CN114274642A - 一种热塑性聚氨酯面料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性聚氨酯面料及其制备方法和应用，所述热塑性聚氨酯面料包括依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层；所述聚氨酯基层的制备原料按照重量份数包括如下组分：二异氰酸酯50‑60份，二元醇70‑100份，扩链剂1‑5份，催化剂1‑3份，含氢硅油3‑5份；所述二元醇包括质量比为(2‑3):1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇。本发明所述热塑性聚氨酯兼具优异的透气性和防水性，同时还具有一定的抗紫外线能力。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域，尤其涉及一种热塑性聚氨酯面料及其制备方法和应用。
背景技术
热塑性聚氨酯面料中防水性和透气性是两项关键的性能，目前有很多方式进行改进，例如从面料的材质出发，或者从面料的结构出发。
CN110373917A公开了一种防水透气型面料，其公开的防水透气型面料包括石墨烯聚氨酯复合薄膜层和面料基层，面料基层由经纱和纬纱纺织而成。本发明中，通过将石墨烯聚氨酯复合薄膜层涂覆在面料基层，聚氨酯薄膜层本身就具有微孔型薄膜膜孔，且微孔型薄膜膜孔的直径为10μm-50μm，使得水蒸气可以通过而水滴无法通过，达到防水透气的效果，将聚氨酯与石墨烯纳米复合制备获得石墨烯聚氨酯复合薄膜层保留原有的微孔型薄膜膜孔，当温度升高时，微布朗运动十分活跃分子间距增大，石墨烯聚氨酯复合薄膜层表面的微孔型薄膜膜孔增大，增强透气性同时还会保证水滴不会穿过，温度降低时，石墨烯聚氨酯复合薄膜层表面的微孔型薄膜膜孔缩小，提高了保温效果。
CN203611515U公开了一种复合面料，其公开的复合面料包括外层泼水面料、第一溶胶层、第二溶胶层、内层保暖面料及透气透湿膜；所述外层泼水面料通过第一溶胶层与透气透湿膜连接在一起；所述透气透湿膜通过第二溶胶层与内层保暖面料连接在一起；其公开的复合面料在外层泼水层面料与内容保暖面料之间增加TPU透气透湿膜，利用TPU聚氨酯本身的亲水因子实现透气透湿功能，更抗菌环保；且TPU透气透湿膜也具有防水功能，通过外层的泼水面料进行泼水，TPU透气透湿膜进行防水，更好地实现的防水效果；同时在内层增加保暖面料，在防水的同时进行保暖，使人体感觉更舒适。
目前，开发更多种兼具透气性和防水性的热塑性聚氨酯面料至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热塑性聚氨酯面料及其制备方法和应用，所述热塑性聚氨酯面料兼具优异的透气性和防水性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种热塑性聚氨酯面料，所述热塑性聚氨酯面料包括依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层；
所述聚氨酯基层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
所述二元醇包括质量比为(2-3):1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇，其中，2-3可以为2.2、2.4、2.6、2.8等。
本发明中，所述热塑性聚氨酯面料包括依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层；其中，聚氨酯基层的制备原料中，加入含氢硅油，与聚氨酯相容性好，还能交联成膜，提升聚氨酯基层的防水性，与表面的防水层共同提升面料的防水性；特定质量配比的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇，二者彼此配合，进一步形成的聚氨酯基层兼具力学性能、防水性和一定的透气性，所述聚氨酯基层与透气层和防水层进一步配合，提升面料的综合性能。
本发明中，所述二异氰酸酯的重量份数为50-60份，例如52份、54份、56份、58份等。
所述二元醇的重量份数为70-100份，例如75份、80份、85份、90份、95份等。
所述扩链剂的重量份数为1-5份，例如2份、3份、4份等。
所述催化剂的重量份数为1-3份，例如1.5份、2份、2.5份等。
所述含氢硅油的重量份数为3-5份，例如3.5份、4份、4.5份等。
优选地，所述含氢硅油的数均分子量为1500-3500g/mol，例如2000g/mol、2500g/mol、3000g/mol等。
本发明中，选择特定数均分子量范围内的含氢硅油，聚氨酯基层的体系中相容性较好，方便后续加工和改性。
优选地，所述二异氰酸酯包括对苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯或L-赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：对苯二异氰酸酯和萘二异氰酸酯的组合，萘二异氰酸酯和L-赖氨酸二异氰酸酯的组合，对苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯和L-赖氨酸二异氰酸酯的组合等。
优选地，所述扩链剂包括二乙醇胺、1,4-环己醇、α-甘油烯丙基醚或乙二醇中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：二乙醇胺和1,4-环己醇的组合，1,4-环己醇、α-甘油烯丙基醚和乙二醇的组合，二乙醇胺、1,4-环己醇、α-甘油烯丙基醚和乙二醇的组合等。
优选地，所述催化剂包括三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡或1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：三亚乙基二胺和二月桂酸二丁基锡的组合，二月桂酸二丁基锡和1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷的组合，三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡和1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷的组合等。
优选地，所述聚氨酯基层的制备原料还包括防老剂、阻燃剂、偶联剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：防老剂和阻燃剂的组合，阻燃剂、偶联剂和消泡剂的组合，防老剂、阻燃剂、偶联剂和消泡剂的组合等。
优选地，所述防老剂包括4,4'-二氨基二苯甲烷、2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶或苯基对苯二胺中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：4,4'-二氨基二苯甲烷和2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶的组合，2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶和苯基对苯二胺的组合，4,4'-二氨基二苯甲烷、2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶和苯基对苯二胺的组合等。
优选地，所述阻燃剂包括[[双(2-羟乙基)氨基]甲基]膦酸二乙酯、聚合三嗪类无卤阻燃剂或磷酸三苯酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：[[双(2-羟乙基)氨基]甲基]膦酸二乙酯和聚合三嗪类无卤阻燃剂的组合，聚合三嗪类无卤阻燃剂和磷酸三苯酯的组合，[[双(2-羟乙基)氨基]甲基]膦酸二乙酯、聚合三嗪类无卤阻燃剂和磷酸三苯酯的组合等。
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂。
优选地，所述防老剂的重量份数为2-6份，例如3份、4份、5份等。
优选地，所述阻燃剂的重量份数为5-8份，例如5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份等。
优选地，所述偶联剂的重量份数为1-7份，例如2份、3份、4份、5份、6份等。
优选地，所述消泡剂的重量份数为3-10份，例如4份、5份、6份、7份、8份、9份等。
优选地，所述透气层包括聚丙烯纤维和竹炭纤维的组合。
优选地，所述聚丙烯纤维和竹炭纤维的质量比为100:(5-10)，其中，5-10可以为6、7、8、9等。
优选地，所述防水层包括聚氨酯、丙烯酸酯类化合物和磷酸锆胺的组合。
优选地，以所述聚氨酯的总质量为100份计，所述丙烯酸酯类化合物的重量份数为20-30份，例如22份、24份、26份、28份等。
优选地，以所述聚氨酯的总质量为100份计，所述磷酸锆胺的重量份数为5-10份，例如6份、7份、8份、9份等。
优选地，所述防水层还包括紫外吸收剂。紫外吸收剂的加入提升了面料的抗紫外线性能，且不影响其他性能。
优选地，所述紫外吸收剂包括2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮、紫外线吸收剂326或紫外线吸收剂UV-P中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮和紫外线吸收剂326的组合，紫外线吸收剂326和紫外线吸收剂UV-P的组合，2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮、紫外线吸收剂326和紫外线吸收剂UV-P的组合等。
优选地，所述聚氨酯基层的厚度为0.05-0.2mm，例如0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm、0.18mm等。
优选地，所述透气层的厚度为0.03-0.08mm，例如0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm等。
优选地，所述防水层的厚度为0.01-0.05mm，例如0.15mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm等。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的热塑性聚氨酯面料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，聚合，加工，得到聚氨酯基层；
(2)将透气层和防水层依次层叠设置于所述聚氨酯基层上，得到热塑性聚氨酯面料。
优选地，步骤(1)中，所述聚合的温度为80-130℃，例如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃等。
优选地，所述聚合的时间为4-8h，例如5℃、6℃、7℃等。
优选地，所述聚合后还包括将所得产物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂混合，混合后再进行加工；
优选地，所述加工的方式包括流延法或压延法。
第三方面，本发明提供一种第一方面所述的热塑性聚氨酯面料在手套、鞋帽或床垫中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述热塑性聚氨酯面料的透气率在0.48cm3/cm2/s以上，透湿度在15230g/cm2·24h以下，本发明所述热塑性聚氨酯兼具优异的透气性和防水性，同时还具有一定的抗紫外线能力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种热塑性聚氨酯面料，所述热塑性聚氨酯面料由依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层组成；
聚氨酯基层，厚度为0.1mm，制备原料如下：
二元醇：质量比为2.5:1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇，聚氧化丙烯二元醇购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号为81380-1L；硅氧烷二元醇为1,1,3,3-四甲基-1,3-二硅氧烷二醇；
含氢硅油：购于上海易恩化学技术有限公司；
偶联剂：购于湖北实顺生物科技有限公司，货号为98358-37-3。
透气层，厚度为0.05mm，制备原料如下：
聚丙烯纤维，100重量份，购于武汉富鑫远科技有限公司；
竹炭纤维，5-10重量份，购于巩义市多佳净水材料有限公司，名称为新竹纤维球。
防水层，厚度为0.03mm，制备原料如下：
聚氨酯，100份，源自聚氨酯基层制备中的聚氨酯预聚物；
甲基丙烯酸酯，25份；
磷酸锆胺，8份。
所述热塑性聚氨酯面料的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，然后将反应物料在80℃反应2h后，再依次升温至100℃、120℃和130℃分别反应1h、2h和1h，得到聚氨酯预聚物；
再将聚氨酯预聚物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂混合，混合后的物料进行压延，得到聚氨酯基层；
(2)将配方量的聚丙烯纤维和竹炭纤维混合熔融，压延至聚氨酯基层上，得到透气层；
(3)将配方量的聚氨酯、甲基丙烯酸酯和磷酸锆胺混合，压延至透气层上，得到防水层，形成所述热塑性聚氨酯面料。
实施例2
本实施例提供一种热塑性聚氨酯面料，所述热塑性聚氨酯面料由依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层组成；
聚氨酯基层，厚度为0.2mm，制备原料如下：
二元醇：质量比为2:1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇，聚氧化丙烯二元醇购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号为81380-1L；硅氧烷二元醇为1,1,3,3-四甲基-1,3-二硅氧烷二醇；
含氢硅油：购于上海易恩化学技术有限公司；
聚合三嗪类无卤阻燃剂：购于武汉欣欣佳丽生物科技有限公司；
偶联剂：购于湖北实顺生物科技有限公司，货号为98358-37-3。
透气层，厚度为0.03mm，制备原料如下：
聚丙烯纤维，100重量份，购于武汉富鑫远科技有限公司；
竹炭纤维，5重量份，购于巩义市多佳净水材料有限公司，名称为新竹纤维球。
防水层，厚度为0.05mm，制备原料如下：
聚氨酯，100份，源自聚氨酯基层制备中的聚氨酯预聚物；
甲基丙烯酸酯，20份；
磷酸锆胺，10份。
所述热塑性聚氨酯面料的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，然后将反应物料在80℃反应2h后，再依次升温至100℃、120℃和130℃分别反应1h、2h和1h，得到聚氨酯预聚物；
再将聚氨酯预聚物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂混合，混合后的物料进行压延，得到聚氨酯基层；
(2)将配方量的聚丙烯纤维和竹炭纤维混合熔融，压延至聚氨酯基层上，得到透气层；
(3)将配方量的聚氨酯、甲基丙烯酸酯和磷酸锆胺混合，压延至透气层上，得到防水层，形成所述热塑性聚氨酯面料。
实施例3
本实施例提供一种热塑性聚氨酯面料，所述热塑性聚氨酯面料由依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层组成；
聚氨酯基层，厚度为0.05mm，制备原料如下：
二元醇：质量比为3:1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇，聚氧化丙烯二元醇购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，货号为81380-1L；硅氧烷二元醇为1,1,3,3-四甲基-1,3-二硅氧烷二醇；
含氢硅油：购于上海易恩化学技术有限公司；
偶联剂：购于湖北实顺生物科技有限公司，货号为98358-37-3。
透气层，厚度为0.08mm，制备原料如下：
聚丙烯纤维，100重量份，购于武汉富鑫远科技有限公司；
竹炭纤维，10重量份，购于巩义市多佳净水材料有限公司，名称为新竹纤维球。
防水层，厚度为0.01mm，制备原料如下：
聚氨酯，100份，源自聚氨酯基层制备中的聚氨酯预聚物；
甲基丙烯酸酯，30份；
磷酸锆胺，5份。
所述热塑性聚氨酯面料的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，然后将反应物料在80℃反应2h后，再依次升温至100℃、120℃和130℃分别反应1h、2h和1h，得到聚氨酯预聚物；
再将聚氨酯预聚物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂混合，混合后的物料进行压延，得到聚氨酯基层；
(2)将配方量的聚丙烯纤维和竹炭纤维混合熔融，压延至聚氨酯基层上，得到透气层；
(3)将配方量的聚氨酯、甲基丙烯酸酯和磷酸锆胺混合，压延至透气层上，得到防水层，形成所述热塑性聚氨酯面料。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于将透气层中的竹炭纤维替换为等质量的木质纤维素(购于湖北万业医药有限公司)，其余均与实施例1相同。
实施例5-6
实施例5-6与实施例1的区别在于所述聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇的质量比分别为2:1(实施例5)和3:1(实施例6)，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于将实施例1中聚氨酯基层、透气层和防水层的制备原料混合制备热塑性聚氨酯面料，厚度为0.18mm。
所述热塑性聚氨酯面料的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，然后将反应物料在80℃反应2h后，再依次升温至100℃、120℃和130℃分别反应1h、2h和1h，得到聚氨酯预聚物；
(2)将聚氨酯预聚物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂、聚丙烯纤维、竹炭纤维、聚氨酯、甲基丙烯酸酯和磷酸锆胺混合，混合后的物料进行压延，得到热塑性聚氨酯面料。
对比例2
本对比例实施例1的区别在于不含有含氢硅油，其余均与实施例1相同。
对比例3-4
对比例3-4与实施例1的区别在于所述聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇的质量比分别为1:1(对比例3)和4:1(对比例4)，其余均与实施例1相同。
性能测试
将实施例1-6和对比例1-4所述热塑性聚氨酯面料进行如下测试：
(1)透气率：按照GB/T5453-1997的标准测试；
(2)防水性：按照GB/T 12704.1-2009的标准测试。
测试结果汇总于表1中。
表1
| 透气率(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>/s) | 透湿度(g/cm<sup>2</sup>·24h) | |
| 实施例1 | 0.53 | 14980 |
| 实施例2 | 0.55 | 14760 |
| 实施例3 | 0.58 | 14932 |
| 实施例4 | 0.48 | 15230 |
| 实施例5 | 0.51 | 15025 |
| 实施例6 | 0.54 | 14625 |
| 对比例1 | 0.35 | 18255 |
| 对比例2 | 0.43 | 16358 |
| 对比例3 | 0.38 | 17356 |
| 对比例4 | 0.43 | 16587 |
分析表1数据可知，本发明所述热塑性聚氨酯面料的透气率在0.48cm3/cm2/s以上，透湿度在15230g/cm2·24h以下，本发明所述热塑性聚氨酯兼具优异的透气性和防水性。
分析对比例1与实施例1，对比例1性能不如实施例1，证明本发明所述结构的热塑性聚氨酯面料性能更佳。
分析对比例2与实施例1可知，对比例2性能不如实施例1，证明添加有含氢硅油的热塑性聚氨酯面料性能更佳。
分析对比例3-4与实施例5-6可知，对比例3-4性能不如实施例5-6，证明聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇的质量比在(2-3):1范围内形成的热塑性聚氨酯面料性能更佳。
分析实施例4与实施例1可知，实施例4性能不如实施例1，证明透气层中选择竹炭纤维形成的热塑性聚氨酯面料性能更佳。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述热塑性聚氨酯面料包括依次层叠设置的聚氨酯基层、透气层和防水层；
所述聚氨酯基层的制备原料按照重量份数包括如下组分：
所述二元醇包括质量比为(2-3):1的聚氧化丙烯二元醇和硅氧烷二元醇。
2.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述含氢硅油的数均分子量为1500-3500g/mol；
优选地，所述二异氰酸酯包括对苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯或L-赖氨酸二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述扩链剂包括二乙醇胺、1,4-环己醇、α-甘油烯丙基醚或乙二醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述催化剂包括三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡或1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述聚氨酯基层的制备原料还包括防老剂、阻燃剂、偶联剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述防老剂包括4,4'-二氨基二苯甲烷、2,7-二溴-9,9-二甲基吖啶或苯基对苯二胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述阻燃剂包括[[双(2-羟乙基)氨基]甲基]膦酸二乙酯、聚合三嗪类无卤阻燃剂或磷酸三苯酯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述防老剂的重量份数为2-6份；
优选地，所述阻燃剂的重量份数为5-8份；
优选地，所述偶联剂的重量份数为1-7份；
优选地，所述消泡剂的重量份数为3-10份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述透气层包括聚丙烯纤维和竹炭纤维的组合；
优选地，所述聚丙烯纤维和竹炭纤维的质量比为100:(5-10)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述防水层包括聚氨酯、丙烯酸酯类化合物和磷酸锆胺的组合；
优选地，以所述聚氨酯的总质量为100份计，所述丙烯酸酯类化合物的重量份数为20-30份；
优选地，以所述聚氨酯的总质量为100份计，所述磷酸锆胺的重量份数为5-10份；
优选地，所述防水层还包括紫外吸收剂；
优选地，所述紫外吸收剂包括2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮、紫外线吸收剂326或紫外线吸收剂UV-P中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的热塑性聚氨酯面料，其特征在于，所述聚氨酯基层的厚度为0.05-0.2mm；
优选地，所述透气层的厚度为0.03-0.08mm；
优选地，所述防水层的厚度为0.01-0.05mm。
8.一种权利要求1-7任一项所述的热塑性聚氨酯面料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的二异氰酸酯、二元醇、扩链剂、催化剂和含氢硅油混合，聚合，加工，得到聚氨酯基层；
(2)将透气层和防水层依次层叠设置于所述聚氨酯基层上，得到热塑性聚氨酯面料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合的温度为80-130℃；
优选地，所述聚合的时间为4-8h；
优选地，所述聚合后还包括将所得产物与防老剂、阻燃剂、偶联剂、消泡剂混合，混合后再进行加工；
优选地，所述加工的方式包括流延法或压延法。
10.一种权利要求1-7任一项所述的热塑性聚氨酯面料在手套、鞋帽或床垫中的应用。
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