中國是一個巨大的市場，已聚焦了全世界的目光。中國制造業(yè)快速增長，已成為中國國民經(jīng)濟(jì)增長的主要源泉。水性聚氨酯可“裁剪”普適性高及物理性能優(yōu)異，成功地應(yīng)用于皮革加工、輕紡、紙張等軟基材的加工與修飾。水性聚氨酯應(yīng)用范圍越來越廣，在加工品尤其是柔性基材的修飾方面，要求既有很好的美學(xué)感觀和手感，又有各種優(yōu)良的物化性能。目前水性技術(shù)的應(yīng)用有一定難度，隨著水性技術(shù)的推廣及其發(fā)展，希望利用我們掌握的有關(guān)水性技術(shù)方面的基本理論和基礎(chǔ)知識，借助人們近年來在此方面的豐富經(jīng)驗，總結(jié)出水性技術(shù)的配方設(shè)計原則、要點(diǎn)和思路，以便幫助工藝技術(shù)人員在設(shè)計調(diào)整配方時，利用最短的時間盡快選擇綜合性能好的水性樹脂﹑ 顏填料與助劑。

1 近年我國柔性材料商品市場發(fā)展概況

      中國皮革資源、生產(chǎn)量和出口貿(mào)易額都位居全球前列。在 2010 年，中國皮革生產(chǎn)量達(dá)到 7.5 億，主要供應(yīng)國際市場(70%出口)。2011 年以來，我國皮革業(yè)呈現(xiàn)增速放緩的發(fā)展態(tài)勢，全球經(jīng)濟(jì)疲軟但買家仍看好中國皮革市場潛力。天然皮革涂裝市場大概 70%由水性產(chǎn)品占據(jù)，應(yīng)用已較成熟。但生態(tài)環(huán)保、時尚設(shè)計、新技術(shù)、市場等幾個方面仍是我國目前皮革業(yè)的軟肋，也是我國從皮革大國向皮革強(qiáng)國邁進(jìn)的關(guān)鍵所在。

      中國的合成革產(chǎn)能占到全世界聚氨酯合成革產(chǎn)能的90%以上，而傳統(tǒng)溶劑性合成革的生產(chǎn)廠家也給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)帶來了巨大負(fù)擔(dān)。積極發(fā)展水性和高固 PU(100%)漿料是當(dāng)前的熱點(diǎn)課題。水性聚氨酯如大量應(yīng)用于合成革行業(yè)，目前遇到兩大瓶頸：①難以替代濕法微泡貝斯，(尤其是超纖減量法貝斯)；②干法大機(jī)生產(chǎn)效率低，水性聚氨酯的性價比以及產(chǎn)品穩(wěn)定性問題，眾多合成革企業(yè)還在徘徊，期待高物性-低成本的水性聚氨酯配套產(chǎn)品。故需要在 水性聚氨酯產(chǎn)品配方、工藝、設(shè)備等方面做系統(tǒng)的工作，加強(qiáng)向終端用戶提供技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)支持以推動水性聚氨酯在合成革行業(yè)中的應(yīng)用。

      我國現(xiàn)已成為加工大國，柔性材料方面如皮革及皮革制品的出口貿(mào)易量和貿(mào)易額世界第一；紡織品居世界前列；包裝印刷居世界前列；勞保用品、戶外帳篷居世界前列?，F(xiàn)今，我國發(fā)展的目標(biāo)是要走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源得到充分利用和發(fā)揮的新型工業(yè)化道路?？傮w上，國家的政策扶持決定了新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向與發(fā)展速度。隨著國家陸續(xù)出臺相關(guān)支持政策，各種新材料將在“十二五”期間有快速的發(fā)展。符合這一發(fā)展的水性聚氨酯水性技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)會得以廣泛應(yīng)用。

2 軟質(zhì)基材對 PUD 水性技術(shù)的要求

      (1)水性聚氨酯樹脂成膜的低 Tg 是配方設(shè)計考慮的首要問題，應(yīng)多考慮“低溫柔順”、“軟不粘”、相對彈性好及軟硬段微相分離的聚合物；

      (2)“水性樹脂水不溶”，樹脂應(yīng)用到產(chǎn)品后對水不敏感，配方設(shè)計時要考慮自(內(nèi))交聯(lián)結(jié)合后(外)交聯(lián)；(3) 水性樹脂不應(yīng)含有害物(OP、DEG、DMF、NMP 等)或易揮發(fā)有機(jī)化合物(VOC)，對人體和生態(tài)環(huán)境無危害。樹脂本身的彈性不應(yīng)借助于外增塑，避免修飾層的時效性而產(chǎn)生裂紋，或應(yīng)力遷移引起的裂紋，防止軟質(zhì)材料(如 PVC)中的增塑劑被溶出；通過水性聚氨酯的品質(zhì)，通過人文環(huán)境的改善和調(diào)整，使軟質(zhì)材料產(chǎn)品的附加值更高，更易受到市場接受。

3 PUD 水性技術(shù)對軟質(zhì)基材應(yīng)用配方設(shè)計的一般原則

3.1 成膜樹脂選擇

      成膜樹脂在涂料里被稱為基料，實際起到膠粘劑的作用，把各組分粘結(jié)在一起。在選擇時，首先要考慮樹脂的化學(xué)成分、物理性能(模量、伸長率等)、應(yīng)用性(固含量、黏度、pH 值等)、功能及價格條件等。

3.2 助劑和顏填料

      顏料：無機(jī)的遮蓋好，密度大，易沉淀。有機(jī)的色艷，難分散。

      助劑：品種多，針對性強(qiáng)，如分散劑、潤濕劑、消泡劑、手感劑、流平劑、增稠劑等。

3.3 配方目標(biāo)和目的

      例如，皮革涂飾劑(噴涂時)分層涂飾，其作用要求各不相同：底層是整個涂層的基礎(chǔ)，主要作用是封“底”、粘接、固定色料；中層涂飾是均勻顏色，確定成革色澤、光澤，形成具有所需堅牢度及機(jī)械強(qiáng)度的涂層，起到承上啟下的作用；頂(面)層的基本作用是保護(hù)涂飾層，賦予革面需要的光澤、手感及功能性。在合成革(滾涂)轉(zhuǎn)移膜時底面作用正好相反。根據(jù)配方目的從底至面選擇軟硬過渡的涂飾配方，保證軟基底層的粘結(jié)牢度和耐性優(yōu)異的表面。

3.4 工藝和設(shè)備條件

      設(shè)計配方要適應(yīng)工藝，既不能成膜太快，又要考慮干燥速度慢的問題，梯度升溫干燥的熱空氣，紅外、UV 等設(shè)備條件也可用來提高生產(chǎn)效率，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的施工要求，進(jìn)一步擴(kuò)大 PUD 的應(yīng)用市場。

3.5 成本和競爭因素

      成本因素：包括原材料的成本，生產(chǎn)成本，貯存和運(yùn)輸成本，銷售成本等。

      競爭力因素：明確本公司所設(shè)計的配方產(chǎn)品是市場全新產(chǎn)品還是其他公司已有的類似產(chǎn)品。在產(chǎn)品的配方設(shè)計中，常常涉及原材料更換、降低成本、產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品開發(fā)、新的原材料利用、新技術(shù)等問題，利用最低的成本研究開發(fā)出性能最能滿足要求的適用產(chǎn)品是配方設(shè)計的基本原則。

3.6 水性技術(shù)配方特點(diǎn)

(1) 表面張力和潤濕的問題

      水表面張力約 73 mN/m，一般基材表面張力 35 mN/m，必須考慮潤濕鋪展的問題；

(2) 揮發(fā)速度的問題

      水性聚氨酯為水性體系，比熱容為 4.2 kJ/(kg·℃)，水的汽化熱為 40.8 kJ/mol，相當(dāng)于 2 260 kJ/kg 蒸發(fā)潛熱。比較DMF 的比熱為是 2.09 kJ/(kg·℃)，汽化熱為 1.87 kJ/mol，相當(dāng)于 573.2 kJ/kg 蒸發(fā)潛熱，相比之下水性體系需要更多的能量，故設(shè)計配方時要考慮“開放時間”，盡量在成膜之前釋放出水，縮短干燥時間。

(3) 水分散體流變行為控制

      溶劑型體系流動行為大多是 ICI 型，水性聚氨酯流變行為和親水基團(tuán)有關(guān)，—COO—基大多為 KU 型，—SO3—為 ICI 型，需要根據(jù)施工要求加以調(diào)整。

(4) 其他相關(guān)問題

      離子性、pH 值等區(qū)別于溶劑型樹脂。

4 PUD 水性技術(shù)在皮革中的應(yīng)用

4.1 PUD 在天然皮革業(yè)中的應(yīng)用

      水性聚氨酯涂飾劑用于天然皮革，可使革面美觀，遮蓋皮面缺陷，修正粒面瑕疵，提高皮革的使用性能，增加皮革花色品種。水性聚氨酯皮革涂飾劑在我國應(yīng)用技術(shù)已較成熟，部分產(chǎn)品水平與進(jìn)口同類型產(chǎn)品相當(dāng)，正向多功能、優(yōu)異綜合性能的高檔品發(fā)展，目前仍是國內(nèi)水性聚氨酯消費(fèi)的主要市場。

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