CN104262657A - 一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法,先将N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺加入到N,N-二甲基甲酰胺中制备端氨基超支化聚合物,将所得产物用乙醇封端的异氟尔酮二异氰酸酯进行封端,再将封端后得到的产物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中得到铸膜液,将铸膜液倾倒在基板上,浸于凝固浴中湿法成膜后烘干得即染色聚氨酯薄膜。该方法制备的薄膜因膜的组分引入了活性基团-NH2,增多了染料的结合点,且在酸性溶液中,薄膜带阳电荷,有利于阴离子染料逐渐与薄膜中带正电荷的氨基(P-NH3+)以离子键结合而发生染色作用,从而提高上染率和染色牢度。同时该方法操作简便易行,设备要求低,易于工业化推广。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯材料领域,具体涉及一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法。
背景技术
超细纤维合成革是近年来开发的一种超细纤维与PU弹性体的复合材料。因超细纤维具有近似胶原纤维的纤度和结构,三维编织高度仿形真皮结构,并且具有较好的机械性能,在耐化学性、防水、防霉变性等方面超过天然皮革。超细纤维合成革在最近几年发展速度很快,但是超细纤维合成革的染色目前一直被业界认为是一个难题,实际生产中由于染色不匀导致正品率低的现象非常普遍。其主要原因是:超细纤维具有大的比表面积,化学吸附能力强,在后染色过程中对染料的吸附强而快,而聚氨酯的上色率相对较低。且聚氨酯在浸渍非织造布时是溶液,从浸渍完到凝固还有一段时间时隔,此时聚氨酯会有部分沉降,导致它在基布中的分布特别是正反面的分布及发泡状态不同,因而采用传统的加工工艺,单一染料和单一染色方法均难以同时满足两种成分的染色要求,很容易出现染色不匀的现象。
已有的研究表明:提高聚氨酯的上染率有助于减少染色发花现象。在聚氨酯分子中引入亲染料基团或引入染料结合点,可以有效提高聚氨酯的上染率。但目前关于改善聚氨酯染色效果的报道并不多见。最近几年,相关的研发机构和生产单位正不断进行相关研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法,该方法简便易行,易于工业化生产,制得的可染色聚氨酯薄膜上染率高、染色牢度强。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
本发明提供的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,包括以下步骤:
1)将摩尔比为1:(1.1~1.5)的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在40~80℃下反应8~24h,得到端氨基超支化聚合物;
2)将摩尔比为1:(1.1~1.5)的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在0~25℃下反应0.5~4h,得到封端剂;
3)将端氨基超支化聚合物和封端剂按照3:(2.5~0.5)的质量比混合均匀,在60~90℃下反应0.5~4h,得到封端超支化聚合物;
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,配置成固含量为10%~20%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:(10~30);将铸膜液在常温下静置脱泡,然后将铸膜液倒在基板上,自然流平后浸于凝固浴中成膜,烘干,得到可染色聚氨酯薄膜。
所述步骤1)中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:(1.1~1.5)。
所述步骤1)制得的端氨基超支化聚合物的结构式如下:
所述步骤2)中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:(1.1~1.5)。
所述步骤4)中的聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%~40%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯)。
所述步骤5)中的搅拌速度为800~1500r/min,搅拌至均匀所需的时间为10~30min。
所述步骤5)中静置脱泡的时间为1~2h。
所述步骤5)中的基板为聚四氟乙烯玻璃板。
所述步骤5)中的烘干温度为50~80℃,烘干时间为1~3h。
所述步骤5)中的凝固浴是质量浓度为10%~25%的30℃的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明公开了一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法,先将N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺加入到N,N-二甲基甲酰胺中制备端氨基超支化聚合物,再将所得产物用乙醇封端的异氟尔酮二异氰酸酯进行封端,再将封端后的产物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中得到铸膜液,将铸膜液倾倒在基板上,浸于凝固浴中湿法成膜后烘干,即得到上染率高、染色牢度强的可染色聚氨酯薄膜。该方法制备的可染色聚氨酯薄膜因膜的组分中引入了活性基团-NH2,即增多了染料的结合点,且在酸性溶液中,该薄膜带阳电荷,有利于阴离子染料逐渐与该薄膜中带正电荷的氨基(P-NH3+)以离子键结合而发生染色作用,从而提高上染率和染色牢度。同时该方法操作简便易行,设备要求低,易于工业化生产推广。
附图说明
图1是端氨基超支化聚合物的合成路线及结构图;
图2是封端剂的合成路线图;
图3是封端超支化聚合物的合成路线图;
图4是染色的工艺曲线图;
图5为聚氨酯膜(PU膜)和可染色的K/S图(表示不同封端超支化聚合物湿法膜K/S值),其中PU film为纯聚氨酯膜,HBP-1~HBP-6分别代表端氨基超支化聚合物与封端剂质量比为3:0.5,3:1,3:1.5,3:2,3:2.5,3:3所得产物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
1)将摩尔比为1︰1.1的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在40℃下反应24h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.1;端氨基超支化聚合物的合成路线及结构式如图1所示。
2)将摩尔比为1:1.1的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在0℃下反应4h,得到封端剂,其中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.1;封端剂的合成路线如图2所示。
3)将质量比为3:0.5的端氨基超支化聚合物与封端剂混合,在60℃下反应4h,得到封端超支化聚合物,封端超支化聚合物的合成路线如图3所示。
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为10%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯);
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1200r/min的速度搅拌25min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:10;将铸膜液在常温下静置2h脱泡,然后将铸膜液倒在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在质量浓度为10%的30℃的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中成膜,50℃的电热鼓风干燥箱中烘干3h,得到可染色聚氨酯薄膜。
实施例2
1)将摩尔比为1︰1.2的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在80℃下反应8h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.2;
2)将摩尔比为1:1.2的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在10℃下反应2.5h,得到封端剂,其中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.2;
3)将质量比为3:1的端氨基超支化聚合物与封端剂混合,在65℃下反应3h,得到封端超支化聚合物。
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为15%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯);
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1000r/min的速度搅拌30min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:15;将铸膜液在常温下静置1h脱泡,然后将铸膜液倒在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在20%的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中成膜,55℃的电热鼓风干燥箱中烘干2.5h,得到可染色聚氨酯薄膜。
实施例3
1)将摩尔比为1︰1.3的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在60℃下反应20h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.4;
2)将摩尔比为1:1.3的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在15℃下反应2h,得到封端剂,其中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.3;
3)将质量比为3:1.5的端氨基超支化聚合物与封端剂混合,在70℃下反应2h,得到封端超支化聚合物。
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为20%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯);
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以800r/min的速度搅拌20min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:20;将铸膜液在常温下静置1.5h脱泡,然后将铸膜液倒在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在18%的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中成膜,60℃的电热鼓风干燥箱中烘干2h,得到可染色聚氨酯薄膜。
实施例4
1)将摩尔比为1︰1.5的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在70℃下反应16h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.5;
2)将摩尔比为1:1.4的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在20℃下反应1.5h,得到封端剂,其中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.4;
3)将质量比为3:2的端氨基超支化聚合物与封端剂混合,在80℃下反应1.5h,得到封端超支化聚合物。
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为18%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为40%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯);
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1500r/min的速度搅拌15min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:25;将铸膜液在常温下静置1h脱泡,然后将铸膜液倒在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在25%的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中成膜,70℃的电热鼓风干燥箱中烘干1.5h,得到可染色聚氨酯薄膜。
实施例5
1)将摩尔比为1︰1.4的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在50℃下反应22h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.3;
2)将摩尔比为1:1.5的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在25℃下反应0.5h,得到封端剂,其中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.5;
3)将质量比为3:2.5的端氨基超支化聚合物与封端剂混合,在90℃下反应0.5h,得到封端超支化聚合物。
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为12%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为35%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的HWD-3010湿法溶剂型聚氨酯);
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1300r/min的速度搅拌10min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:30;将铸膜液在常温下静置1.8h脱泡,然后将铸膜液倒在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在15%的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液中成膜,80℃的电热鼓风干燥箱中烘干1h,得到可染色聚氨酯薄膜。
将所制备的染色聚氨酯薄膜裁成10×10mm大小的小方块,在红外染色小样机中染色,浴比为1:30,匀染剂与染料的用量均为膜重的1%,pH值调至4~4.5,染色的工艺曲线如图4所示,染色结果如表1所示。
表1上染率及耐干湿擦牢度测试数据
注:PU film为纯聚氨酯膜,HBP-1~HBP-6分别代表端氨基超支化聚合物与封端剂质量比为3:0.5,3:1,3:1.5,3:2,3:2.5,3:3所得产物。
从表1可以看出加入封端超支化聚合物的聚氨酯膜的上染率明显增加。这是因为加入封端超支化聚合物后,将有大量活性—NH2引入聚氨酯膜中,增加了薄膜中氨基的含量,即增加了染料的结合点,从而提高上染率;总体来说,上染率先增大,后减小这是因为HBP-1~HBP-4的水溶性依次减小,成膜时被凝固浴洗出程度依次变低,膜中存留的超支化聚合物依次增加,染料结合点增多,故而上染率增加,而HBP-5和HBP-6的水溶性低,不易被洗出,但封端过多,产物活性氨基量也减少,染料的结合点减少,故而上染率下降。
从表1可以看出加入封端超支化聚合物的聚氨酯膜和纯聚氨酯膜的耐干擦性很好,基本保持在4.5级左右;但它的耐湿擦是先上升后降低,这是因为纯聚氨酯膜与染料是以物理吸附的方式结合的,湿擦时染料容易擦掉,但加入封端超支化聚合物后,染料是和端氨基以化学方式结合的,结合更牢固,HBP-5和HBP-6又降低是由于封端过多,端氨基的量减少,物理吸附更多,导致湿擦降低。
图5为聚氨酯膜(PU膜)和可染色的K/S图(表示不同封端超支化聚合物湿法膜K/S值),其中PU film为纯聚氨酯膜,HBP-1~HBP-6分别代表端氨基超支化聚合物与封端剂质量比为3:0.5,3:1,3:1.5,3:2,3:2.5,3:3所得产物。从图5中我们可以清楚的看出:纯聚氨酯膜的K/S值很小,加入封端超支化聚合物的聚氨酯膜的K/S值明显比纯聚氨酯膜的大,这也充分说明封端超支化聚合物可以提高聚氨酯膜的上染率。同时从图5中可看出一些列的HBP/PU湿法膜的色深度先增加,后降低,HBP-4/PU共混膜的色深度最大,这是因为HBP-1~HBP-4的水溶性依次减小,湿法成膜时,被凝固浴洗出程度依次变低,膜中存留的超支化聚合物的含量逐渐增加,染料结合的增多,故而K/S值增大,而HBP-5和HBP-6的水溶性较低,不易被洗出,但由于封端过多,产物的活性氨基量较少,染料结合点少,K/S值因此减小,从而染色性能下降。
Claims (10)
1.一种可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将摩尔比为1:(1.1~1.5)的N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在40~80℃下反应8~24h,得到端氨基超支化聚合物;
2)将摩尔比为1:(1.1~1.5)的异氟尔酮二异氰酸酯与无水乙醇加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,在0~25℃下反应0.5~4h,得到封端剂;
3)将端氨基超支化聚合物和封端剂按照3:(2.5~0.5)的质量比混合均匀,在60~90℃下反应0.5~4h,得到封端超支化聚合物;
4)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,配置成固含量为10%~20%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;
5)将封端超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的封端超支化聚合物与步骤4)中聚氨酯原料的质量比为1:(10~30);将铸膜液在常温下静置脱泡,然后将铸膜液倒在基板上,自然流平后浸于凝固浴中成膜,烘干,得到可染色聚氨酯薄膜。
2.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:(1.1~1.5)。
3.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤1)制得的端氨基超支化聚合物的结构式如下:
4.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中异氟尔酮二异氰酸酯和无水乙醇的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:(1.1~1.5)。
5.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤4)中的聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%~40%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液。
6.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤5)中的搅拌速度为800~1500r/min,搅拌至均匀所需的时间为10~30min。
7.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤5)中静置脱泡的时间为1~2h。
8.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤5)中的基板为聚四氟乙烯玻璃板。
9.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤5)中的烘干温度为50~80℃,烘干时间为1~3h。
10.根据权利要求1所述的可染色聚氨酯薄膜的制备方法,其特征在于:所述步骤5)中的凝固浴是质量浓度为10%~25%的30℃的N,N-二甲基甲酰胺的水溶液。
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