CN115287914A - 生物基超纤革及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物基超纤革及其加工方法，涉及超纤革的技术领域。该生物基超纤革包括生物基超细纤维无纺布层以及浸渍在其中的生物基聚氨酯。生物基超细纤维无纺布层由生物基超细纤维制成；生物基超细纤维由生物基尼龙和LDPE纺制后经过甲苯减量溶解掉LDPE后形成。生物基聚氨酯主要合成材料为异氰酸酯和多元醇；该多元醇为生物基多元醇。该生物基超纤革从工业植物中提取的原材料很好地解决了生产过程中的碳排放问题，工业植物在生长过程中吸收大量的二氧化碳，大大降低了整个超纤革生产过程中的碳排放；而且解决了无纺布和聚氨酯降解困难，污染环境的问题。该生物基超纤革适合大规模推广使用，减少环境问题。

Description

生物基超纤革及其加工方法
技术领域
本发明涉及超纤革的技术领域，尤其是涉及一种生物基超纤革及其加工方法。
背景技术
目前国内市场超纤革使用的无纺布以及聚氨酯原料来源于石油，原料不可再生，具有剧毒，废聚氨酯和无纺布降解困难，对环境有污染等缺点，使其应用受到很大的限制。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种生物基超纤革，以缓解现有超纤革原料来源于石油造成的环境污染的技术问题。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明第一方面提供了一种生物基超纤革，包括生物基超细纤维无纺布层以及浸渍在其中的生物基聚氨酯。
可选地，所述生物基超细纤维无纺布层主要由生物基超细纤维制成。
优选地，所述生物基超细纤维主要由生物基尼龙和LDPE纺制而成经过甲苯减量溶解掉LDPE后形成。
优选地，所述生物基尼龙包括PA410、PA510和PA610中的至少一种。
可选地，所述生物基聚氨酯主要合成材料为异氰酸酯和多元醇。
优选地，所述多元醇包括生物基多元醇。
本发明的第二方面提供了所述的生物基超纤革的加工方法，将生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后水浴凝固得到合成革半成品；将合成革半成品中的海组分抽离，再经水洗和后处理得到所述生物基超纤革。
可选地，所述生物基聚氨酯浆料包括生物基聚氨酯、有机溶剂、泡孔调节剂和有机硅表面活性剂。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的固含量为18％-30％。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的粘度为3000cps-40000cps。
优选地，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺。
优选地，所述泡孔调节剂包括琥珀酸酯磺酸盐和/或山梨糖醇油酸酯。
优选地，所述有机硅表面活性剂包括聚醚改性聚硅氧烷。
可选地，以生物基聚氨酯作为基料，有机溶剂的加入量为基料重量的10％-100％。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料中还包括湿法用溶剂型色浆。
优选地，所述湿法用溶剂型色浆的加入量为基料重量的1％-30％。
可选地，所述浸渍的时间为2min-10min。
优选地，生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后的PU含量为45％-60％。
可选地，使用二甲基甲酰胺的水溶液进行所述水浴凝固。
优选地，二甲基甲酰胺的水溶液的质量浓度为15％-40％。
优选地，所述水浴凝固的温度为15℃-45℃，所述水浴凝固的时间为10min-30min。
可选地，将合成革半成品浸入温度为85℃-95℃的甲苯中10min-40min进行海组分抽离。
可选地，所述后处理包括化柔和磨毛处理。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的生物基超纤革，从工业植物中提取的物质作为制备超纤革用原材料，分步制成生物基超细纤维无纺布和生物基聚氨酯，然后将生物基超细纤维无纺布和生物基聚氨酯作为制备超纤革的原材料。从工业植物中提取的原材料很好地解决了生产过程的碳排放问题，工业植物在生产过程中吸收大量的二氧化碳，大大降低了整个超纤革生产过程中的碳排放；而且解决了无纺布和聚氨酯降解困难，污染环境的问题。该生物基超纤革适合大规模推广使用，减少环境问题。
本发明提供的生物基超纤革的加工方法，工艺连续，用料环保，生产效率高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面提供了一种生物基超纤革，包括生物基超细纤维无纺布层以及浸渍在其中的生物基聚氨酯。
本发明提供的生物基超纤革，从工业植物中提取的物质作为制备超纤革用原材料，分步制成生物基超细纤维无纺布和生物基聚氨酯，然后将生物基超细纤维无纺布和生物基聚氨酯作为制备超纤革的原材料。从工业植物中提取的原材料可以很好地解决生产过程的碳排放问题，工业植物在生产过程中吸收大量的二氧化碳，大大降低了整个超纤革生产过程中的碳排放；而且解决了无纺布和聚氨酯降解困难，污染环境的问题。该生物基超纤革适合大规模推广使用，减少环境问题。
可选地，所述生物基超细纤维无纺布层由生物基超细纤维制成。
优选地，所述生物基超细纤维由生物基尼龙和LDPE纺制而成经过甲苯减量溶解掉LDPE后形成。
生物基尼龙材料是指生产尼龙所需原料(一般是二元酸、二元胺或者环内酰胺)，利用可再生的生物质资源，如葡萄糖、纤维素、植物油(包括蓖麻油、油酸与亚油酸等)，通过生物工程方法得到。生物基尼龙相对于石油基尼龙具有更长的烷基链，熔点低于生物基尼龙，在加工过程中温度低，能耗小。更长的烷基链使得生物基尼龙吸水率更低，冲击强度比石油基是能高出很多，具有更好的韧性。
LDPE是低密度聚乙烯，是聚乙烯树脂中最轻的品种；PA是指尼龙。
优选地，所述生物基尼龙包括PA410、PA510和PA610中的至少一种。
可选地，所述生物基聚氨酯主要合成材料为异氰酸酯和多元醇。
优选地，所述多元醇包括生物基多元醇。
在本发明的一些实施方式中，生物基多元醇典型但不限于以桐油为原料合成的桐油酸酐酯多元醇、二聚酸聚酯多元醇、大豆油基多元醇或小桐子油生物基多元醇。
本发明的第二方面提供了所述的生物基超纤革的加工方法，将生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后水浴凝固得到合成革半成品；将合成革半成品中的海组分抽离，再经水洗和后处理得到所述生物基超纤革。
本发明提供的生物基超纤革的加工方法，工艺连续，用料环保，生产效率高，适合工业化生产。
在本发明的一些实施方式中，生物基超细纤维以生物基尼龙为岛组分、以LDPE为海组分，生物基尼龙与LDPE的质量比为45-65:55-35，色母粒添加量为总质量的0-30％，纺丝温度260℃-300℃，牵伸比2.5％-3.2％，纤维纤度5旦-10旦。
选用上述不定岛海岛纤维，经开松、梳理、铺网、预刺机预刺和针刺机针刺，制成非织造布；非织造布的制作主要工艺参数为：预刺密度为400-600刺/m2，针刺密度为1000-2000刺/m2，铺网层数为10-30层，铺网宽度3400-4000cm，平均克重350-800g/cm2，车速1.5-3.0m/min；非织造布的表观密度为0.2-0.3g/cm3。在110℃-140℃的温度条件下，将制作好的非织造布进行热定型，得到生物基超细纤维无纺布。
可选地，所述生物基聚氨酯浆料包括生物基聚氨酯、有机溶剂、泡孔调节剂和有机硅表面活性剂。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的固含量为18％-30％。
生物基聚氨酯浆料的固含量低于18％时，进入无纺布的聚氨酯过少，造成生物基超纤革成品手感空软、折纹粗，物性指标偏低；生物基聚氨酯浆料的固含量高于30％时，聚氨酯浆料的浸渍困难，聚氨酯在无纺布基材中分布不均匀，影响超纤革成品的折纹和手感的均一性。在本发明的一些实施方式中，生物基聚氨酯浆料的固含量典型但不限于18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的粘度为3000cps-40000cps。
生物基聚氨酯浆料的粘度低于3000cps时，因为粘度过低，造成聚氨酯浆料在无纺布基材中发生沉降，聚氨酯在基材中分布出现上下层不一致的问题，影响成品的折纹效果和手感；生物基聚氨酯浆料的粘度高于40000cps时，聚氨酯浆料的浸渍困难，聚氨酯在无纺布基材中分布不均匀，影响超纤革成品的折纹和手感的均一性。在本发明的一些实施方式中，生物基聚氨酯浆料的粘度典型但不限于3000cps、5000cps、8000cps、10000cps、20000cps、30000cps或40000cps。
优选地，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺，简称为DMF。
优选地，所述泡孔调节剂包括琥珀酸酯磺酸盐和/或山梨糖醇油酸酯。
优选地，所述有机硅表面活性剂包括聚醚改性聚硅氧烷。
优选地，所述泡孔调节剂的添加量为生物基聚氨酯浆料的0.5％-3％。
泡孔调节剂的作用，是平衡水在整个凝固体系的渗透和扩散，从而调节聚氨酯的凝固过程，形成均匀致密的泡孔结构。
有机硅表面活性剂具有较高的表面活性和良好的亲水亲油平衡性，能降低聚氨酯浆料对纤维的粘结与包覆作用，提高产品的柔软度。
可选地，以生物基聚氨酯作为基料，有机溶剂的加入量为基料重量的10％-100％。通过加入有机溶剂调节生物基聚氨酯浆料的粘度和固含量。在本发明的一些实施方式中，有机溶剂的加入量典型但不限于为基料重量的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。
优选地，所述生物基聚氨酯浆料中还包括湿法用溶剂型色浆。
优选地，所述湿法用溶剂型色浆的加入量为基料重量的1％-30％。
在本发明的一些实施方式中，湿法用溶剂型色浆的加入量典型但不限于为基料重量的1％、3％、5％、10％、20％或30％。
可选地，所述浸渍的时间为2min-10min，保证生物基聚氨酯浆料充分均匀渗透至生物基超细纤维无纺布内部。
优选地，生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后的PU含量为45％-60％。
浸渍后的PU含量低于45％时，因为聚氨酯的含量少，成品超纤革的肉感和折纹都会变差；浸渍后的PU含量高于60％时，因为树脂含量过高，对无纺布基材的浸渍造成一定困难，同时因为聚氨酯含量过高造成成品超纤革的塑胶感增强。在本发明的一些实施方式中，浸渍后的PU含量典型但不限于45％、50％、55％、60％或65％。
可选地，使用二甲基甲酰胺的水溶液进行所述水浴凝固，使生物基聚氨酯凝固并形成孔泡。
优选地，二甲基甲酰胺的水溶液的质量浓度为15％-40％。
优选地，所述水浴凝固的温度为15℃-45℃，所述水浴凝固的时间为10min-30min。
在本发明的一些实施方式中，还包括在水浴凝固后的水洗过程，除去基布中残留的DMF和助剂，防止对后续加工过程中造成影响。DMF如果不清洗干净，在后面加工过程中将使聚氨酯局部溶解，产生“熔斑”现象，破坏已经形成的微孔结构。助剂清洗不净会造成革体手感变化。
可选地，将合成革半成品浸入温度为85℃-95℃的甲苯中10min-40min进行海组分抽离，该过程也称为减量过程，减量过程的压力为1MPa-3MPa，减量后合成革半成品内聚乙烯残留量＜0.8％。
甲苯浸渍后的合成革半成品以轧辊反复挤压，使海岛纤维中的海成分LDPE溶解分离，海岛纤维中的岛成分开纤成为超细纤维，去除生物基超细纤维中的聚乙烯。
可选地，所述后处理包括化柔和磨毛处理。
在本发明的一些实施方式中，后处理中的化柔和磨毛处理不限定次序，可以先化柔后磨毛，也可以先磨毛后化柔。
下面通过具体的实施例和对比例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。本发明中实施例和对比例中所用原料，未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种生物基超纤革，通过下述步骤得到：
1、以PA510/LDPE质量比为55:45为原料，纺制粗细为7旦的生物基海岛型不定岛纤维。使用上述生物基海岛型不定岛纤维，制成克重为460g/m2的无纺布，热定型后厚度为1.6mm。
2、配置生物基聚氨酯浆料：生物基聚氨酯(XCW-8030HT-35G2，旭川化学(苏州)有限公司生产)中生物基含量为35％，100％模量为3MPa；加入生物基聚氨酯质量的30％的DMF；再加入上述浆料质量0.5％的泡孔调节剂(烟台福松化工有限公司生产的TMF-11)、上述浆料质量0.5％的有机硅表面活性剂(可选上海鑫妙纺织助剂有限公司生产的产品10#)。
生物基聚氨酯浆料的固含量为20％，粘度为15000cps。
3、将步骤1得到的无纺布浸渍在步骤2的生物基聚氨酯浆料中5分钟，捞出送入浓度为20％、温度为30℃的DMF水溶液中，凝固时间20分钟。然后进行充分水洗得到合成革半成品，检测PU含量为55％。
4、将合成革半成品送入温度为90℃的甲苯中，通过轧辊不断挤压，将海岛纤维中的LDPE充分溶解，然后用热水充分洗涤，除去残留甲苯，得到生物基超纤革坯布。
5、对上述生物基超纤革坯布进行化柔、烘干、揉皮处理，得到生物基超纤革。
实施例2
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，生物基聚氨酯浆料的固含量为18％，粘度为3000cps，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，生物基聚氨酯浆料的固含量为30％，粘度为40000cps，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，浸渍的时间为2min，浸渍后的PU含量为45％，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例5
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，浸渍的时间为10min，浸渍后的PU含量为60％，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例6
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，DMF水溶液的浓度为40％，水浴凝固的温度为45℃，凝固时间为10min，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例7
本实施例提供一种生物基超纤革，与实施例1不同的是，DMF水溶液的浓度为15％，水浴凝固的温度为15℃，凝固时间为30min，其余步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例1
本对比例提供一种超纤革，与实施例1不同的是，步骤1中使用PA6替换PA510，聚氨酯浆料中使用的规格为XCW-8030，100％模量为3MPa，生产商为旭川化学(苏州)有限公司；其余步骤和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
本对比例提供一种超纤革，与实施例1不同的是，步骤1中使用PA6替换PA510，其余步骤和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例3
本对比例提供一种超纤革，与实施例1不同的是，步骤2中聚氨酯浆料中使用聚氨酯，聚氨酯的规格为XCW-8030，100％模量为3MPa，生产商为旭川化学(苏州)有限公司；其余步骤和方法均与实施例1相同，在此不再赘述。
试验例1
对实施例1-7和对比例1-3得到的超纤革，进行性能测试。
厚度按QB/T3812.4-1999的规定进行测定，断裂强力、断裂伸长率、撕裂强力测试根据QB/T 3812.5-1999的规定进行测定，剥离强度根据GB/T8949-1995的规定进行测定。
测试得到的数据如表1所示。
表1超纤革性能数据表
Figure BDA0003842490430000101
从表1可以看出，使用生物基纤维和生物基树脂，生产的生物基超纤革，对比常规的超纤革，物性指标方面相近，未见明显的降低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种生物基超纤革，其特征在于，包括生物基超细纤维无纺布层以及浸渍在其中的生物基聚氨酯。
2.根据权利要求1所述的生物基超纤革，其特征在于，所述生物基超细纤维无纺布层主要由生物基超细纤维制成；
优选地，所述生物基超细纤维主要由生物基尼龙和LDPE纺制经过甲苯减量溶解掉LDPE后形成；
优选地，所述生物基尼龙包括PA410、PA510和PA610中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物基超纤革，其特征在于，所述生物基聚氨酯主要合成材料为异氰酸酯和多元醇；
优选地，所述多元醇包括生物基多元醇。
4.一种权利要求1-3任一项所述的生物基超纤革的加工方法，其特征在于，将生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后水浴凝固得到合成革半成品；将合成革半成品中的海组分抽离，再经水洗和后处理得到所述生物基超纤革。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述生物基聚氨酯浆料包括生物基聚氨酯、有机溶剂、泡孔调节剂和有机硅表面活性剂；
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的固含量为18％-30％；
优选地，所述生物基聚氨酯浆料的粘度为3000cps-40000cps；
优选地，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺；
优选地，所述泡孔调节剂包括琥珀酸酯磺酸盐和/或山梨糖醇油酸酯；
优选地，所述有机硅表面活性剂包括聚醚改性聚硅氧烷。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，以生物基聚氨酯作为基料，有机溶剂的加入量为基料重量的10％-100％；
优选地，所述生物基聚氨酯浆料中还包括湿法用溶剂型色浆；
优选地，所述湿法用溶剂型色浆的加入量为基料重量的1％-30％。
7.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述浸渍的时间为2min-10min；
优选地，生物基超细纤维无纺布在生物基聚氨酯浆料中浸渍后的PU含量为45％-60％。
8.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，使用二甲基甲酰胺的水溶液进行所述水浴凝固；
优选地，二甲基甲酰胺的水溶液的质量浓度为15％-40％；
优选地，所述水浴凝固的温度为15℃-45℃，所述水浴凝固的时间为10min-30min。
9.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，将合成革半成品浸入温度为85℃-95℃的甲苯中10min-40min进行海组分抽离。
10.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述后处理包括化柔和磨毛处理。
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