CN102582075A - 一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法。该真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，包含的步骤为：将一含有5％至75％无机填充剂的水性聚氨基甲酸酯片材预热软化后，利用表面刻有纹路的多孔陶瓷滚轮，在陶瓷滚轮内部抽气形成表面负压，以吸附软化后的聚氨基甲酸酯片材，使滚轮表面的纹路转印于聚氨基甲酸酯片材表面，然后冷却形成具有押花的聚氨基甲酸酯片材。

Description

一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种在水性聚氨基甲酸酯片材合成皮表面，利用真空压纹的制造方法，以赋予表面新纹路或图案，并且可以得到真皮手感。此仿皮革表面的纹路，也可以贴片方式，用于物体表面的装饰用途。

背景技术

传统上聚氨基甲酸酯片材的押花制造方法，主要以具有雕花的金属滚轮，结合另一侧滚轮挤压形成。例如日本专利JP08269876A是使用溶剂型聚氨基甲酸酯片材进行热押花的制造工艺。由于聚氨基甲酸酯片材的软化温度较高，因此金属雕花滚轮可同时加热，以利于材料在滚轮间软化形成压纹。然而，受限于金属滚轮材质坚硬，不易被雕刻成具有精细纹路的转印滚轮，因此，此方法只能用于粗纹路的转印。加上双滚轮的挤压力量过大，若用于发泡型聚氨基甲酸酯片材的押花，会有材料厚度变薄，且片材变硬的情形。

为了避免发泡型聚氨基甲酸酯片材经挤压工艺变硬且变薄，日本专利JP10025668A则采用先将皮层押花后，再用胶料将其贴合于发泡聚氨基甲酸酯片材上。此制造工艺需要多一个步骤，与本发明可将发泡聚氨基甲酸酯片材和皮层一次压纹成型的技术明显不同。

若要制造精密的图纹，一般需要采用硅胶或陶瓷滚轮，因为此类转印滚轮可以用铸造方式形成其图纹细节。由于聚氨基甲酸酯片材的软化温度高，但却无法利用此滚轮执行加热，因为硅胶滚轮在高温下，具有图纹的硅胶表层与滚轮轴会有脱开的情形，因此硅胶滚轮不适用于聚氨基甲酸酯片材的压纹工艺。

陶瓷滚轮除了可提供精密的图纹外，利用陶瓷材料本身的多孔特性，由陶瓷滚轮轴心抽真空，使片材吸附于滚轮表面，真空压力更使滚轮表面的图纹转印于已软化的高分子片材上，可以免去双滚轮的挤压力量过大的情形，一般用于热塑性及低软化温度的材料押花。如日本专利JP 61279526所揭示，将此技术用于聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)及少数苯乙烯、丙烯腈和丁二烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene，ABS)的表面押花。中国专利CN 1082561及CN 101444958，则将此技术用于PVC押花。主要原因为PVC软化温度低，且PVC的受压定形容易，受压变形量(compression set)高，图纹的转印较为容易。

中国专利CN101503864则使用硅胶(silicon rubber)材料，进行真空压纹技术制造纹路，然后再进一步以水气硬化定形24小时，目标在于模仿皮革的触感；然而，硅胶本身与皮革的触感相去甚远，纹路的改善触感的效果有限，且制造循环(production cycle)很长。

由此可见，上述现有的聚氨基甲酸酯片材的押花制造方法及其产品在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于，改善现有的聚氨基甲酸酯(Polyurethane，PU)片材经二次加工，所造成的手感变硬及厚度变薄的问题。传统上，PU合成皮采用冷压的方式来做压纹；因PU合成皮利用真空压纹或热压纹，会有手感变硬的情形；若为发泡的PU，更有厚度变薄的情形。其主要源自残留于PU合成皮的有机溶剂二甲基甲酰胺(Dimethylformamide，DMF)，在加热软化PU时，衍生材料变硬的情形。并且溶剂型PU对压滚轮(nip rollers)所提供的强大压力及PU合成皮的回弹力强，导致高温压合时间长，也是PU合成皮押花后变硬变薄的另一原因。本发明提供了一种新的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法，所要解决的技术问题是使其使用水性PU合成皮，以彻底解决溶剂型聚氨基甲酸酯片材容易有DMF残留的问题，再藉由材料配方，降低PU的回弹力，改善成品的柔软度，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，改善现有的PU合成皮经真空压纹，所产生的纹路不清晰的问题。一般而言，真空压纹通常是使用在PVC胶皮产品上；聚氨基甲酸酯片材(PU合成皮)，一般采用冷压的方式来做压纹，但所制作的纹路不清晰。当真空压纹技术应用于聚氨基甲酸酯片材时，由于材料热变形温度高，且陶瓷雕花滚轮一般加热不易，因此无法在PU合成皮表面产生清晰且深陷的纹路。本发明提供了一种新的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法，所要解决的技术问题是使其通过配方设计，将PU合成皮的软化温度下降，并藉由降低比重及增加填充剂，达到降低材料回弹的能力，以成功地利用真空压纹方式去做后段加工，并可得到真皮手感，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，改善现有的PU合成皮在真空压纹时的生产速度。由于PU合成皮一般为发泡的聚氨基甲酸酯片材，因此导热速度慢，片材软化程度不够会导致所产生的纹路不清晰。然而，为了使加热滚轮有足够的时间接触材料，以达到材料的软化点，往往需要牺牲生产速度。本发明提供了一种新的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法，所要解决的技术问题是使其利用添加热传导佳的填充剂，以提升整体发泡PU合成皮的导热性质；并且使用机械方式产生开放性发泡，有利于热能经由孔洞传导于材料的厚度方向，以提升材料软化速度与生产速度，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：将一含有5％至75％无机填充剂的水性聚氨基甲酸酯片材预热软化后，利用表面刻有纹路的多孔陶瓷滚轮，在陶瓷滚轮内部抽气形成表面负压，以吸附软化后的聚氨基甲酸酯片材，使滚轮表面的纹路转印于聚氨基甲酸酯片材表面，然后冷却形成具有押花的聚氨基甲酸酯片材。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其中所述的预热方式可以烤箱、加热滚轮或红外线方式执行，压纹后的聚氨基甲酸酯片材，随即经由一冷却滚轮冷却。

前述的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材另外包含一具有颜色的聚氨基甲酸酯皮层，且可视需要再包含一纤维基材。

前述的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材具有多孔性，比重在0.2至0.8之间。

前述的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材，在压纹过程的厚度损失少于20％。

前述的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其中所述的聚氨基甲酸酯片材的孔洞以开放性孔洞为主。

本发明的目的及解决其技术问题是还采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据上述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法制得的具有押花的聚氨基甲酸酯片材，其特征在于其中所述的无机填充剂是选自滑石粉、木质粉、氢氧化铝、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、氮化铝粉体、六方氮化硼、碳粉、铝粉及以上的组合。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种利用水性聚氨基甲酸酯树脂分散液结合机械发泡，产生均匀的开放性发泡结构，同时兼具高孔洞率、高透气性及高强度，的单层或多层多孔性片材。本发明所产生的多孔性片材的空孔率可高达70％以上，以开放性空孔为主，材料剥离强度介于1至8Kg/3cm之间，其厚度可由0.1mm至2mm。

本发明的PU真空压纹技术，可用于单层PU片材，以得到水性PU剥离皮；也将PU可以与基材合并进行真空压纹，基材一般为布料，用于改善基材的外观与触感，以提升其附加价值。

本发明中的水性聚氨基甲酸酯分散液包括水性聚氨基甲酸酯树脂、稳泡剂与无机填充剂并视需要可加交联剂。水性聚氨基甲酸酯树脂以高固含量、低玻璃转化点(T_g)及好的起泡性尤佳。

以本发明主要选用的聚胺基甲酸酯，可选用会随时间自行交联的高分子。若高分子本身交联速度太慢，可额外添加交联剂，例如：异氰酸酯(isocyanate)，氮丙啶(aziridine)、碳二亚胺(carbodiimide)、三聚氰胺树脂(melamine)，环氧树脂(epoxy)等五类。以水性树脂的固含量为100份为基准，交联剂需约1至5份较佳。

稳泡剂可选自：一般为阴离子型介面活性剂硬酯酸盐类(stearate)，月桂酸盐类(laurate)，磺酸盐类(sulfonate)，硫酸盐类(sulfate)，油酸盐类(oleate)，及聚丙烯酸酯类或聚丙烯酸的铵盐。以水性树脂的固含量为100份为基准，稳泡剂需约1至10份较佳。

本发明的无机填充剂是选自滑石粉、木质粉、二氧化硅、氢氧化铝、碳酸钙、二氧化钛及以上的组合，以改善降低材料的回弹能力。无机填充剂也可选自氮化铝粉体、六方氮化硼、碳粉、铝粉及以上的组合，以提升PU合成皮的导热性质。无机填充剂的比例在5至75％之间，又以20％至40％较佳。

在水性聚胺基甲酸酯树脂分散液中，还可依产品性能或加工性能需要添加辅助剂，例如：界面活性剂、UV阻抗剂、UV吸收剂、增韧剂(plasticizer)、增稠剂及色料等。常用的增韧剂为硅油(silicone oil)，以水性树脂的固含量为100份为基准，增韧剂需约0.5至1.5份较佳。

常用的增稠剂有高分子压克力酸酯类聚合物，高分子聚氨基甲酸酯增稠剂，及纤维素衍生物增稠剂等。增稠剂与稳泡剂有时可合并考量，选自聚丙烯酸酯类或聚丙烯酸的铵盐。以水性树脂的固含量为100份为基准，增稠剂需约0.5至3份较佳。

本发明更可结合面皮层的制作，将多孔材质的表面色彩化，并提供较致密的表面质感。其作法是在基材表面先涂覆一层具有颜色的水性聚氨基甲酸酯，然后在涂上水性聚胺基甲酸酯高分子树脂发泡溶液，干燥后形成发泡层。剥除离型基材后，即可得到具有面皮层的多孔片材，然后再进行真空压纹处理。

借由上述技术方案，本发明一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明采用水性PU树脂，二次加工后，不会有手感变硬及厚度变薄的问题。

2、本发明结合低回弹的PU树脂配方与真空压纹成形技术，可以产生精细与深陷的纹路。

3、本发明可将发泡聚氨基甲酸酯片材和皮层一次压纹成型。

4、本发明结合高添加量的无机填充剂与低架桥度的配方，降低纹路的回弹，并兼具导热的功能，使整体生产速度提升，降低了成本。

综上所述，本发明是有关于一种一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法。该真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，包含的步骤为：将一含有5％至75％无机填充剂的水性聚氨基甲酸酯片材预热软化后，利用表面刻有纹路的多孔陶瓷滚轮，在陶瓷滚轮内部抽气形成表面负压，以吸附软化后的聚氨基甲酸酯片材，使滚轮表面的纹路转印于聚氨基甲酸酯片材表面，然后冷却形成具有押花的聚氨基甲酸酯片材。本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的真空压纹聚氨基甲酸酯片材的制造方法的示意图。

1：水性聚氨基甲酸酯片材      2：片材卷入处

3：材料传导滚轮              4：加热滚轮

5：红外线加热                6：陶瓷真空压纹滚轮

7：冷却滚轮                  8：具有押花的片材收卷处

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材及其制造方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。

其中稳泡剂为硬酯酸盐类；架桥剂为异氰酸酯；增粘剂为聚氨基甲酸酯。聚氨基甲酸酯树脂分散液A至F的树脂种类为：水性聚胺基甲酸酯树脂，品名：811C(50％)，来源：大洋塑胶工业股份有限公司，软化温度为摄氏160度。填充剂a为木质粉；填充剂b为氢氧化铝粉体。

表一发泡聚胺基甲酸酯组成配方

附注：phr指重量百分比

依照表一的组成配方，水性聚氨基甲酸酯树脂分散液的制作方法：将配方中所需的聚氨基甲酸酯树脂、稳泡剂、交联剂及填充剂分散于水性高分子中，充分搅拌均匀，形成一稳定的分散液，粘度介于1,000泊(centipoise，cps)至15,000泊之间，尤以3,000泊至10,000泊较佳，一般而言，固体含量介于50％至65％之间。

机械发泡的制作方法：将空气注入分散液，再以高速搅拌机产生机械发泡，调整空气量流量介于15至90升每小时(L/hr)与搅拌速度介于每分钟500至1500转(rpm)，使形成的气泡愈小愈好，及控制发泡空孔率在60±5％。

将已配制完成的水性聚胺基甲酸酯树脂分散液，依上述方法发泡后，以刮刀式的涂布头，将水性树脂分散液连续涂布于一具有离型特性的基材上，例如：0.2微米厚的离型纸或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)离型膜或具有各式纹路的离型材料，涂布面层干膜厚度在0.03毫米，再涂布水性PU发泡层，干厚控制在1毫米；利用红外线、热烤箱或其并用的方式，使水性分散液干燥硬化，再将离型膜剥除，因此得到单层发泡聚氨基甲酸酯片材。

该聚氨基甲酸酯片材的软化点在摄氏180度以下，又以150度以下较佳，架桥程度小于10％，且可视需要包含面皮层和纤维基材。当合成皮应用时，该聚氨基甲酸酯片材具有多孔性，一般以开放性孔洞为主。以此技术制作的聚氨基甲酸酯多孔片材，其厚度减损小于20％。

本发明中使用的聚氨基甲酸酯组成中包含5％至75％的无机添加物，又以20％至40％较佳。其中无机填充剂是选自滑石粉、木质粉、氢氧化铝、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛及以上的组合。其无机填充剂是选自氮化铝粉体、六方氮化硼、碳粉、铝粉及以上的组合。也可以组合上述两类填充剂一起并用。

依图1的装置所示，水性聚氨基甲酸酯片材1的真空压纹制造方法，包含的步骤为：在片材卷入处2将一水性聚氨基甲酸酯片材1置入，藉由材料传导滚轮3往前输送，经过加热滚轮4及以红外线加热5软化后，利用表面刻有纹路的多孔陶瓷真空压纹滚轮6，以真空泵在陶瓷滚轮内部抽气形成表面负压，吸附软化后的聚氨基甲酸酯片材，使滚轮表面的纹路转印于聚氨基甲酸酯片材表面，然后经过冷却滚轮7快速降温定形，形成具有压纹的聚氨基甲酸酯片材，在具有押花的片材收卷处8将成品卷取。

将表一所得的聚胺基甲酸酯片材样品A至F及比较例，进行如表二的测试项目，测试条件与方法如下：

1、厚度：依规范CNS1274量测。

2、架桥度％：取0.5克聚胺基甲酸酯片材，以甲苯、四氢呋喃(tetrahydrofuran，简称THF)及二氧陆环(1，4-dioxane)当溶剂，用索式萃取器(Soxhlet extractor)粹取的方式，各进行12小时的粹取，假设所有未架桥的树脂会溶于溶剂，将未溶物干燥并称重，再除以0.5克，即为架桥度％。

3、硬度(ASKER-C)：依规范SRIS-0101，以硬度计量测真空压纹聚氨基甲酸酯片材的硬度。

4、纹路深度：以比较例为基准，目视观察纹度的深浅程度。++表示比基准纹路明显较深，+表示比基准纹路略深，-表示比基准纹路略浅。

5、生产机速：以试验机上，材料能充分转印滚轮纹路的最快速度，每分钟每米(M/min)表示。

比较例为溶剂型聚胺基甲酸酯片材，品名：宝丽皮PUB，来源：大洋塑胶股份有限公司。溶剂型PU剥离皮，其厚度极限＜1毫米。

表二真空压纹聚氨基甲酸酯片材性质比较

A

B

C

D

E

F

比较例

厚度(毫米)

0.92±0.02

0.94±0.02

1.00±0.02

0.98±0.02

0.99±0.02

0.99±0.02

0.41±0.02

硬度(Asker C)

25

25

28

28

27

27

60

密度(g/cm3)

0.31～0.32

0.29～0.30

0.32～0.33

0.32～0.33

0.30～0.31

0.33～0.34

0.46～0.47

厚度损失(％)

8±2

6±2

0±2

2±2

1±2

1±2

32±1

压缩回弹率(％)

91.07

91.36

88.48

86.8

89.44

89.15

93.2

压缩量(毫米)

0.18

0.16

0.12

0.1

0.15

0.17

0.03

纹路清晰度

++

+++

+++

+++

+++

+++

+

生产机速(米/分)

8±1

7±1

6±1

6±1

6±1

8±1

2±1

注：纹路清晰度以目视判定，其表示为+++：优  ++：佳  +：可。

本制作方法已成功将1.00±0.2毫米PU合成皮，经真空压纹技术，得到具有押花的聚氨基甲酸酯片材，该片材是由单层聚氨基甲酸酯树脂层组成，其厚度为0.92至1.00毫米，厚度损失介于1％至8％之间。比较例材料的原始厚度为0.6±0.2毫米，经真空压纹技术所得的押花片材，厚度为0.41毫米，厚度损失为32％。

由表二真空压纹聚氨基甲酸酯片材性质测试结果可知，水性(实施例A至F)较溶剂型(比较例)聚胺基甲酸酯的厚度大，表示真空压纹工艺所造成的厚度损失较少；且押花后的材料表面硬度较低，可压缩量较高，弹性佳且触感较柔软。

将实施例A至F与比较例对照，一般而言，无机填充剂越多厚度损失越少，且生产速度愈快。若添加架桥剂，则含量愈高，材料硬度与弹性较高，因此押花纹路较浅，且需要较长的压纹时间以达到充分纹路转印的效果，所以生产机速会下降；但比起溶剂型的比较例，所有实施例皆有较好的柔软度与厚度保持率，及较快的生产速度。

藉由上述技术方案，本发明的真空压纹聚氨基甲酸酯片材及其制作方法至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明采用水性PU树脂，实施例A至F与比较例，经真空压纹工艺加工后，材料的表面硬度远比溶剂型的比较例低，没有手感变硬及厚度变薄的问题。

2、实施例A至F结合低回弹的PU树脂配方，明显改善押花纹路的清晰度。

3、本发明可将发泡聚氨基甲酸酯片材和皮层一次压纹成型。

4、本发明结合高添加量的无机填充剂(20％至30％phr)与低架桥度(≤10％)的配方，充分降低纹路的回弹，并兼具导热的功能，使整体生产速度大幅提升一倍。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：将一含有5％至75％无机填充剂的水性聚氨基甲酸酯片材预热软化后，利用表面刻有纹路的多孔陶瓷滚轮，在陶瓷滚轮内部抽气形成表面负压，以吸附软化后的聚氨基甲酸酯片材，使滚轮表面的纹路转印于聚氨基甲酸酯片材表面，然后冷却形成具有押花的聚氨基甲酸酯片材。

2.根据权利要求1所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其中所述的预热方式可以烤箱、加热滚轮或红外线方式执行，压纹后的聚氨基甲酸酯片材，随即经由一冷却滚轮冷却。

3.根据权利要求1所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材另外包含一具有颜色的聚氨基甲酸酯皮层，且可视需要再包含一纤维基材。

4.根据权利要求1所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材具有多孔性，比重在0.2至0.8之间。

5.根据权利要求1所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其中所述的水性聚氨基甲酸酯片材，在压纹过程的厚度损失少于20％。

6.根据权利要求4所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法，其特征在于其中所述的聚氨基甲酸酯片材的孔洞以开放性孔洞为主。

7.一种根据权利要求1所述的真空压纹的聚氨基甲酸酯片材的制造方法制得的具有押花的聚氨基甲酸酯片材，其特征在于其中所述的无机填充剂是选自滑石粉、木质粉、氢氧化铝、碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛、氮化铝粉体、六方氮化硼、碳粉、铝粉及以上的组合。

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