CN109248841A - 一种制备皮革层的方法及配方 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在海绵上制备皮革层的环保方法，其方法过程主要包括：海绵成型，施工底部涂层，烘干，施工表面涂层，烘干等步骤。本发明还提供了适用于海绵涂层的底部涂层和表面涂层的配方，其主体成分为水性树脂及一系列环境友好助剂。本发明所述的制备方法无需使用有机溶剂且不会产生废水，是一种环保的制备方法。通过上述方法制备的皮革层具有优异的耐折牢性能，耐摩擦性能，耐水解性能及附着力。

Description

一种制备皮革层的方法及配方
技术领域
本发明涉及一种在海绵上制备皮革层的环保方法，以及利用该方法制备皮革层所需的配方，属于高分子材料技术领域。
背景技术
家具沙发、汽车内饰以及其它类似制品成型前，通常需要先对海绵进行切割成型，然后于其外包裹缝制拼接好的皮革形成具有一定立体形状的制品。采用该类工艺不仅制备过程复杂，而且制品在皮革拼接处存在崩裂及防水能力变差等风险，在后续服役中，水或者其它液体容易在拼接缝隙处渗透进入制品内部，影响制品的使用品质以及降低其使用寿命。
工业上，用于包裹海绵的人造皮革制备工艺主要有“干法”和“湿法”两种。两种工艺都是先用有机溶剂(二甲基甲酰胺)溶解聚氨酯，然后沉积于织物表面，“干法”通过溶剂挥发形成皮革层，“湿法”则将织物浸渍于水中，致使其表面的聚氨酯凝固形成皮革。以上制备过程需耗费大量的有机溶剂。
中国专利CN 100334296 C公开了一种利用絮凝剂促使非离子化水性聚氨酯分散体能够在织物表面凝固形成皮革层的方法。其制备过程产生的絮凝剂废水需要后续处理。
中国专利CN 103797184 B设计了一种通过无溶剂方式获得人造皮革的方法。其工艺是在剥离纸上喷涂多元醇和多异氰酸酯单体，然后热转移至织物基材上形成皮革层。该工艺通过即时反应成型得到聚氨酯皮革层，因此，对设备、工艺参数等的要求较高。
上述专利主要展示了在无纺布等平面基材上，通过液体浆料沉积凝固或者固体物料经热转移后压合等方式形成皮革层的方法。目前，还没有相关公开技术揭露直接在表面多孔的海绵上制备皮革层的方法。由于海绵基材表面分布孔穴，单个孔的面积可达0.01mm2-10.0mm2。液体浆料因本身的流动性从而容易在孔穴处塌陷。通过简单提高浆料粘度是无法在多孔的海绵上制备表层美观的皮革层，并且皮革层要达到实用所需的强度也需要进一步技术处理。因此，在表面多孔的海绵上制备皮革层对形成皮革层的浆料和制备工艺都有一定的技术要求，其技术要求包括浆料主要材料的选择，浆料触变性控制，浆料粘度控制，涂层设计厚度控制等。
本发明首次提出一种可以在表面多孔的海绵上制备高强度皮革层的方法及配方，通过无缝工艺提升产品使用品质，并且用于形成皮革层的底材表面不限于平面。本发明通过选择合适的形成浆料材料，控制浆料触变性和粘度，以及控制涂层厚度等方式提高皮革层力学性能，使其具有足够的实用强度。本发明在形成皮革层的过程中无需使用有机溶剂也不会产生废水，具有环保优势。
发明内容
本发明首次提出一种可以在表面分布多孔的海绵上制备表层美观的皮革层的方法及配方，且制备的皮革层具有优异的耐折牢性能，耐摩擦性能，耐水解性能及附着力等性能。该制备方法无需使用有机溶剂也不会产生废水，是一种环保的皮革制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种可以在立体的表面分布多孔的海绵上制备皮革层方法及配方，其方法流程如下：
1.海绵成型：将海绵加工成设计的制品模型，用于形成皮革层的表面可以是平面形状，也可以是非平面形状；
2.单次施工底部涂层：在模型表面施工底浆，施工方式包括：喷涂，刮涂，刷涂，辊涂等，单次施工厚度为50-100μm；
3.烘干：可自然晾干，优选烘干设备为烘箱，红外线加热器，热风烘干炉等，烘干温度范围优选30-100℃；
4.重复2-3步骤直至达到所需的涂层设计厚度；
5.单次施工表面涂层：在模型底部涂层上施工面浆，施工方式包括喷涂，刮涂，刷涂，辊涂等，单次施工厚度优选为20-50μm；
6.烘干：可自然晾干，优选烘干设备为烘箱，红外线加热器，热风烘干炉等，烘干温度范围优选30-100℃；
7.重复5-6步骤直至达到所需的涂层设计厚度；
所述的皮革由海绵基材、底部涂层和表面涂层三部分构成，所述的底浆为施工底部涂层所用浆料，面浆为施工表面涂层所用浆料。
所述的底部涂层主要功效是为制品提供疲劳强度，选择以软而韧的树脂为连接料为宜。所述底浆的拉伸强度≥3.0MPa，断裂伸长率600-2000％。优选地，拉伸强度≥5.0MPa，断裂伸长率：800-1400％。所述的力学性能测试环境为：温度：23±2℃，相对湿度：50±5％。
所述的表面涂层，为皮革制品提供视觉美感和触觉舒适(不回粘)的效果，故以硬而韧的树脂为连接料。所述的面浆的拉伸强度≥3.0MPa，断裂伸长率200-800％。优选地，拉伸强度≥5.0MPa，断裂伸长率:400-600％。所述的力学性能测试环境为：温度：23±2℃，相对湿度：50±5％。
所述的底部涂层设计厚度优选200-2000μm，所述的涂层设计厚度为干膜厚度。此厚度范围可以保证皮革制品的物理机械性能，包括耐折牢性，附着力等。
所述表面涂层设计厚度优选在20-400μm，所述的涂层设计厚度为干膜厚度。该厚度范围可保障表面涂层与底部涂层有同步的屈服强度。
所述的底浆粘度：10.0-500Pa·s，其目的在于利用底浆的高粘度将高弹性海绵表面的孔洞封闭，若粘度过低，底浆容易陷入基材孔洞；粘度过高，难以施工。所述的底浆粘度测试条件:25.0℃，剪切速率为1.0s-1。
所述的底浆触变指数控制在3.0至6.0之间。具有高触变性的底浆将有效阻止液态浆料在海绵表面空穴处的缓慢塌陷，为面浆提供一个平整美观的施工表面。
所述的粘度及触变指数是通过复合增稠剂实现的。单一类型的增稠剂难以制备兼具表面流平及合适触变性的高粘度的浆料。通过复合增稠的方式控制底浆的粘度及触变指数，解决了表面多孔的海绵基材的施工问题。
所述的海绵，是一种多孔弹性材料，其单个孔的面积可达0.01mm2-10.0mm2，所述的海绵为发泡棉、定型棉、橡胶棉、记忆棉。
所述的用于形成皮革的基材的表层可以是平面的，亦可以是非平面的，例如立方体的表面，圆柱体的表面，还可以是其它有凹凸起伏的表面。
所述的底部涂层的施工方式为喷涂，刮涂，刷涂，辊涂中的一种或者多种；建议单次施工厚度在50-100μm，所述的单次施工厚度为湿膜厚度，控制单次施工厚度目的在于：施工厚度过薄，造成施工成本的提高；施工厚度过厚，涂膜干燥过慢造成较多的表面缺陷。
所述的面浆粘度：1.0-100Pa·s，所述的面浆粘度测试条件：25.0℃，剪切速率为1.0s-1。
所述的表面涂层施工方式包括喷涂，刮涂，刷涂，辊涂等，单次施工厚度优选为20-50μm，所述的单次施工厚度为湿膜厚度，该厚度范围可以较好的防止面浆流挂。
所述的烘干温度范围建议30-100℃，优选烘干温度为60℃。其原因在于所用的底浆和面浆都是水基原料，高温有利于水分挥发，但是烘干温度过高易造成基材的热变形。
所述的控制设计涂层厚度，是通过使用相关厚度控制工具实现的，例如：通过刮棒或厚度尺控制刮涂厚度，通过喷涂次数控制喷涂厚度。其原因在于：底浆以软而韧的树脂为连接料，面浆以硬而韧的树脂为连接料，两种材料力学性能有较大差距。通过控制施工厚度可以达到底部涂层与表面涂层疲劳破坏过程中能够接受同步的屈服应力的目的，从而提高制品整体皮革层的耐折牢性能，即抗疲劳强度。
所述的在海绵表面形成皮革层所需的底部涂层和表面涂层所用的浆料既可以是油性体系，亦适用于水性体系。优选的，选用水性体系浆料。
所述的底部涂层所需的水性底浆配方为：水性树脂51.0-97.7份，复合增稠剂0.1-5.0份，补强剂0-5.0份；助溶剂0-5.0份；去离子水0-10.0份，润湿分散剂0-1.0份，固化剂2.0-10.0份，保湿助剂0-10.0份，消泡剂0.1-2.0份，中和剂0.1-1.0份，以上成分中包含除水性树脂之外的成分至少一种。
所述的表面涂层所需的水性面浆配方为：水性树脂37.0-93.6份，复合增稠剂0.1-5.0份，补强剂0-5.0份，助溶剂0-5.0份；去离子水0-10.0份；润湿分散剂0-1.0份，固化剂2.0-10.0份，耐磨助剂2.0-8.0份，颜料或染料2.0-10.0份，流平剂0.1-3.0份，消泡剂0.1-2.0份，中和剂0.1-1.0份，发泡剂0-3.0份，以上成分中包含除水性树脂之外的成分至少一种。
所述底浆和面浆配方中的水性树脂，包括主要水性聚氨酯，水性丙烯酸树脂，水性聚酯树脂，水性氨基树脂等其中的一种或几种；
所述的复合增稠剂包括气相二氧化硅，膨润土，缔合型聚氨酯增稠剂，碱溶涨型丙烯酸型增稠剂，黄原胶，羟甲基纤维素，羟乙基纤维素等两种或两种以上配合使用。
所述的补强剂包含纳米二氧化硅，膨润土，纳米碳酸钙，纳米氧化铝等的一种或几种。补强剂可以明显的提高涂层的力学性能，从而提高皮革层的耐折牢性能、耐磨性及附着力。
所述的助溶剂包括二丙二醇单甲醚，二丙二醇二甲醚，三丙二醇单甲醚，三丙二醇二甲醚，二丙二醇甲醚醋酸酯等中的至少一种；所述的助溶剂都是环境友好型溶剂。
所述的润湿分散剂包含阴离子表面活性剂，丙二醇，甘油，聚氧乙烯型表面活性剂等一种或几种。
所述的固化剂是指端基含有多个-NCO基团的一类物质。优选地，如科思创的水性固化剂Bayhydur3100，Bayhydur2547，Bayhydur2487等一种或几种。
所述的发泡剂包括发泡微球，偶氮类发泡剂，磺酰肼类发泡剂等其中一种或几种。
所述的消泡剂包括聚硅氧烷、聚酯改性聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷、矿物油、植物油等其中的一种或几种。
所述的耐磨助剂包括水性蜡乳液，有机硅弹性体乳液，硅溶胶等其中的一种或几种。
所述的保湿助剂是一类具有保水吸水作用的助剂。优选的，如聚氧乙烯，端羟基醚化的聚氧乙烯，聚氧丙烯等一种或几种。
所述的中和剂包括氨水，2-氨基-2-甲基-1-丙醇，二乙醇胺、三乙醇胺等一种或几种。
本发明的有益效果：
本发明通过复合增稠的方式解决了在高弹性多孔海绵上形成皮革层的施工问题，可以在高弹性多孔海绵上制备具有高强度、高耐磨和美观的皮革层。
本发明通过对浆料的组成材料的选择，涂层设计厚度控制等手段使得底部涂层和表面涂层具有协同的屈服强度，从而提高整体皮革层的耐折牢性能，即抗疲劳强度。本发明制备的皮革层具有优异的耐折牢性能，耐摩擦性能，耐水解性能及附着力。
本发明所制备海绵皮革层的制造方法是可以直接在制品模型上施工，无须裁剪拼接皮革层，实现无缝工艺提升产品质量。
本发明的制备方法无需使用有机溶剂也不会产生废水，是一种环保的皮革制备方法。
本发明所制备的海绵皮革适用但不限于汽车内饰皮革，家具皮革等领域。
附图说明
图1为海绵皮革制品实物图，其中，灰色部分a为海绵基材，黑色部分b为皮革层。
图2为海绵皮革层的截面放大图(放大倍数10倍)，其中，a为表面多孔海绵基材，b为皮革层的底部涂层，c为皮革层的表面涂层
图3海绵皮革层的平面图，其中图3a为海绵基材平面图，图3b为海绵基材形成皮革层的平面图。
具体实施方案
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的内容，下面结合具体实施方式进行详细阐述。下列的实施例仅是对本发明技术方案的描述，不限制本发明的范围。
实施例1
1.海绵加工成需要的形状模型；
2.采用刮刀将水性聚氨酯底浆(粘度：98.8Pa·s，触变指数：3.9)均匀刮涂到模型表面，直至模型表面孔眼被底浆封闭。
3.模型在60℃烘箱内烘烤5-30min；
4.重复2-3步骤，直至底部涂层厚度达到约600μm；
5.将面浆(粘度：8.4Pa·s)喷涂于模型的底部涂层的表面，喷涂压力：0.6MPa；
6.模型在60℃烘箱中烘烤2-8min；
7.重复5-6步骤，直至表面涂层厚度达150μm；
步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：11.2MPa，断裂伸长率：1250％，面浆涂层强度：7.6MPa，断裂伸长率：446％。
海绵皮革层物理机械性能数据如表2
实施例2
1.海绵加工成需要的形状模型；
2.采用刮刀将水性聚氨酯底浆(粘度：97.0Pa·s，触变指数：4.6)均匀辊涂到模型表面，直至模型表面孔眼被底浆封闭。
3.模型在50℃烘箱内烘烤5-30min；
4.重复2-3步骤，直至底部涂层厚度达到约500μm；
5.将面浆(粘度：16.4Pa·s)用刷子刷涂于模型表面；
6.模型在50℃烘箱中烘烤2-8min；
7.重复5-6步骤，直至表面涂层厚度达100μm；
步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：15.8MPa，断裂伸长率：1360％，面浆涂层强度：7.5MPa，断裂伸长率：520％。
海绵皮革层物理机械性能数据如表2
实施例3
参考实施例1的施工方式，不同之处在于选用不同的底浆和面浆的树脂类型，具体内容为：步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：4.6MPa，断裂伸长率：1600％，面浆涂层强度：6.4MPa，断裂伸长率：530％。
皮革层物理机械性能数据如表2。
对比例1
参照实施例2的施工方式在海绵上制备皮革层，不同之处在采用单一增稠剂调整底浆粘度与实施例2相接近的粘度(粘度：96.5Pa·s，触变指数：1.0)，具体为：步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：15.0MPa，断裂伸长率：1410％，面浆涂层强度：7.0MPa，断裂伸长率：511％。
皮革层物理机械性能数据如表2。
对比例2
参照实施例2的施工方式海绵上制备皮革层，不同之处在于将实施例2底部涂层和表面涂层施工厚度颠倒，即改变步骤4和步骤7涂层施工厚度，其具体内容为：步骤4重复2-3步骤，直至底部涂层厚度达100μm，步骤7重复5-6步骤，直至表面涂层厚度达到500μm。
步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中其中底浆涂层强度：15.5MPa，断裂伸长率：1380％，面浆涂层强度：7.2MPa，断裂伸长率：500％。
皮革层物理机械性能数据如表2。
对比例3
参照实施例2的施工方式在海绵上制备皮革层，不同之处在于改变步骤2所述的底浆配方树脂的种类，具体内容为：步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：1.8MPa，断裂伸长率：2600％，面浆涂层强度：7.4MPa，断裂伸长率：511％。
皮革层物理机械性能数据如表2。
对比例4
参照实施例3的施工方式在海绵上制备皮革层，不同之处在于步骤5所述的面浆采用底浆的树脂，具体内容为：步骤2所述的底浆配方和步骤5所述的面浆配方见表1，其中底浆涂层强度：4.6MPa，断裂伸长率：1620％，面浆涂层强度：4.3MPa，断裂伸长率：1590％。
皮革层物理机械性能数据如表2。
表2海绵皮革层物理机械性能测试数据
说明：
1.皮革层经70℃，相对湿度：95％处理，168h后，皮革层表面未出现形变，回粘等缺陷；
2.对比例1说明：单一增稠剂增稠形成的浆料(触变指数＝1.0，牛顿流体)很容易渗透进多孔的海绵，造成皮革表面大量孔洞塌陷；
3.对比例2说明，合适的底部涂层厚度及表面涂层厚度对皮革层的耐折牢性具有很大的影响；
4.对比例3说明，底部涂层的强度达不到要求会使皮革层耐折牢性能的骤降；
5.对比例4说明，底浆适用的树脂不一定适用于面浆；
6.所有海绵皮革层测试都是施工完成后，室温静置48h后进行测试；
7.海绵皮革层相关物理机械性能测试标准如下：
涂层强度及断裂伸长率：ASTM-D412硫化橡胶和热塑性弹性体拉伸试验方法。
耐折牢性能：测试标准GB-T 2714-2005皮革物理和机械试验耐折牢度的测定。
耐湿摩擦,耐干摩擦：测试标准GB/T 1646-2008聚氨酯合成革，判定标准:GB/T251-2008纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡。
耐水解性:测试标准GB/T 2888-2007聚氨酯束状超细纤维合成革附录A。
附着力:测试标准GB/T 8949-2008聚氨酯干法人造革。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，其制备步骤为
a.海绵成型：将海绵加工成设计的模型；
b.单次施工底部涂层：在加工成型后的大孔基材的表面涂覆底浆；
c.烘干：可自然晾干，优选烘干设备为烘箱，红外线加热器，热风烘干炉等；
d.重复步骤b-c直至达到所需的底部涂层设计厚度；
e.单次施工表面涂层：在上述样件的底部涂层上涂覆面浆；
f.烘干：可自然晾干，优选烘干设备为烘箱，红外线加热器，热风烘干炉等；
g.重复步骤e-f达到所需的表面涂层设计厚度；
其中，所述的底浆粘度为10.0-500Pa·s，触变指数为3.0-6.0，底浆的拉伸强度≥3.0MPa，断裂伸长率为600-2000％；所述的面浆粘度为1.0-100Pa·s，面浆的拉伸强度≥3.0MPa，断裂伸长率为200-800％；所述的底部涂层设计厚度在200-2000μm；所述的表面涂层设计厚度在20-400μm。
2.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述底浆的拉伸强度≥5.0MPa，断裂伸长率为800-1400％。
3.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述面浆的拉伸强度≥5.0MPa，断裂伸长率为400-600％。
4.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的底部涂层单次施工厚度为50-100μm；所述的表面涂层单次施工厚度为20-50μm。
5.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的海绵为发泡棉、定型棉、橡胶棉、记忆棉，所述的海绵表面单个孔的面积在0.01mm2-10.0mm2。
6.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的底浆粘度为50-200Pa·s，所述的底浆的触变指数为3.5-5.5，所述的面浆粘度为5.0-50Pa·s。
7.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的底浆配方为：水性树脂51.0-97.7份，复合增稠剂0.1-5.0份，补强剂0-5.0份；助溶剂0-5.0份；去离子水0-10.0份，润湿分散剂0-1.0份，固化剂2.0-10.0份，保湿助剂0-10.0份，消泡剂0.1-2.0份，中和剂0.1-1.0份，以上成分中包含除水性树脂之外的成分至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的面浆配方为：水性树脂37.0-93.6份，复合增稠剂0.1-5.0份，补强剂0-5.0份，助溶剂0-5.0份；去离子水0-10.0份；润湿分散剂0-1.0份，固化剂2.0-10.0份，耐磨助剂2.0-8.0份，颜料或染料2.0-10.0份，流平剂0.1-3.0份，消泡剂0.1-2.0份，中和剂0.1-1.0份，发泡剂0-3.0份，以上成分中包含除水性树脂之外的成分至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的一种在海绵上制备皮革层的制备方法，其特征在于，所述的水性树脂包含水性聚氨酯，水性聚丙烯酸酯树脂，水性聚酯树脂，水性氨基树脂中的一种或几种。
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