[發(fā)明專利]水性聚氨酯薄膜及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010250666.4
• 申請(qǐng)日: 2010-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN101921536A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李士修;彭連生;陳端云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢華衛(wèi)科技有限公司
• 主分類號(hào): C09D175/04
• 分類號(hào): C09D175/04;C08J5/18;C08L75/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水性聚氨酯薄膜及其制備工藝。

背景技術(shù)

膜性材料在現(xiàn)代人類社會(huì)活動(dòng)中占有舉足輕重的地位。除了傳統(tǒng)膜材的一些性能如輕薄、柔軟、透明或著色、阻隔、防護(hù)等功能可以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求外，一些新的功能性膜材正在改變?nèi)藗兊纳睢＞哂型笟夤δ艿哪ば圆牧鲜瞧渲兄匾脑鲩L極。

目前全球具有透氣功能膜材有兩種類型，一類是以生活中常見的紙尿褲、衛(wèi)生巾用透氣膜為代表的微孔透氣膜，它是由PE等塑料添加碳酸鈣微粒經(jīng)拉伸形成，它的質(zhì)感及舒適度均不能令人滿意；另一種是以聚氨酯熱塑彈性體經(jīng)吹塑或擠出流涎法形成，其粒子均需進(jìn)口，其彈性、透氣及其它性能均不能自主控制，這些因素限制了行業(yè)的發(fā)展。

1.微孔透氣膜

微孔型透氣薄膜的結(jié)構(gòu)是靠牽伸兩種不相容組分如在聚合物中加入無機(jī)微粒而形成的。其結(jié)構(gòu)中存在很多像毛細(xì)管一樣的微孔。這些微孔構(gòu)成了允許氣體通過的通道，但由于外界的液體液滴的直徑大于微孔的直徑所以不能通過。

這類膜材的代表有PE透氣膜：此種透氣膜以聚烯烴樹脂為載體，加入微細(xì)特殊填充料(如CaCO₃)后用流延冷輥成型法擠出而成，經(jīng)縱向拉伸處理后，具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)。這些以高密度分布在薄膜表面的特殊結(jié)構(gòu)微孔，使薄膜既能阻隔液體水的滲漏，又能讓水蒸汽等氣體分子通過。在濕度90％、37℃的條件下測量，水蒸氣透氣率(WVTR)可達(dá)到500～5000g/m²(24h)，耐水壓(60～200cm水柱)。

2.分子透氣膜

分子薄膜是致密的無微孔薄膜，由簡單的擠出吹膜或其他的工藝技術(shù)生產(chǎn)，然后貼附到織物上的。水氣在分子薄膜上的滲透過程可稱為“主動(dòng)擴(kuò)散”過程。這與氣球中的氦氣滲出的過程類似。滲透物附著在高濃度的一邊，利用存在的壓力差擴(kuò)散滲透到薄膜的另一邊。對(duì)于分子薄膜，聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和薄膜的厚度是決定滲透力的主要因素。

這類膜材的代表有PU透氣膜：又稱聚氨酯透氣膜，主要采用擠出、壓延和吹塑等工藝來制備，由于聚氨酯分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，人們可以通過調(diào)節(jié)聚氨酯嵌段成分比例改變其彈性、硬度和親水性。因此聚氨酯薄膜同聚氨酯彈性體一樣具有卓越的高張力、高拉力、防水透氣性、強(qiáng)韌性和耐老化性能，同時(shí)又具有優(yōu)異的生物和血液相容性及耐化學(xué)藥品性。其透氣度高，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、高檔紡織面料、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，深受用戶的歡迎和青睞。

目前國際上流行的PU透氣膜生產(chǎn)工藝一般為熱塑彈性體(TPU)制膜工藝。聚氨酯熱塑性彈性體又稱熱塑性聚氨酯橡膠，簡稱TPU，是一種(AB)n型嵌段線性聚合物，A為高分子量(1000～6000)的聚酯或聚醚，B為含2～12直鏈碳原子的二醇，AB鏈段間化學(xué)結(jié)構(gòu)是二異氰酸酯，一般的結(jié)構(gòu)式為：

其中R為二異氰酸酯；R’為高分子聚酯或聚醚二元醇；R”為小分子二元醇。

熱塑性聚氨酯橡膠靠分子間氫鍵交聯(lián)或大分子鏈間輕度交聯(lián)，隨者溫度的升高或降低，這兩種交聯(lián)結(jié)構(gòu)具有可逆性。在熔融狀態(tài)或溶液狀態(tài)分子間力減弱，而冷卻或溶劑揮發(fā)之后又有強(qiáng)的分子間力連接在一起，恢復(fù)原有固體的性能。

聚氨酯熱塑性彈性體有聚酯型和聚醚型兩類，白色無規(guī)則球狀或柱狀顆粒，相對(duì)密度1.10～1.25，聚醚型相對(duì)密度比聚酯型小。聚醚型玻璃化溫度為100.6～106.1℃，聚酯型玻璃化溫度108.9～122.8℃。聚醚型和聚酯型的脆性溫度低于-62℃，聚醚型耐低溫性優(yōu)于聚酯型。

聚氨酯熱塑性彈性體突出的特點(diǎn)是耐磨性優(yōu)異、耐臭氧性極好、硬度大、強(qiáng)度高、彈性好、耐低溫，有良好的耐油、耐化學(xué)藥品和耐環(huán)境性能，在潮濕環(huán)境中聚醚型的水解穩(wěn)定性遠(yuǎn)超過聚酯型。

聚氨酯彈性體的處理往往要用到有機(jī)溶劑，隨著各國環(huán)保法規(guī)的確立和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的溶劑型涂料中的揮發(fā)型有機(jī)化合物(VOC)的排放量愈來愈受到限制。開發(fā)低污染、高性能、多功能的環(huán)保型涂料成為涂料技術(shù)發(fā)展的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水性聚氨酯薄膜，它具有功能性(如透氣性)、環(huán)保性(低VOC排放)，其產(chǎn)業(yè)化具有重要戰(zhàn)略意義。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供水性聚氨酯薄膜的制備方法。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為：水性聚氨酯薄膜，其特征在于：其組分及其組分含量為：水性聚氨酯乳液、增稠劑和pH調(diào)節(jié)劑，其中增稠劑占水性聚氨酯乳液重量的0.5％-3％，pH調(diào)節(jié)劑占水性聚氨酯乳液重量的0.05％-0.5％，經(jīng)混合制成水性聚氨酯涂料，經(jīng)涂布干燥成為水性聚氨酯薄膜。