例1～7得到的聚氨酯薄膜按照ASTM D737标准对透气性（以透湿量为指标）进行测试。按照JIS L1099B标准对防水性（以耐静水压为指标）。纵向抗拉强度及横向抗拉强度按照GB/T4757-1997进行测试。上述测试结果如下表：

由上表可以看出，实施例7的透湿量及耐静水压均较其他的实施例要大，说明实施7具有较好的透气性和防水性。除此，实施例7的纵向抗拉强度及横向抗拉强度较其他的实施例要大，说明实施7具有较好的抗拉强度。由此，本发明优选实施7为最佳配方，即以水性聚氨酯树脂的质量计，水性聚氨酯树脂的质量计13%的架桥剂、1.5%的消光粉、0.5%的流平剂、0.5%的助剥剂、3%的表面活性剂（由质量比为1.8：1的SDS和OP-10组成），25%丁酮、15%甲苯和余量的水。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求保护的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种多微孔的聚氨酯薄膜，其特征在于，包含水性聚氨酯树脂，以水性聚氨酯树脂的质量计9～15%的架桥剂、1～2%的消光粉、0.4～0.6%的流平剂、0.4～0.6%的助剥剂、1～5%的表面活性剂，30～50%的有机溶剂，及余量的水。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，包含水性聚氨酯树脂，以水性聚氨酯树脂的质量计13%的架桥剂、1.5%的消光粉、0.5%的流平剂、0.5%的助剥剂、3%的表面活性剂，40%的有机溶剂，及余量的水。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，所述表面活性剂由质量为(3/2～2)：1的阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成。

4.根据权利要求3所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为SDS和/或SDBS；所述非离子表面活性剂为OP-10、OP-9、NP-9和NP-10中的一种或至少另种。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，所述架桥剂为脂肪族聚异氰酸酯。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，所述消光粉为OK-412消光粉，所述流平剂为C_1～10烷基改性聚有机硅氧烷，所述助剥剂为聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯薄膜，其特征在于，所述有机溶剂由以水性聚氨酯树脂的质量计15～25%丁酮和15～25%甲苯组成。

8.一种制备如权利要求1所述聚氨酯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（3）向混合树脂中加入混合液，充分混合形成胶水；

（4）将胶水置入造泡机中发泡形成水性聚氨酯泡沫；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述混合液先后按照30%、30%和40%的加入量分三次加入至混合树脂；步骤（4）中所述发泡的发泡比为4～6，流量为8～12g/s。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述干燥具体为将涂布基材置入60～150℃的烘箱中并以10～20M/min的速度通过烘箱；步骤（5）中所述涂布的涂布量为140～180g/m²，涂布基材为离型纸。