CN101270196B - 一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属聚氨酯材料加工领域，具体涉及一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法。该吸湿透汽聚氨酯膜生产工艺步骤为：天然高分子纤维材料超细粉体改性，改性天然高分子纤维材料超细粉体分散，聚氨酯溶液配置，共混铸膜。采用本方法加工的聚氨酯膜中既含有具有天然高分子纤维材料超细粉体，又含有围绕超细粉体颗粒的、贯通聚氨酯膜界面的、水汽可以通过的微孔，超细粉体在聚氨酯膜中可通过周围的微孔实现吸湿放湿的作用，使聚氨酯膜具有良好的吸湿透汽效果；同时本技术方案工艺加工路线简单方便，易于工业化推广。

Description

一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法

技术领域

本发明属聚氨酯材料加工领域，具体涉及一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法。

技术背景

聚氨酯(PU)是含有氨基甲酸酯(-NHCOO-)基团的聚合物，通常由异氰酸酯(含有-NCO基团)或其加成物与含活泼氢(主要是羟基中的活泼氢)的聚多元醇反应而成。聚氨酯以其具有的强度高、耐磨性、耐屈挠性、耐低温性和耐油、耐化学品性能优异等特点，可制成泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革以及铺面材料等产品，广泛应用于机电、船舶、土木建筑、轻工以及纺织等领域，在材料工业中占有相当重要的比例。由于聚氨酯膜吸湿透汽性能差的特点，也导致在某些领域(如人造皮革、纺织品整理、医用敷料等)的产品舒适性能的降低，因此一直以来，提高聚氨酯膜吸湿透汽性性能研制开发防水透汽聚氨酯始终是聚氨酯材料研究的重点。

目前研究的防水透汽聚氨酯膜主要有两种形式：一种是非微孔性的高分子薄膜，它的防水性来自于薄膜的连续性和较大的膜面张力而透湿性则由聚合物分子中接枝或嵌段有亲水基团的分子链所赋予，水分子沿着密集的分子链间隙向外迁移，并通过亲水基团吸附和解吸向外传递，专利US 5908690以及US4367327介绍了以聚L--醇(PEG)为软段的防水透汽型聚氨酯非孔膜的制备方法和应用。另外一种防水透湿高分子膜形态结构是高分子膜的微孔结构，膜内微孔的直径很小，只有0.5～20μm，能透过0.004μm直径的水蒸气，却不能通过直径约为100～300μm的水滴。US5650225介绍了一种制备微孔聚氨酯膜的方法(相分离法)以及微孔膜与非孔复合膜(用于医用手套等防护制品)的制备方法。CN1258305A公开了一种单轴取向微孔透汽薄膜及其制造方法，这种薄膜包括40-65％无机填料和包含乙烯和烯烃单体的共聚物，经单轴拉伸形成微孔；CN1034357C公开了一种防水透汽服装面料的制造方法，该发明主要特点是用低分子量PTFE进行双轴拉伸后自然回复，后将该膜与纤维织物直接复合，制成透汽量大于5000g/m².d，静水压大于6mH₂O防水透气服装面料。CN1041167A一种柔性微孔膜的制备方法，该方法将α-烯烃的聚合物或共聚物与60-70％粒径为10-15gm的无机填料及加工助剂熔触混合，然后进行双轴拉伸制成微孔膜。相似的发明还有CN1014794B、USP3903234、USP498372以及EP-A-272026等。这些专利都公开了用聚烯烃或其共聚物及助剂混合、拉伸制成微孔膜的方法。

由于微孔膜加工工艺较复杂，溶剂价格昂贵，容易造成环境污染，且微孔形成后比表面积增大，易吸尘、吸附洗涤剂而玷污，或使微孔堵塞，降低透气性能，而采用亲水基团嵌段聚氨酯膜非微孔性的高分子薄膜是虽透气性能良好，但由于合成工艺复杂，且材料的力学性能较差，表面粘附性很大，不易脱模和使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法，具体工艺方案如下：

将使用碳酸氢铵改性的天然高分子纤维材料超细粉体与聚氨酯溶液共混，干法成膜制备吸湿透汽聚氨酯膜，具体工艺过程如下：

A天然高分子纤维材料超细粉体改性，超细粉体指粒径＜5微米的粉体材料。按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取碳酸氢铵，在密闭容器中，按照碳酸氢铵与水的重量体积比为300克/升-500克/升的比例，将碳酸氢铵与温度在40℃-50℃的水配置成碳酸氢铵水溶液，再把按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取的天然高分子纤维材料超细粉体加入到碳酸氢铵水溶液中，在密闭容器中将天然高分子纤维材料超细粉体和碳酸氢铵的水溶液高速搅拌，同时将混合溶液降至25℃，在室温下抽真空干燥，制成改性天然高分子纤维材料超细粉体；

B改性天然高分子纤维材料超细粉体的分散，将改性天然高分子纤维材料超细粉体按照超细粉体与有机溶剂重量体积比50克/升-250克/升的比例加入到有机溶剂中，有机溶剂指四氢呋喃、乙醇、丙酮、乙二醇，搅拌并超声波分散30分钟，制成混合均匀的改性有机高分子材料超细粉体分散液；

C聚氨酯溶液配制，按照聚氨酯与天然高分子纤维材料超细粉体的重量比为90∶10-50∶50的比例确定聚氨酯用量，将聚氨酯与N，N-二甲基甲酰胺溶剂配置聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中溶液中聚氨酯含量为10％-20％；

D共混铸膜，将改性天然高分子纤维材料超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，在100℃-150℃下烘干5-20分钟，制成吸湿透汽聚氨酯膜。

由于采用了上述技术方案，加工的聚氨酯膜中既含有具有极性基团的高分子材料超细粉体，又含有围绕超细粉体颗粒的、贯通聚氨酯膜界面的、水汽可以通过的微孔，超细粉体在聚氨酯膜中可通过周围的微孔实现吸湿放湿的作用，使聚氨酯膜具有良好的吸湿透汽效果；同时本技术方案工艺加工路线简单方便，易于工业化推广。

具体实施方式

本发明出发点是开发一种干法生产的吸湿透汽聚氨酯膜，以应用PU人造革生产、纺织品涂层及医用敷料生产中。设计的该聚氨酯膜结构中既含有具有高分子材料超细粉体，又含有围绕超细粉体颗粒的、贯通聚氨酯膜界面的、水汽可以通过的微孔，聚氨酯膜中的超高分子材料超细粉体本身采用具有良好吸水性能的材料如羊毛、蚕丝、羽绒等加工而成，在超细粉体化后，由于比表面积增大，对水汽的吸附能力更大，该超细粉体在聚氨酯膜中可通过周围的微孔实现吸湿放湿的作用，从而实现聚氨酯膜的吸湿透汽性，为了实现上述的聚氨酯膜结构，采用下述工艺步骤加工：

A天然高分子纤维材料超细粉体改性，天然高分子纤维材料超细粉体指羊毛、蚕丝、羽绒超细粉体，粉体粒径＜5微米，按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取碳酸氢铵，在密闭容器中，按照碳酸氢铵与水的重量体积比为300克/升-500克/升的比例，将碳酸氢铵与温度在40℃-50℃的水配置成碳酸氢铵水溶液，再把按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取的天然高分子纤维材料超细粉体加入到碳酸氢铵水溶液中，在密闭容器中将天然高分子纤维材料超细粉体和碳酸氢铵水溶液高速搅拌，同时将混合溶液降至25℃，在室温下抽真空干燥，制成改性天然高分子纤维材料超细粉体；

B改性天然高分子纤维材料超细粉体的分散，将改性天然高分子纤维材料超细粉体按照超细粉体与有机溶剂重量体积比200克/升-500克/升的比例加入到有机溶剂中，有机溶剂指四氢呋喃、乙醇、丙酮、乙二醇，搅拌并超声波分散30分钟，制成混合均匀的改性天然高分子纤维材料超细粉体分散液；

C聚氨酯溶液配制，按照聚氨酯与天然高分子纤维材料超细粉体的重量比为90∶10-50∶50的比例确定聚氨酯用量，将聚氨酯与N，N-二甲基甲酰胺溶剂配置聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中溶液中聚氨酯含量为10％-20％；目前使用的聚氨酯原料一般是聚氨酯含量为30％-40％的聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，粘度较高，不能直接使用，当使用的聚氨酯原料是聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液时，按照其中的聚氨酯实际含量计算其溶液容量以及另外需添加的N，N-二甲基甲酰胺溶剂用量。

D共混铸膜，将改性天然高分子纤维材料超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，在100℃-150℃下烘干5-20分钟，制成吸湿透汽聚氨酯膜。

实施例

实施例1一种羽绒超细粉体与聚氨酯共混加工的吸湿透汽聚氨酯膜加工工艺步骤如下：

A将4.25克碳酸氢铵加入到11毫升水中，在密闭容器中升温至40℃，然后加入12.75克羽绒超细粉体，粉体平均粒径2微米，边搅拌边降温至室温，然后抽真空直至羽绒粉体干燥。

B将干燥的改性羽绒超细粉体加入到210毫升四氢呋喃溶剂中，超声波分散10分钟，使羽绒超细粉体均匀混合在四氢呋喃溶剂中。

C将250克含固率为40％聚氨酯溶液与700克N，N-二甲基甲酰胺溶剂混合，搅拌直至混合均匀，配置成聚氨酯含量为10.5％的溶液。

D将改性羽绒超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，控制厚度，在115℃下烘干12分钟制成所设计吸湿透汽聚氨酯膜。

制成的聚氨酯膜厚度为0.15毫米时，透湿量为3255.57g/m²·d。

实施例2一种羊毛超细粉体与聚氨酯共混加工的吸湿透汽聚氨酯膜加工工艺步骤如下：

A将2.14克碳酸铵加入到6毫升水中，在密闭容器中升温至40℃，然后加入4.28克羊毛超细粉体，粉体平均粒径2微米，边搅拌边降温至室温，然后抽真空直至羊毛粉体干燥。

B将干燥的改性羊毛超细粉体加入到21毫升丙酮溶剂中，超声波分散30分钟，使羊毛超细粉体均匀混合在丙酮溶剂中。

C将50克的含固率为30％聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液与25克N，N-二甲基甲酰胺溶剂混合，搅拌直至混合均匀，配置成聚氨酯含量为20％的溶液。

D将改性羊毛超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，控制厚度，在115℃下烘干20分钟制成所设计吸湿透汽聚氨酯膜。

制成的聚氨酯膜厚度为0.10毫米时，透湿量为2444.44g/m²·d。

实施例3一种蚕丝超细粉体与聚氨酯共混加工的吸湿透汽聚氨酯膜加工工艺步骤如下：

A将10克碳酸氢钠加入到25毫升水中，在密闭容器中升温至40℃，然后加入10克蚕丝超细粉体，粉体平均粒径5微米，边搅拌边降温至室温，然后抽真空直至蚕丝粉体干燥。

B将干燥的改性蚕丝超细粉体加入到60毫升乙醇或乙二醇溶剂中，超声波分散30分钟，使蚕丝超细粉体均匀混合在乙醇或乙二醇溶剂中。

C将57克聚氨酯加入323克-二甲基甲酰胺溶剂中，均匀搅拌直至聚氨酯完全溶解，配置成聚氨酯含量为15％的溶液。

D将改性蚕丝超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，控制厚度，在115℃下烘干20分钟制成所设计吸湿透汽聚氨酯膜。

制成的聚氨酯膜厚度为0.23毫米时，透湿量为2516.01g/m²·d。

Claims (2)

1.一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法，其特征在于：将使用碳酸氢铵改性的、粒径＜5微米的天然高分子纤维材料超细粉体与聚氨酯溶液共混，干法成膜制备吸湿透汽聚氨酯膜，具体工艺过程如下：

A天然高分子纤维材料超细粉体改性，按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取碳酸氢铵，在密闭容器中，按照碳酸氢铵与水的重量体积比为300克/升-500克/升的比例，将碳酸氢铵与温度在40℃-50℃的水配置成碳酸氢铵水溶液，再把按照天然高分子纤维材料超细粉体与碳酸氢铵重量比为90％∶10％-30％∶70％的比例称取的天然高分子纤维材料超细粉体加入到碳酸氢铵水溶液中，在密闭容器中将天然高分子纤维材料超细粉体和碳酸氢铵的水溶液高速搅拌，同时将混合溶液降至25℃，在室温下抽真空干燥，制成改性天然高分子纤维材料超细粉体；

B改性天然高分子纤维材料超细粉体的分散，将改性天然高分子纤维材料超细粉体按照天然高分子纤维材料超细粉体与有机溶剂重量体积比50克/升-250克/升的比例加入到有机溶剂中，搅拌并超声波分散30分钟，制成混合均匀的改性有机高分子材料超细粉体分散液；

C聚氨酯溶液配制，按照聚氨酯与天然高分子纤维材料超细粉体的重量比为90∶10-50∶50的比例确定聚氨酯用量，将聚氨酯与N，N-二甲基甲酰胺溶剂配置聚氨酯的N，N-二甲基甲酰胺溶液，其中溶液中聚氨酯含量为10％-20％；

D共混铸膜，将改性天然高分子纤维材料超细粉体分散液加入到聚氨酯溶液中，高速搅拌30分钟制成均匀混合的铸膜液，然后将铸膜液均匀倒在离型纸上，在100℃-150℃下烘干5-20分钟，制成吸湿透汽聚氨酯膜。

2.根据权利要求1所述的一种吸湿透汽聚氨酯膜的生产方法，其特征在于：有机溶剂指四氢呋喃、乙醇、丙酮、乙二醇。