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聚氨酯人工皮革剥离测试中胶粘剂的选择

发布时间:2015-11-10

上海市纤维检验所


  引言


  剥离强度是聚氨酯(PU 革)人工皮革一项非常重要的物理性能指标,它直接影响着人工皮革的品质和性能。若剥离性能不好,产品在使用过程中会出现涂层面与基布分离现象,从而导致表面破裂,不仅影响产品的美观,也会严重影响产品的使用寿命。


  GB/T 8949—2008《聚氨酯干法人造革》中指出测试聚氨酯人工皮革剥离性能时,需要用适量的胶粘剂将人工皮革的涂层面与同类革涂层面粘在一起。如果胶粘剂 选择不当,不但粘合效果不理想,也会直接影响剥离性能的结果,如胶粘剂的胶接强度小于涂层与基布之间的连接强度,则无法剥离涂层面。本文从聚氨酯人工皮革 的加工工艺以及胶粘剂的粘合原理入手,对人工皮革剥离测试中胶粘剂的选择提出建议。


  1· 聚氨酯人工皮革简介


  聚氨酯人工皮革是指以人工合成方式在以织布、无纺布(不织布)等材料的基布上形成聚氨酯树脂的膜层或类似皮革的结构,外观像天然皮革的一种材料 [1]。聚氨酯人工皮革于上世纪被引入中国市场,由于其优良的性能而得到迅速发展。近年来,随着聚氨酯人工皮革性能的提高,其花色品种日益增多,在某些方 面甚至成为天然皮革的代用品而广泛应用于服装、鞋帽、汽车装饰等行业[2]。聚氨酯人工皮革按制备工艺分为湿法和干法两大类[3]。干法聚氨酯人工皮革是 把聚氨酯树脂配成具有一定固含量,先在离型纸上造膜而得表面层,再将粘合浆料涂刮于表皮层上,然后与底布贴合,经干燥熟化而成。湿法聚氨酯人造革是在起毛 绒布上浸涂聚氨酯浆料,进入液槽中凝固,再经水洗、干燥及整饰加工成具有微孔的人造革。湿法加工制得的PU 人工皮革会产生透气的微孔层,使制品具有透气性、透湿性、良好的柔软性、丰满弹性的触感,酷似天然皮革。


  2 ·胶粘剂种类及粘合原理


  胶粘剂又称粘合剂,是使物体与另一物体紧密连接为一体的非金属媒介材料,能有效地将物料粘结在一起。胶粘剂通常是由基料、固化剂、促进剂、填料、增韧剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂、防老剂、增粘剂、增稠剂等配合而成。胶粘剂属于有机高分子化合物,目前分为以下几类。


  2.1 聚氨酯胶粘剂


  聚氨酯胶粘剂[4] 是指基料中含有氨基甲酸酯基(—NHCOO—) 和/ 或异氰酸酯(—NCO—)类的胶粘剂。聚氨酯胶粘剂分子结构中因含有氨基甲酸酯基和异氰酸酯基,而具有高度的极性和反应活性。其分子式为:


  聚氨酯胶粘剂可以和各种含活泼氢的基材形成牢固的化学键合和物理键合,因而其粘接强度很高,属化学反应型胶粘剂。特别适合于金属与橡胶、橡胶与织物、金属与塑料、塑料与塑料等材料的粘接。


  聚氨酯人工皮革涂层的主要成分是聚氨酯,也含有极性很强、化学活泼性很高的异氰酸酯基和氨酯基,可以与聚氨酯胶粘剂形成牢固的化学键合和物理键 合,达到良好的粘合效果,满足试验的需要,且聚氨酯胶粘剂既可以室温固化也可以加热固化,固化属于加聚反应,没有副产物产生,不易使胶合层产生缺陷,日常 测试使用非常方便。


  2.2 氯丁橡胶胶粘剂( 简称氯丁胶)


  氯丁胶[5] 是一种被大量生产的合成橡胶化合物。氯丁胶应用范围广,具有初粘力大、粘结强度高等特点,主要用于居家及公共设施的装饰装修、木器工业、制鞋工业等产业上。


  氯丁胶分为阴离子型和非离子型两类。非离子型是氯丁二烯和甲基丙烯酸的共聚物,稳定性好,有羧基官能团。氯丁胶均以乳液聚合法生产,生产工艺流程多为单釜间歇聚合。聚合温度多控制在40℃~ 60℃,转化率则在90%左右。


  氯丁胶粘剂内聚强度高、耐热、耐油、耐老化,对聚氨酯人工皮革有较好的粘合效果。


  2.3 环氧树脂胶


  环氧树脂胶粘剂[6] 是一类由环氧树脂基料、固化剂、稀释剂、促进剂和填料配制而成的工程胶粘剂;是结构胶粘剂的重要品种。


  环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含 有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或呈环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反 应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。


  环氧树脂除了对聚烯烃等非极性塑料粘结性不好之外,对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜;非金属材料如玻璃、木材、混凝土等,以及热固性塑料如酚 醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能,因此有万能胶之称。聚氨酯人工皮革涂层中含有活泼的氨基甲酸酯基,能与环氧树脂胶形成很强的粘接力,环氧固化 物的内聚强度大,粘接强度高,能够达到聚氨酯人工皮革剥离性能测试的要求。


  2.4 有机硅胶粘剂


  有机硅胶粘剂[7] 是指以有机硅树脂或硅橡胶弹性体为基本成膜物质的一类胶粘剂。一般分为以硅树脂为基料的胶粘剂和以硅橡胶为基料的胶粘剂两大类。有机硅性能特殊、适应性强,素有“万能”用途之美誉。


  有机硅具有不会与化学物质发生反应、机械性能差、耐磨性能差、低的粘附强度等特点,无法与聚氨酯人工皮革的涂层形成良好的粘接层,粘接强度低,极有可能无法满足剥离性能测试的要求。


  2.5 氰基丙烯酸盐的粘合剂(CA)


  α- 氰基丙烯酸酯胶粘剂[8] 其主要成分为α- 氰基丙烯酸酯,含少量的增稠剂、稳定剂,由于能够瞬间快速固化,习惯上被称为瞬干胶。它是当前大力发展的工程胶粘剂之一,也是重要的家用胶粘剂。


  其固化机理是固化时基材表面要有一定的湿度,湿气中和酸性稳定剂后,单体在水汽的作用下,在基材表面发生阴离子聚合反应。从固化机理可以看出:升高温度不会加快瞬干胶的固化,因为温度高,湿度就小,就不能快速完全地破坏酸性稳定剂。


  由于α- 氰基丙烯酸酯胶粘剂含有强极性的氰基和酯键,对极性被粘物有很强的粘附力,并且容易湿润与渗透,在测试剥离性能时,会渗透到聚氨酯人工皮革布基中,导致测 试时不是测涂层面的剥离性能,并且其属低粘度胶液,不能用于胶粘聚氨酯人工皮革等多孔材料,其胶层脆性较大,剥离强度低,无法达到剥离性能测试的要求。


  3 ·结论


  通过以上对胶粘剂的粘合原理分析,聚氨酯胶、氯丁胶、环氧树脂胶的粘合强力较高,而有机硅胶、氰基丙烯酸酯胶的粘合强力较低。聚氨酯等胶粘剂可 与聚氨酯人工皮革的涂覆层产生化学作用,将两块试样的涂层面牢固地粘合在一起,使涂层与基布完整分离,可以较好地满足测试要求。有机硅胶、氰基丙烯酸酯胶 在测试剥离性能时,由于粘合强力低,无法使涂层与基布分离,而是在粘合处分离,不能达到所要的测试效果。综上所述,建议测试人工皮革剥离性能首选聚氨酯 胶,其次可选环氧树脂胶和氯丁胶。

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