CN111691193A - 一种发泡有机硅合成革及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发泡有机硅合成革，属于合成革技术领域，该发泡有机硅合成革由依次层叠设置的面层、发泡层和基层组成；面层包括乙烯基聚硅氧烷、乙烯基MQ硅树脂、白炭黑、含氢聚硅氧烷、铂系催化剂份和抑制剂；发泡层包括乙烯基聚硅氧烷、乙烯基MQ硅树脂、α，ω‑二羟基聚硅氧烷、羟基硅油、白炭黑、含氢聚硅氧烷、铂系催化剂、抑制剂和增粘剂。该发泡有机硅合成革利用化学发泡制备发泡层，发泡层泡孔大小分布均匀，形态为均匀球形，降低了有机硅的使用量进而降低了成本，但具有良好的力学性能和轻量化的特点。本发明还提供了发泡有机硅合成革的制备方法，简单易于操作，易于推广，且设备场地成本投入少，适合工业化规模生产。
Description
技术领域
本发明属于合成革制备技术领域，具体涉及一种发泡有机硅合成革及其制备方法。
背景技术
天然皮革由于具有优良的天然特性被人们广泛用于生产日用品，但天然皮革的数量有限，已不能满足人们的需求，同时也为了避免大量皮革用动物的宰杀，动物保护组织也呼吁人们使用人造皮革(合成革)代替天然皮革。合成革是一种外观、手感类似天然皮革并可代替其使用的塑料制品。截止到目前，国内外合成革工业仍然主要以聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)为主，在制造过程中会使用大量的有机溶剂，如二甲基甲酰胺、甲苯、丁酮等，这些有机溶剂会大量的挥发并产生二噁英等新的污染物，给自然环境和人体健康带来危害。为满足国内外不断提高的环保要求以及消费者日益增强的健康安全需求，开发环保健康安全的合成革，已经成为合成革工业的研发热点与难点。
有机硅材料是一种主要采用硅氧键连接的新材料，具有半有机半无机的高分子骨架，这种特殊的高分子结构，赋予其一系列优良性能，如耐高温、耐低温，憎水防潮、耐气候老化，产品无毒无污染，具有环境友好性等。通过有机硅材料制备有机硅合成革，可以克服上述的环保方面带来的相关问题。有机硅含量的提高能够显著提升合成革的力学性能，但是有机硅材质本身成本较高。研究制备成本较低、力学性能较好的有机硅合成革在实际应用上具有重要意义，也成为目前亟待解决的问题。
申请号为201410091143.8的中国发明专利，公开了一种三层结构的有机硅合成革及其制备方法，使得有机硅合成革能够减少灰尘吸附，提高耐磨性、耐刮擦、耐划伤等特性。但是这种方法有机硅合成革使用量较大，生产成本较高，应用受到限制。申请号为201610146685.X的中国发明专利公开了一种超柔软有机硅皮革及其制备方法，虽然其制作方法简单且可连续生产，效率高，整个过程无有害物质无污染物，但制备得到的有机硅皮革强度较差，不能满足大多数实际应用的要求。申请号为201610146787.1的中国发明专利公开了一种透气透湿有机硅合成革及制造工艺，制作工艺简单且环保无有害物，所得有机硅合成革具有优异的防水，防污，耐老化，耐温，耐水解等特性。但由于面层经过了发泡处理，产品的力学性能大打折扣，无法满足大多数实际应用的需求，如汽车内饰皮革等。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种成本低且力学性能优良的发泡有机硅合成革。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种发泡有机硅合成革，由依次层叠设置的面层、发泡层和基层组成；
所述面层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-30份、白炭黑5-40份、含氢聚硅氧烷2-25份、铂系催化剂0.04-0.8份和抑制剂0.4-1.5份；
所述发泡层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-25份、α，ω-二羟基聚硅氧烷100-120份、羟基硅油1-5份、白炭黑5-60份、含氢聚硅氧烷5-25份、铂系催化剂0.04-0.8份、抑制剂0.4-1.5份和增粘剂1-5份；
所述乙烯基聚硅氧烷至少有两个乙烯基直接与Si相连，且乙烯基位于链端或侧链上；
所述的乙烯基MQ硅树脂的乙烯基含量为1.0-4.0％。
本发明采用的另一种技术方案为：一种上述的发泡有机硅合成革的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将面层的全部组分混合均匀，得到面层胶料；将发泡层全部组分混合均匀，得到发泡层胶料；
步骤2、将面层胶料涂覆于离型膜上，涂层厚度为1.5-4.5丝，然后于100-160℃硫化得到面层；
步骤3、将发泡层胶料涂覆于面层上，涂层厚度为3-5丝，然后贴合基层并于100-160℃硫化，使发泡层发泡，然后将离型膜玻璃，得到发泡有机硅合成革。
本发明的有益效果在于：本发明提供的发泡有机硅合成革利用化学发泡制备发泡层，发泡层泡孔大小分布均匀，形态为均匀球形，降低了有机硅的使用量进而降低了成本，同时也使得所得合成革更轻量化。面层不进行发泡处理，同时发泡层制备过程中通过使用α，ω-二羟基聚硅氧烷与含氢硅氧烷反应发泡，不添加无机发泡剂，生成产物作为合成革一部分，与其他有机硅组分相容性很好、不分层，能有效提高所得发泡有机硅合成革的力学性能，在面层和发泡层同时配合使用白炭黑和硅树脂补强提高力学性能，还保证了所得发泡有机硅合成革柔软和滑爽的手感。本发明提供的有机硅合成革的制备方法，不添加有机溶剂，实现真正零VOC排放，环保安全无污染，该制备方法简单易于操作，易于推广，且设备场地、原料成本投入少，适合工业化规模生产。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：同时利用α，ω-二羟基聚硅氧烷、羟基硅油与含氢硅氧烷制成发泡层。
本发明提供一种发泡有机硅合成革，由依次层叠设置的面层、发泡层和基层组成；
所述面层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-30份、白炭黑5-40份、含氢聚硅氧烷2-25份、铂系催化剂0.04-0.8份和抑制剂0.4-1.5份；
所述发泡层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-25份、α，ω-二羟基聚硅氧烷100-120份、羟基硅油1-5份、白炭黑5-60份、含氢聚硅氧烷5-25份、铂系催化剂0.04-0.8份、抑制剂0.4-1.5份和增粘剂1-5份；
所述乙烯基聚硅氧烷至少有两个乙烯基直接与Si相连，且乙烯基位于链端或侧链上；
所述的乙烯基MQ硅树脂的乙烯基含量为1.0-4.0％。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的发泡有机硅合成革利用化学发泡制备发泡层，发泡层泡孔大小分布均匀，形态为均匀球形，降低了有机硅的使用量进而降低了成本，同时也使得所得合成革更轻量化。面层不进行发泡处理，同时发泡层制备过程中通过使用α，ω-二羟基聚硅氧烷与含氢硅氧烷反应发泡，不添加无机发泡剂，生成产物作为合成革一部分，与其他有机硅组分相容性很好、不分层，能有效提高所得发泡有机硅合成革的力学性能，在面层和发泡层同时配合使用白炭黑和硅树脂补强提高力学性能，还保证了所得发泡有机硅合成革柔软和滑爽的手感。
进一步的，乙烯基MQ硅树脂的乙烯基含量为2.0-3.0％。
由上述描述可知，液体硅橡胶的表面能较低，硅橡胶分子呈无规线团结构，分子链柔顺性很好，分子间作用力较弱，力学性能不足，使用硅树脂代替传统的硅橡胶，利用硅树脂具有极高的强度，进行补强；但是当乙烯基含量较低时，交联固化程度不足，皮革力学性能较差，乙烯基含量较高时，制品较硬，柔顺性不足，乙烯基含量的控制显著影响所得产品的力学性能。
进一步的，所述基层为超细纤维布(纤维的纤度在0.3旦以下)或无纺布。
进一步的，所述面层还包括色浆1-4份；所述发泡层还包括色浆1-2份。
进一步的，所述的色浆为以聚二甲基硅氧烷分散的颜料。
进一步的，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的羟基含量为2.0-8.0％，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为5000-50000cs，标准状况下粘度为10-100cs。
进一步的，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的羟基含量为4.0-7.0％，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为5000-20000cs，标准状况下粘度为50-70cs。
由上述描述可知，α，ω-二羟基聚硅氧烷、羟基硅油与含氢硅氧烷反应生成氢气发泡，使得发泡层制备过程中不添加无机发泡剂。发泡效果即泡孔大小分布、数量、形态等与羟基含量、α，ω-二羟基聚硅氧烷粘度有关，羟基含量少、α，ω-二羟基聚硅氧烷粘度大时，发泡数量少、泡孔结构不均匀易塌陷；羟基数量多、α，ω-二羟基聚硅氧烷粘度小时，发泡数量多、泡孔易交叉穿透形成空洞。
进一步的，所述面层中白炭黑的比表面积为150-400g/cm3；所述发泡层的白炭黑的比表面积50-300g/cm3。
进一步的，所述面层中和发泡层中白炭黑的比表面积为200g/cm3。
进一步的，所述白炭黑经乙烯基二甲基硅氧烷处理。
由上述描述可知，白炭黑作为补强填料，可提升皮革的力学性能，比表面积较小，则补强效果不佳，比表面积较大时，体系粘度急剧增大，不易混合均匀，生产难度大；利用乙烯基二甲基硅氧烷处理白炭黑，可为体系提供乙烯基参与加成反应，进一步提升白炭黑的补强效果。
进一步的，所述面层中含氢聚硅氧烷的氢原子含量为0.2-1.2％；所述发泡层中含氢聚硅氧烷至少有2个氢原子与Si原子直接相连，且氢原子位于链端和侧链，其氢原子含量分别为0.2-1.2％和0.8-1.6％。
进一步的，所述面层中含氢聚硅氧烷的氢原子含量为0.4-0.8％；所述发泡层中含氢聚硅氧烷的氢原子含量分别为0.5-0.8％和1.2-1.5％。
由上述描述可知，含氢聚硅氧烷与乙烯基聚硅氧烷固化交联提供粘接强度，与α，ω-二羟基聚硅氧烷反应发泡，含氢原子的数量会显著影响发泡的效果和发泡层的力学性能。
进一步的，所述铂系催化剂为铂含量在300-4000ppm的铂-乙烯基硅氧烷配合物。
进一步的，所述的抑制剂为多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物中的一种或两种。
进一步的，所述抑制剂为乙炔基环己醇、甲基丁炔醇中的一种或两种。
进一步的，所述增粘剂为双(三甲氧基硅基)乙烷、甲基乙烯基硅氧烷醇、r-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种、多种或多种的水解物，多种的水解物为多种混合后混合物的水解物。
本发明提供一种上述的发泡有机硅合成革的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将面层的全部组分混合均匀，得到面层胶料；将发泡层全部组分混合均匀，得到发泡层胶料；
步骤2、将面层胶料涂覆于离型膜上，涂层厚度为1.5-4.5丝，然后于100-160℃硫化得到面层；
步骤3、将发泡层胶料涂覆于面层上，涂层厚度为3-5丝，然后贴合基层并于120-160℃硫化，使发泡层发泡，然后将离型膜玻璃，得到发泡有机硅合成革。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的有机硅合成革的制备方法，不添加有机溶剂，实现真正零VOC排放，环保安全无污染，该制备方法简单易于操作，易于推广，且设备场地成本投入少，适合工业化规模生产。采用本发明提供的制备方法得到的发泡有机硅合成革，可在有效降低有机硅组分用量的前提下获得足够的厚度和优良的性能，节省原料，降低产品生产过程中的能耗，既能满足使用要求和客户要求，又能有效节省生产成本，相较于购买相近力学性能的有机硅合成革，可降低总生产成本的10-20％。
实施例：
实施例1-4的组成见表1所示。
表1
表1中乙烯基聚硅氧烷至少有两个乙烯基直接与Si相连，且乙烯基位于链端或侧链上，铂系催化剂为铂-乙烯基硅氧烷配合物，色浆为聚二甲基硅氧烷分散的颜料。
表1中实施例1-4的发泡有机硅合成革的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将面层的全部组分(见表1)混合均匀，得到面层胶料；将发泡层全部组分(见表1)混合均匀，得到发泡层胶料；
步骤2、将面层胶料涂覆于离型膜上，然后于烘道中硫化5-8分钟(固化时间)得到面层；
步骤3、将发泡层胶料涂覆于面层上，然后贴合基层并于烘道中硫化10-15分钟(固化时间)，使发泡层发泡，然后将离型膜玻璃，得到发泡有机硅合成革。
对比例1的制备工艺与实施例4相同，配方与实施例4不同，其不同仅在于对比例1不含有α，ω-二羟基聚硅氧烷。
考察配方的变化对有机硅合成革是否发泡的性能、成本的影响。对实施例1-4和对比例1制备得到的有机硅合成革进行力学性能测试，结果见表2所示。
表2
表2中耐折牢度的测试方法参照QB/T2714-2005，柔软性能的评价方法参照CN1729301A皮革用涂料组合物、涂装方法以及涂装皮革，滑爽性能的测试方法参照FZ/T01054-2012，发泡效果的测试方法参照GB/T10799-2008，开孔和闭孔体积百分率的测定，拉伸负荷的测试方法参照GB/T38612-2020(厚度1.4mm)。克重的测试方案参照QB/T2709。
综上所述，本发明提供的发泡有机硅合成革利用化学发泡制备发泡层，发泡层泡孔大小分布均匀，形态为均匀球形，降低了有机硅的使用量进而降低了成本，同时也使得所得合成革更轻量化。面层不进行发泡处理，同时发泡层制备过程中通过使用α，ω-二羟基聚硅氧烷与含氢硅氧烷反应发泡，不添加无机发泡剂，生成产物作为合成革一部分，与其他有机硅组分相容性很好、不分层，能有效提高合成革的力学性能，在面层和发泡层同时配合使用白炭黑和硅树脂补强提高力学性能，还保证了合成革柔软和滑爽的手感。本发明提供的有机硅合成革的制备方法，不添加有机溶剂，实现真正零VOC排放，环保安全无污染，该制备方法简单易于操作，易于推广，且设备场地成本投入少，适合工业化规模生产。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种发泡有机硅合成革，其特征在于，由依次层叠设置的面层、发泡层和基层组成；
所述面层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-30份、白炭黑5-40份、含氢聚硅氧烷2-25份、铂系催化剂0.04-0.8份和抑制剂0.4-1.5份；
所述发泡层包括以下重量份的组分：乙烯基聚硅氧烷100份、乙烯基MQ硅树脂10-25份、α，ω-二羟基聚硅氧烷100-120份、羟基硅油1-5份、白炭黑5-60份、含氢聚硅氧烷5-25份、铂系催化剂0.04-0.8份、抑制剂0.4-1.5份和增粘剂1-5份；
所述乙烯基聚硅氧烷至少有两个乙烯基直接与Si相连，且乙烯基位于链端或侧链上；
所述的乙烯基MQ硅树脂的乙烯基含量为1.0-4.0％。
2.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述面层还包括色浆1-4份；所述发泡层还包括色浆1-2份。
3.根据权利要求2所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述的色浆为以聚二甲基硅氧烷分散的颜料。
4.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的羟基含量为2.0-8.0％，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为5000-50000cs。
5.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述面层中白炭黑的比表面积为150-400g/cm3；所述发泡层的白炭黑的比表面积50-300g/cm3。
6.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述面层中含氢聚硅氧烷的氢原子含量为0.2-1.2％；所述发泡层中含氢聚硅氧烷至少有2个氢原子与Si原子直接相连，且氢原子位于链端和侧链，其氢原子含量分别为0.2-1.2％和0.8-1.6％。
7.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述铂系催化剂为铂含量在300-4000ppm的铂-乙烯基硅氧烷配合物。
8.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述的抑制剂为多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的发泡有机硅合成革，其特征在于，所述增粘剂为双(三甲氧基硅基)乙烷、甲基乙烯基硅氧烷醇、r-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种、多种或多种的水解物。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的发泡有机硅合成革的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将面层的全部组分混合均匀，得到面层胶料；将发泡层全部组分混合均匀，得到发泡层胶料；
步骤2、将面层胶料涂覆于离型膜上，涂层厚度为1.5-4.5丝，然后于100-160℃硫化得到面层；
步骤3、将发泡层胶料涂覆于面层上，涂层厚度为3-5丝，然后贴合基层并于120-160℃硫化，使发泡层发泡，然后将离型膜玻璃，得到发泡有机硅合成革。
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