CN107083690B - 一种高性能tpu超细纤维合成革及其清洁生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能TPU超细纤维合成革及其清洁生产方法，将超细纤维合成革基布通过装有缩揉液的浸渍槽浸渍，然后再进入连续式揉纹机，得到缩揉基布；采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌后，使物料密炼、塑炼、压延后与离型纸贴合，得到离型纸复合TPU膜；采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜，再与缩揉基布贴合，剥离离型纸即可。该发明采用缩揉技术，大幅度提高超细纤维合成革基布的柔软性、透气性和透水汽性，再通过离型纸转移涂层和反应型聚氨酯热熔胶刮涂复合技术，将热塑性聚氨酯压延薄膜复合在超细纤维合成革基材之上，得到手感柔软，力学性能和使用性能良好的TPU超细纤维合成革。
Description
技术领域
本发明涉及超细纤维合成革技术领域，特别涉及一种高性能TPU超细纤维合成革及其清洁生产方法。
背景技术
由于用来生产天然皮革的原料皮资源有限，而且天然皮革的生产是一个高能耗、高污染的过程，会给环境带来极大的污染负荷。近年来，欧盟等发达国家对天然皮革本身的安全性也提出了新的标准，严格限制天然皮革中存在的Cr(Ⅵ)、偶氮染料、五氯苯酚(PCP)及游离甲醛等有毒化学品。从原料皮资源、环境保护、产品安全和市场的角度来看，天然皮革的生产和使用都面临着极大的挑战。
基于以上原因，世界各国都在加速开发新的代替天然皮革的新材料。其中超细纤维合成革的开发，堪称新材料互相结合的典范。超细纤维合成革是以超细纤维非织造为基材，浸渍具有开孔结构的聚氨酯浆料，经一系列复杂工艺加工而成。由于超细纤维的直径几乎达到纳米级尺寸，有巨大的比表面积，与天然皮革中的束状胶原纤维极其相似，在物理性能方面可以与天然皮革相媲美，它完成了由“仿制”到“变换”的过程，成为代替天然皮革的最佳材料。
中国是世界上天然皮革的生产大国，生产总量排名世界第一，然而由于原料皮的短缺和环境污染问题，我国皮革工业的持续衰退已经不可避免。值得我们借鉴的是日本成功的经验，当日本皮革工业衰退之时，率先开发高性能的超细纤维合成革，及时地填补了天然皮革产业衰退时留下的空白，一跃成为世界上超细纤维合成革技术最为先进的国家，并垄断了高端超细纤维合成革产品的高端市场。
无独有偶，中国也是合成革的生产大国，其生产总量排名世界第一。合成革人造革信息网数据显示，2013年我国人造革合成革消费量为42.92亿平方米，较上年增长10.42％。基于合成革行业产业升级转型的驱动，高端的超细纤维合成革的需求增速明显高于行业平均水平。2011年超细纤维合成革进入国家产品统计目录，全年进出口贸易总额36.36亿美元，其中出口10.7亿米(56.96万吨)，同比增长了12.96％，出口量占了总产量的23.36％，出口贸易额30.4亿美元，同比增长35.11％，开始形成了发展第三代产品的历史新阶段，并将成为新企业的投资热点。根据中国塑料加工工业协会人造革合成革专业委员会的分析，2013年国内超细纤维合成革有效产能约为1.2亿平方米，未来市场需求增长速率将达到20％以上。
然而，我国的超细纤维合成革产品，一直处在同类产品的中低档位置，和日本等国家相比，仍然有相当大的差距。经过前期的市场教研和分析，要加快我国超细纤维合成革产品提升、技术进步和产业升级，必须解决主要的工程技术难题。目前，绒面型超细纤维合成革产品和天然皮革相比，仍然存在以下不足：(1)造面工艺通常采用溶剂型聚氨酯离型纸转移涂层法，会使用大量溶剂，会产生环境污染；(2)产品柔软度不足，手感丰满性差；(3)产品的透水气性较小，导致卫生性能较差；(4)产品表面的手感和仿真性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能TPU超细纤维合成革及其清洁生产方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高性能TPU超细纤维合成革的清洁生产方法，包括以下步骤：
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有缩揉液的浸渍槽浸渍，然后再进入连续式揉纹机，在55～75℃的条件下，使超细纤维合成革基布干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布；
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌后当物料温度至80℃～90℃时，使物料进入密炼机中密炼，然后在塑炼机中塑炼，经压延机压延后与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在75～185℃、涂布量为80～220g/㎡下，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
本发明进一步的改进在于，超细纤维合成革基布为定岛型超细纤维合成革基布、非定岛型超细纤维合成革基布或橘瓣型超细纤维合成革基布。
本发明进一步的改进在于，缩揉液的温度为30～35℃。
本发明进一步的改进在于，缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶5～10份，橡椀栲胶1～2份，柠檬酸钠0.1～0.3份，硫酸化蓖麻油2～3份，亚硫酸化鱼油0.5～1份以及水70～100份混合，搅拌均匀，得到缩揉液。
本发明进一步的改进在于，浸渍时通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的80～90％。
本发明进一步的改进在于，超细纤维合成革基布经过缩揉以后，长度缩小5～10％，宽度缩小1～3％，厚度增加5～10％，柔软度提高20～50％，吸水率提高5～10％，透水汽性提高20～50％。
本发明进一步的改进在于，TPU压延成膜的具体过程为：将压延物料投入到高速捏合机中搅拌3～5min，当物料温度至80℃～90℃时，然后使物料进入密炼机中，升高温度至140℃～170℃下密炼3min～6min，然后使物料进入塑炼机中，升高温度至150℃～180℃下塑炼4min～8min，然后使物料进入压延机，控制压延温度为140℃～170℃，物料压延薄膜的厚度为0.08mm～1.2mm，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜。
本发明进一步的改进在于，所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉2～5份，季戊四醇亚磷酸酯0.1～0.2份以及聚碳化二亚胺0.1～0.2份混合均匀，得到压延物料。
本发明进一步的改进在于，PUR刮涂设备包括压盘式PUR热熔胶机和和PUR刮涂机两部分；压盘式PUR热熔胶机包括料桶和加热部分，加热部分为铝合金加热盘，料桶内装有PUR，使用时加热盘从上向下压入PUR料桶内，加热盘位于PUR上方，当加热盘加热时，料桶内上部一层PUR与加热盘接触并熔化；PUR刮涂机是具有加热恒温功能的刮涂机，包括带有加热保温功能的料槽和刮刀，当液态的PUR进入料槽以后，在恒温条件下保持液态，将液态的PUR均匀的涂布在离型纸复合TPU膜的TPU膜上；放置熟化的时间为24～48h。
一种高性能TPU超细纤维合成革，该合成革具有两层复合结构的柔性复合材料，上层为热塑性聚氨酯薄膜，下层为超细纤维合成革基布；雾化值小于4mg，气味小于3级，表面耐磨性大于4级。与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
其一，采用缩揉液，通过缩揉技术，使得超细纤维合成革基布的长度缩小5～10％，宽度缩小1～3％，厚度增加5～10％，柔软度提高20～50％，吸水率提高5～10％，透水汽性提高20～50％。
其二，采用TPU压延成膜，并直接与离型纸贴合，得到离型纸复合TPU膜的技术，不仅生产过程环保，而且可以有效的将离型纸上的花纹转移到TPU膜上。
其三，采用PUR刮涂复合技术，将TPU膜复合在超细纤维合成革基布上，剥离后可形成类似于天然皮革的外观。优点如下：(1)PUR对于超细纤维合成革基布和TPU膜复合的粘合，不仅存在物理粘合作用，也存在化学粘合作用，使其粘合强度高，耐水性极佳，在95℃的热水中浸泡10h不会开胶；(2)离型纸转移花纹仿真性好，花纹清晰精细。
其四，本发明采用特殊的缩揉技术，大幅度提高超细纤维合成革基布的柔软性、透气性和透水汽性，再通过离型纸转移涂层和反应型聚氨酯热熔胶(简称PUR)刮涂复合技术，将热塑性聚氨酯(简称TPU)压延薄膜复合在超细纤维合成革基材之上，得到手感柔软，力学性能和使用性能良好的TPU超细纤维合成革。
进一步的，采用含有杨梅栲胶、橡椀栲胶、硫酸化蓖麻油和亚硫酸化鱼油的缩揉液进行缩揉，作用原理如下：(1)在缩揉的过程中，缩揉液中的栲胶(杨梅栲胶和橡椀栲胶)能够使超细纤维合成革基布产生有效的收缩，使其厚度增加，并能增加超细纤维合成革基布中的亲水性，使其吸水率和透水汽性提高，从而提高超细纤维合成革基布的卫生性能；(2)在缩揉的过程中，缩揉液中的硫酸化蓖麻油和亚硫酸化鱼油能够使纤维得到有效的分散和润滑，并在连续式揉纹机揉纹通道摔软干燥，可以有效的提高超细纤维合成革基布的柔软度。
本发明生产的高性能TPU超细纤维合成革及其清洁生产方法，是一种具有两层复合结构的柔性复合材料，上层为热塑性聚氨酯(简称TPU)薄膜，下层为超细纤维合成革基布，外观类似于天然皮革，手感柔软丰满，表面纹理细腻逼真。该产品采用了特殊的缩揉技术、离型纸转移TPU涂层和反应型聚氨酯热熔胶(简称PUR)刮涂复合技术，生产过程清洁环保，所得高性能TPU超细纤维合成革手感柔软丰满，表面纹理细腻逼真，雾化值小于4mg，气味小于3级，表面耐磨性大于4级，可作为沙发座椅、汽车座椅、高铁座椅、飞机座椅的环保蒙皮材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不只限于这些例子。
实施例1
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有30℃缩揉液的浸渍槽浸渍，通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的80％，然后再进入连续式揉纹机，在55℃的条件下，使超细纤维合成革基布彻底干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布。
其中，超细纤维合成革基布为定岛型超细纤维合成革基布。
缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶5份，橡椀栲胶1份，柠檬酸钠0.3份，硫酸化蓖麻油2份，亚硫酸化鱼油0.5份以及水70份混合，搅拌直到所有物料溶解，即可得到缩揉液。
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌3min，当物料温度至80℃时，然后使物料进入密炼机中，逐步升高温度至在140℃的条件下密炼6min，然后使物料进入塑炼机中，逐步升高温度，在180℃的条件下塑炼4min，然后使物料进入压延机，控制压延温度在140℃之间，物料压延薄膜的厚度在1.2mm左右，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；
所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉2份，季戊四醇亚磷酸酯0.2份以及聚碳化二亚胺0.1份混合均匀，得到压延物料。
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在75℃、涂布量为80g/㎡，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化24h，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
实施例2
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有30℃缩揉液的浸渍槽浸渍，通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的90％，然后再进入连续式揉纹机，在60℃的条件下，使超细纤维合成革基布彻底干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布。
其中，超细纤维合成革基布为非定岛型超细纤维合成革基布。
缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶6份，橡椀栲胶2份，柠檬酸钠0.2份，硫酸化蓖麻油3份，亚硫酸化鱼油1份以及水100份混合，搅拌直到所有物料溶解，即可得到缩揉液。
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌4min，当物料温度至90℃时，然后使物料进入密炼机中，逐步升高温度至在150℃的条件下密炼4min，然后使物料进入塑炼机中，逐步升高温度，在170℃的条件下塑炼7min，然后使物料进入压延机，控制压延温度在150℃之间，物料压延薄膜的厚度在1mm左右，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；
所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉3份，季戊四醇亚磷酸酯0.1份以及聚碳化二亚胺0.2份混合均匀，得到压延物料。
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在185℃、涂布量为220g/㎡，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化30h，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
实施例3
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有32℃缩揉液的浸渍槽浸渍，通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的85％，然后再进入连续式揉纹机，在65℃的条件下，使超细纤维合成革基布彻底干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布。
其中，超细纤维合成革基布为橘瓣型超细纤维合成革基布。
缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶8份，橡椀栲胶1.5份，柠檬酸钠0.1份，硫酸化蓖麻油2.5份，亚硫酸化鱼油0.7份以及水80份混合，搅拌直到所有物料溶解，即可得到缩揉液。
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌5min，当物料温度至85℃时，然后使物料进入密炼机中，逐步升高温度至在160℃的条件下密炼5min，然后使物料进入塑炼机中，逐步升高温度，在160℃的条件下塑炼6min，然后使物料进入压延机，控制压延温度在160℃之间，物料压延薄膜的厚度在0.08mm左右，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；
所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉4份，季戊四醇亚磷酸酯0.15份以及聚碳化二亚胺0.1份混合均匀，得到压延物料。
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在100℃、涂布量为130g/㎡，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化40h，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
实施例4
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有33℃缩揉液的浸渍槽浸渍，通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的87％，然后再进入连续式揉纹机，在75℃的条件下，使超细纤维合成革基布彻底干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布。
其中，超细纤维合成革基布为定岛型超细纤维合成革基布。
缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶10份，橡椀栲胶1份，柠檬酸钠0.1份，硫酸化蓖麻油2份，亚硫酸化鱼油0.8份以及水90份混合，搅拌直到所有物料溶解，即可得到缩揉液。
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌3min，当物料温度至82℃时，然后使物料进入密炼机中，逐步升高温度至在170℃的条件下密炼3min，然后使物料进入塑炼机中，逐步升高温度，在150℃的条件下塑炼8min，然后使物料进入压延机，控制压延温度在170℃之间，物料压延薄膜的厚度在1.1mm左右，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；
所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉5份，季戊四醇亚磷酸酯0.份以及聚碳化二亚胺0.15份混合均匀，得到压延物料。
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在140℃、涂布量为180g/㎡，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化484h，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
本发明中的PUR刮涂设备包括压盘式PUR热熔胶机和和PUR刮涂机两部分；压盘式PUR热熔胶机包括料桶和加热部分，加热部分为一铝合金加热盘，料桶内装有PUR，使用时加热盘从上向下压入PUR料桶内，加热盘位于PUR上方，当加热盘加热时，料桶内仅有上面一层PUR与加热盘接触，使之达到熔点而熔化，熔化后的PUR由齿轮泵打入PUR刮涂机的料槽内；采用压盘式PUR热熔胶机，料桶内下部的PUR此时不加热，生产时需要多少PUR，熔化多少PUR，加热盘与料桶内壁之间有O型圈密封，使得熔化的液态PUR不会与空气接触，保证了PUR使用条件要求；PUR刮涂机是具有加热恒温功能的刮涂机，主要部件为带有加热保温功能的料槽和刮刀，当液态的PUR进入料槽以后，在恒温条件下保持液态，由刮刀和TPU膜的间距大小控制涂布量，将液态的PUR均匀的涂布在离型纸复合TPU膜的TPU膜上。
本发明中超细纤维合成革基布经过步骤(1)的缩揉以后，长度缩小5～10％，宽度缩小1～3％，厚度增加5～10％，柔软度提高20～50％，吸水率提高5～10％，透水汽性提高20～50％。
本发明采用特殊的缩揉技术，大幅度提高超细纤维合成革基布的柔软性、透气性和透水汽性，再通过离型纸转移涂层和反应型聚氨酯热熔胶(简称PUR)刮涂复合技术，将热塑性聚氨酯(简称TPU)压延薄膜复合在超细纤维合成革基材之上，得到手感柔软，力学性能和使用性能良好的TPU超细纤维合成革。该高性能TPU超细纤维合成革生产过程清洁环保，手感柔软丰满，表面纹理细腻逼真，雾化值小于4mg，气味小于3级，表面耐磨性大于4级，可作为沙发座椅、汽车座椅、高铁座椅、飞机座椅的环保蒙皮材料。
Claims (5)
1.一种高性能TPU超细纤维合成革的清洁生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基布缩揉：将超细纤维合成革基布通过装有缩揉液的浸渍槽浸渍，然后再进入连续式揉纹机，在55～75℃的条件下，使超细纤维合成革基布干燥，完成缩揉过程，得到缩揉基布；超细纤维合成革基布经过缩揉以后，长度缩小5～10％，宽度缩小1～3％，厚度增加5～10％，柔软度提高20～50％，吸水率提高5～10％，透水汽性提高20～50％；
其中，缩揉液的温度为30～35℃；缩揉液通过以下方法制备：按以质量份数计，将杨梅栲胶5～10份，橡椀栲胶1～2份，柠檬酸钠0.1～0.3份，硫酸化蓖麻油2～3份，亚硫酸化鱼油0.5～1份以及水70～100份混合，搅拌均匀，得到缩揉液；
(2)TPU压延成膜：采用压延生产线，将压延物料投入到高速捏合机中搅拌后当物料温度至80℃～90℃时，使物料进入密炼机中密炼，然后在塑炼机中塑炼，经压延机压延后与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；TPU压延成膜的具体过程为：将压延物料投入到高速捏合机中搅拌3～5min，当物料温度至80℃～90℃时，然后使物料进入密炼机中，升高温度至140℃～170℃下密炼3min～6min，然后使物料进入塑炼机中，升高温度至150℃～180℃下塑炼4min～8min，然后使物料进入压延机，控制压延温度为140℃～170℃，物料压延薄膜的厚度为0.08mm～1.2mm，并直接与离型纸贴合，冷却后卷取，得到离型纸复合TPU膜；所述的压延物料通过以下方法制得：以质量份数计，将TPU 100份，色粉2～5份，季戊四醇亚磷酸酯0.1～0.2份以及聚碳化二亚胺0.1～0.2份混合均匀，得到压延物料；
(3)刮涂复合：采用装有PUR刮涂设备的合成革干法生产线，在75～185℃、涂布量为80～220g/㎡下，将PUR刮涂在离型纸复合TPU膜的TPU膜上，再与缩揉基布贴合，冷却收卷，在室温下放置熟化，得到复合基布，剥离离型纸后得到高性能TPU超细纤维合成革。
2.根据权利要求1所述的高性能TPU超细纤维合成革的清洁生产方法，其特征在于，超细纤维合成革基布为定岛型超细纤维合成革基布、非定岛型超细纤维合成革基布或橘瓣型超细纤维合成革基布。
3.根据权利要求1所述的高性能TPU超细纤维合成革的清洁生产方法，其特征在于，浸渍时通过轧辊控制缩揉液的浸渍量为超细纤维合成革基布质量的80～90％。
4.根据权利要求1所述的高性能TPU超细纤维合成革的清洁生产方法，其特征在于，PUR刮涂设备包括压盘式PUR热熔胶机和和PUR刮涂机两部分；压盘式PUR热熔胶机包括料桶和加热部分，加热部分为铝合金加热盘，料桶内装有PUR，使用时加热盘从上向下压入PUR料桶内，加热盘位于PUR上方，当加热盘加热时，料桶内上部一层PUR与加热盘接触并熔化；PUR刮涂机是具有加热恒温功能的刮涂机，包括带有加热保温功能的料槽和刮刀，当液态的PUR进入料槽以后，在恒温条件下保持液态，将液态的PUR均匀的涂布在离型纸复合TPU膜的TPU膜上；放置熟化的时间为24～48h。
5.一种基于利要求1-4中任意一项生产方法制得的高性能TPU超细纤维合成革，其特征在于，该合成革具有两层复合结构的柔性复合材料，上层为热塑性聚氨酯薄膜，下层为超细纤维合成革基布；雾化值小于4mg，气味小于3级，表面耐磨性大于4级。
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