CN106823862A - 一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法。该方法包括以下步骤：将树脂溶液与致孔剂溶液搅拌混合，得到胶液；然后用涂膜器将胶液涂于离型纸上，干燥8~10min后将膜剥离得到聚氨酯微孔膜。所述的树脂溶液为聚醚型聚氨酯树脂溶液；致孔剂为AC发泡剂和催化助剂ZnO。本发明工艺周期短，操作简单，生产成本低，而且有效提高了聚氨酯微孔膜的透气、透湿以及防水性能，可以实现大批量地规模化生产。

Description

一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法
技术领域
本发明涉及一种微孔膜，尤其涉及一种防水透湿的聚氨酯微孔膜的干法制备方法及用途。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，消费者对服装、鞋包的使用性能要求也愈来愈高，特别是休闲旅游等户外运动的着装必须具备防雨防风、保温耐寒、透湿、舒适、轻便等特殊功能。早期的防水性涂层加工是在织物表面涂有不透水、不溶于水的连续塑料薄膜，因而织物不透气、不透汗，穿着这类织物做成的雨衣会使人感到气闷，故主要用于制作帐篷、雨伞等用品。而之后出现的具有湿热蒸汽交换能力的面料是由透气PTFE微孔膜与基布复合而成的。但是PTFE膜加工而成的产品工艺复杂，成本较高，耐洗牢度较差，且PTFE膜不可降解，属氟材料，无法回收，对环境造成污染。微孔聚氨酯的出现给人们的工作和生活带来了福音，它是指聚合物材料的孔径介于水蒸气与液体水滴的直径之间，不允许水滴等液体透过，同时能保证人体散发的汗液以水蒸气的形式自由通过，不会在人体表与织物之间形成冷凝积聚，真正地达到防水透气。随着工业的发展，聚氨酯微孔膜的制备方法也由传统的干法成膜逐步过渡发展到成熟的湿法成膜工艺，湿法成膜的出现逐渐代替了干法成膜的研究与发展。虽然湿法成膜制备的聚氨酯微孔膜孔径可控，但是湿法成膜存在工艺周期长，效率低，操作条件复杂等问题，难以实现规模化生产，所以工业上仍然希望能够采用干法成膜，从而可以降低成本，大批量地实现防水透湿织物的规模化生产。
防水透湿织物是集防水、透湿、防风和保暖性能于一体的功能织物。织物在一定的水压下不能被水润湿，但人体散发的汗液却能通过织物扩散或传递到外界，不在体表和织物之间积聚冷凝。具备这种透湿能力的织物不仅能满足人们在特殊作业环境(如严寒、雨雪、大风天气、沙漠等恶劣环境)中活动时的穿着需要(如野外作战等)，也适用于人们在日常生活中对皮衣、鞋包及各种高档服装面料的要求，具有广阔的发展前景。
对此有人提出来用聚氨酯树脂涂层来代替，如CN101929081A中公开了一种通过干法涂层得到的高耐水压高透湿性涂层面料，通过在经过防泼水处理的基布上进行轧光处理，然后再涂布微孔层，最后再在微孔层上形成防护层。该发明虽然改善了耐水压、透湿性以及洗涤耐久性，根据方法GB/T12704-1991A,初期透湿量≧5000g/m2.d,但是由于耐水压特别高，微孔膜的孔径较小，透气率问题依然存在，而且加工工艺比较复杂。
又如CN103866579A中公开了一种湿法涂层面料，在布料上涂二层湿法微孔涂层，虽然解决了干法涂层的手感较硬，容易有响声的缺陷，但实际上由于二次涂层，透气率无法得到改善，而且对不同布料加工的选择有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供了一种聚氨酯微孔膜的干法制备工艺。该方法采用AC发泡剂与催化助剂ZnO混合构成的致孔剂，首先通过溶剂将聚氨酯溶解，然后加入AC发泡剂与催化助剂ZnO构成的致孔剂形成胶液，最后将胶液涂在离型纸上，最后在一定温度下烘干得微孔膜。本发明工艺周期短，操作简单，生产成本低，而且有效提高了聚氨酯微孔膜的透气、透湿以及防水性能，可以实现大批量地规模化生产。
本发明的技术方案为：
一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将聚醚型聚氨酯树脂搅拌20～25min溶解于溶剂DMF中，得到树脂溶液；树脂溶液的质量百分浓度为20％～25％；
步骤2)致孔剂的组成为AC发泡剂和催化助剂ZnO，其中，质量比AC发泡剂：催化助剂ZnO＝1：0.5～1：1.2；
步骤3)将上步得到的致孔剂溶于溶剂DMF，得到致孔剂溶液；其中，质量比致孔剂：DMF＝1:0.8～1:1.2；
步骤4)将树脂溶液与致孔剂溶液搅拌混合20～25min，得到胶液；其中，质量比为树脂：致孔剂＝20：0.3～21：2.2；
步骤5)将胶液涂于离型纸上，然后在90-95℃烘箱下干燥8～12min，待冷却后将膜剥离得到聚氨酯微孔膜。
所述步骤1)中的聚醚型聚氨酯树脂为氨基聚硅氧烷改性的聚醚型聚氨酯、长侧链有机硅改性的聚醚型聚氨酯或羟基硅油改性的聚醚型聚氨酯。
所述的氨基聚硅氧烷改性的聚醚型聚氨酯具体为侧链型氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚氨酯(PU-K20)；长侧链有机硅改性的聚醚型聚氨酯具体为氰乙基聚甲基硅氧烷-聚醚型聚氨酯(PU128)；羟基硅油改性的聚醚型聚氨酯具体为ɑ，ω-二羟基聚硅氧烷-聚醚型聚氨酯(PU888)。
所述步骤2)中的AC发泡剂的颗粒直径范围为5-9μm。
所述步骤2)中的催化助剂ZnO颗粒直径为0.5-0.8μm。
所述步骤5)中的离型纸为平面离型纸，优选为有机硅离型纸。
所述步骤5)中得到的微孔膜的膜厚在30-60μm之间。
与现有技术比，本发明的有益效果是：
1.本发明工艺简单，操作方便，生产成本低，选用AC发泡剂复合催化助剂ZnO作为致孔剂来制备微米级的聚氨酯膜。
2.本发明的聚氨酯微孔膜一次涂布完成，具有微孔结构；根据不同配比的工艺配方，膜的孔隙率、孔径及透湿性根据要求可灵活控制；根据UNI4818-74Part26测试标准，膜的透湿性可达1064g/(m2.24h)以上；根据GB/T1040-1992标准，膜的拉伸强度大于11.3Mpa；根据GB/T 1040.3-2006标准，断裂伸长率大于698％；根据奥林巴斯金相显微镜测试，膜的平均孔径在89-93μm。本微孔膜的透气、透湿防水性好，承载性高，耐磨耐老化，可广泛用于服装、鞋包、家具、分离膜、药物填充材料等领域。
附图说明
图1为实施例1制备的聚氨酯微孔膜的孔径图。
图2为实施例1制备的聚氨酯微孔膜中微孔分布图。
图3为实施例2制备的聚氨酯微孔膜的孔径图。
图4为实施例2制备的聚氨酯微孔膜中微孔分布图。
具体实施方式
本发明的透湿性检测方法参照UNI4818-74Part 26；孔隙率测试标准按照BSEN240003:1993；孔径测试由奥林巴斯金相显微镜OLYMPUS BX51测定；拉伸强度测试方法按照GB/T 1040-1992；断裂伸长率测试方法参照GB/T 1040.3-2006。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
所述微孔膜包括：
聚醚型聚氨酯树脂20份、溶剂DMF79份、AC发泡剂0.6份、催化助剂ZnO 0.4份；
上述组分的份数均为质量份数，且各步骤中所用的质量单位相同。(以下实施例同)
所述聚醚型聚氨酯树脂为洛阳吉明化工有限公司PU888；
所述溶剂为天津市福晨化学试剂厂DMF；
所述发泡剂为江阴摩尔化工新材料有限公司AC发泡剂；
所述催化助剂为天津市福晨化学试剂厂ZnO；
所述的离型纸为平面离型纸，具体为有机硅离型纸。
相应地，本发明还提供了一种防水透湿聚氨酯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1:将树脂与78.2份溶剂混合搅拌20min溶解制备树脂溶液；
S2:将AC发泡剂与催化助剂ZnO以及0.8份溶剂混合制备致孔剂溶液；
S3:将树脂溶液与制孔剂溶液混合搅拌20min,然后用规格为150μm的涂膜器在离型纸上进行涂膜，最后放入90℃烘箱干燥10min得到膜厚为30μm的微孔膜。
本实施例的聚氨酯微孔膜的透湿性为1580g/(m2.24h)；拉伸强度为11.8MPa；断裂伸长率为798％；孔隙率为3.7％；最大孔径为95μm，平均孔径为91μm(具体见附图中图1与图2)，孔径介于水蒸气分子直径0.0004μm与液体水滴分子直径120-300μm之间，具有防水透湿性能；
实施例2
所述微孔膜包括：
聚醚型聚氨酯树脂25份、溶剂DMF73份、AC发泡剂1份、催化助剂ZnO 1份；
上述组分的份数均为质量份数，且各步骤中所用的质量单位相同。
所述聚醚型聚氨酯树脂为洛阳吉明化工有限公司PU-K20；
所述溶剂为天津市福晨化学试剂厂DMF；
所述发泡剂为江阴摩尔化工新材料有限公司AC发泡剂；
所述催化助剂为天津市福晨化学试剂厂ZnO；
所述的离型纸为平面离型纸，具体为有机硅离型纸。
相应地，本发明还提供了一种防水透湿聚氨酯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1:将树脂与70.8份溶剂混合搅拌25min溶解制备树脂溶液；
S2:将AC发泡剂与催化助剂ZnO以及2.2份溶剂混合制备致孔剂溶液；
S3:将树脂溶液与制孔剂溶液混合搅拌25min,然后用规格为200μm的涂膜器在离型纸上进行涂膜，最后放入92℃烘箱干燥12min得到膜厚为50μm微孔膜。
本实施例的聚氨酯微孔膜的透湿性为1379g/(m2.24h)；拉伸强度为11.3MPa；断裂伸长率为725％；孔隙率为4.1％；最大孔径为93μm，平均孔径为89μm(具体见附图中图3与图4),孔径介于水蒸气分子直径0.0004μm与液体水滴分子直径120-300μm之间，具有防水透湿性能；
实施例3
所述微孔膜包括：
聚醚型聚氨酯树脂20份、溶剂DMF79.7份、AC发泡剂0.2份、催化助剂ZnO 0.1份；
上述组分的份数均为质量份数，且各步骤中所用的质量单位相同。
所述聚醚型聚氨酯树脂为洛阳吉明化工有限公司PU128；
所述溶剂为天津市福晨化学试剂厂DMF；
所述发泡剂为江阴摩尔化工新材料有限公司AC发泡剂；
所述催化助剂为天津市福晨化学试剂厂ZnO；
所述的离型纸为平面离型纸，具体为有机硅离型纸。
相应地，本发明还提供了一种防水透湿聚氨酯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1:将树脂与79.4份溶剂混合搅拌22min溶解制备树脂溶液；
S2:将AC发泡剂与催化助剂ZnO以及0.3份溶剂混合制备致孔剂溶液；
S3:将树脂溶液与制孔剂溶液混合搅拌22min,然后用规格为300μm涂膜器在离型纸上进行涂膜，最后放入95℃烘箱干燥8min得到膜厚为60μm微孔膜。
本实施例的聚氨酯微孔膜的孔隙率为2.9％；透湿性为1064g/(m2.24h)；拉伸强度为13.2MPa；断裂伸长率为735％；最大孔径为95μm，平均孔径为92μm,孔径介于水蒸气分子直径0.0004μm与液体水滴分子直径120-300μm之间，具有防水透湿性能；
实施例4
所述微孔膜包括：
聚醚型聚氨酯树脂21份、溶剂DMF76.8份、AC发泡剂1份、催化助剂ZnO 1.2份、涂膜器规格为250μm；
上述组分的份数均为质量份数，且各步骤中所用的质量单位相同。
所述聚醚型聚氨酯树脂为洛阳吉明化工有限公司PU888；
所述溶剂为天津市福晨化学试剂厂DMF；
所述发泡剂为江阴摩尔化工新材料有限公司AC发泡剂；
所述催化助剂为天津市福晨化学试剂厂ZnO；
所述的离型纸为平面离型纸，具体为有机硅离型纸。
相应地，本发明还提供了一种防水透湿聚氨酯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1:将树脂与74.6份溶剂混合搅拌23min溶解制备树脂溶液；
S2:将AC发泡剂与催化助剂ZnO以及2.2份溶剂混合制备致孔剂溶液；
S3:将树脂溶液与制孔剂溶液混合搅拌23min,然后用规格为200μm的涂膜器在离型纸上进行涂膜，最后放入93℃烘箱干燥9min得到膜厚为42μm微孔膜。
本实施例的聚氨酯微孔膜的透湿性为1158g/(m2.24h)；拉伸强度为12.6MPa；断裂伸长率为768％；由金相显微镜测得孔隙率为3.3％；最大孔径为96μm，平均孔径为93μm,孔径介于水蒸气分子直径0.0004μm与液体水滴分子直径120-300μm之间，具有防水透湿性能；
实施例5
所述微孔膜包括：
聚醚型聚氨酯树脂20份、溶剂DMF 79.2份、AC发泡剂0.5份、催化助剂ZnO 0.3份；
上述组分的份数均为质量份数，且各步骤中所用的质量单位相同。
所述聚醚型聚氨酯树脂为洛阳吉明化工有限公司PU-K20；
所述溶剂为天津市福晨化学试剂厂DMF；
所述发泡剂为江阴摩尔化工新材料有限公司AC发泡剂；
所述催化助剂为天津市福晨化学试剂厂ZnO；
所述的离型纸为平面离型纸，具体为有机硅离型纸。
相应地，本发明还提供了一种防水透湿聚氨酯微孔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1:将树脂与78.4份溶剂混合搅拌21min溶解制备树脂溶液；
S2:将AC发泡剂与催化助剂ZnO以及0.8份溶剂混合制备致孔剂溶液；
S3:将树脂溶液与制孔剂溶液混合搅拌21min,然后用规格为250μm的涂膜器在离型纸上进行涂膜，最后放入91℃烘箱干燥11min得到膜厚为50μm微孔膜。
本实施例的聚氨酯微孔膜的透湿性为1295g/(m2.24h)；拉伸强度为12.9MPa；断裂伸长率为711％；孔隙率为3.2％；最大孔径为96μm，平均孔径为91μm,孔径介于水蒸气分子直径0.0004μm与液体水滴分子直径120-300μm之间，具有防水透湿性能；
结果检测：
实施例1-5的微孔膜性能指标检测结果见表1：
表1微孔膜性能指标检测结果
由表1可见，本发明的微孔膜透湿性良好，孔径大小适中，介于水蒸气分子直径(0.0004μm)和液体水滴分子直径(120-300μm)之间，具有透气以及防水透湿性能；其中孔径及分布见附图；
本发明微孔膜的透湿性为1064～1580g/(m2.24h)；
本发明微孔膜的平均孔径为89-93μm；
本发明微孔膜的孔隙率在2.9％～4.1％；
本发明微孔膜的拉伸强度大于11.3Mpa；
本发明微孔膜的断裂伸长率大于698％。
经实验，本实施例的微孔膜不透液体水；水蒸气透湿量大于1064g/(m2.24h)；孔隙率小于4.1％；平均孔径小于93μm；拉伸强度大于11.3Mpa；断裂伸长率大于698％。可见，本发明的微孔膜透气性良好，防水透湿效果优异，可广泛应用于服装，药物载体等多个领域。

Claims (7)

1.一种聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为包括以下步骤：
步骤1），将聚醚型聚氨酯树脂溶解于溶剂DMF中，得到树脂溶液；树脂溶液的质量百分浓度为20%~25%；
步骤2），致孔剂的组成为AC发泡剂和催化助剂ZnO；其中，质量比AC发泡剂：催化助剂ZnO=1：0.5~1：1.2；
步骤3），将上步得到的致孔剂溶于溶剂DMF，得到致孔剂溶液；其中，质量比致孔剂：DMF=1:0.8~1:1.2；
步骤4），将树脂溶液与致孔剂溶液搅拌混合20~25min，得到胶液；其中，质量比为树脂：致孔剂=20：0.3~21：2.2；
步骤5），将胶液涂于离型纸上，然后在90-95℃烘箱下干燥8~12min，待冷却后将膜剥离得到聚氨酯微孔膜。
2.如权利要求1所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为所述步骤1）中的聚醚型聚氨酯树脂为氨基聚硅氧烷改性的聚醚型聚氨酯、长侧链有机硅改性的聚醚型聚氨酯或羟基硅油改性的聚醚型聚氨酯。
3.如权利要求2所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为氨基聚硅氧烷改性的聚醚型聚氨酯具体为侧链型氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚氨酯（PU-K20）；长侧链有机硅改性的聚醚型聚氨酯具体为氰乙基聚甲基硅氧烷-聚醚型聚氨酯（PU128）；羟基硅油改性的聚醚型聚氨酯具体为ɑ，ω-二羟基聚硅氧烷-聚醚型聚氨酯（PU888）。
4. 如权利要求1所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为所述步骤2）中的AC发泡剂的颗粒直径范围为5-9μm 。
5.如权利要求1所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为所述步骤2）中的催化助剂ZnO颗粒直径为0.5-0.8μm。
6.如权利要求1所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为所述步骤5）中的离型纸为平面离型纸，优选为有机硅离型纸。
7.如权利要求1所述的聚氨酯微孔膜的干法制备方法，其特征为所述步骤5）中得到的微孔膜的膜厚在30-60μm之间。
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