专利名称：水性聚氨酯薄膜及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水性聚氨酯薄膜及其制备工艺。
背景技术：
膜性材料在现代人类社会活动中占有举足轻重的地位。除了传统膜材的一些性能 如轻薄、柔软、透明或着色、阻隔、防护等功能可以满足人们日益增长的需求外，一些新的功 能性膜材正在改变人们的生活。具有透气功能的膜性材料是其中重要的增长极。目前全球具有透气功能膜材有两种类型，一类是以生活中常见的纸尿裤、卫生巾 用透气膜为代表的微孔透气膜，它是由PE等塑料添加碳酸钙微粒经拉伸形成，它的质感及 舒适度均不能令人满意；另一种是以聚氨酯热塑弹性体经吹塑或挤出流涎法形成，其粒子 均需进口，其弹性、透气及其它性能均不能自主控制，这些因素限制了行业的发展。1.微孔透气膜微孔型透气薄膜的结构是靠牵伸两种不相容组分如在聚合物中加入无机微粒而 形成的。其结构中存在很多像毛细管一样的微孔。这些微孔构成了允许气体通过的通道， 但由于外界的液体液滴的直径大于微孔的直径所以不能通过。这类膜材的代表有PE透气膜此种透气膜以聚烯烃树脂为载体，加入微细特殊填 充料(如CaCO3)后用流延冷辊成型法挤出而成，经纵向拉伸处理后，具有独特的微孔结构。 这些以高密度分布在薄膜表面的特殊结构微孔，使薄膜既能阻隔液体水的渗漏，又能让水 蒸汽等气体分子通过。在湿度90%、37°C的条件下测量，水蒸气透气率(WVTR)可达到500 5000g/m2 (24h)，耐水压(60 200cm 水柱)。2.分子透气膜分子薄膜是致密的无微孔薄膜，由简单的挤出吹膜或其他的工艺技术生产，然后 贴附到织物上的。水气在分子薄膜上的渗透过程可称为“主动扩散”过程。这与气球中的 氦气渗出的过程类似。渗透物附着在高浓度的一边，利用存在的压力差扩散渗透到薄膜的 另一边。对于分子薄膜，聚合物的化学结构和薄膜的厚度是决定渗透力的主要因素。这类膜材的代表有PU透气膜又称聚氨酯透气膜，主要采用挤出、压延和吹塑等 工艺来制备，由于聚氨酯分子结构的特点，人们可以通过调节聚氨酯嵌段成分比例改变其 弹性、硬度和亲水性。因此聚氨酯薄膜同聚氨酯弹性体一样具有卓越的高张力、高拉力、防 水透气性、强韧性和耐老化性能，同时又具有优异的生物和血液相容性及耐化学药品性。其 透气度高，广泛应用于医疗卫生、高档纺织面料、工业等多个领域，深受用户的欢迎和青睐。目前国际上流行的PU透气膜生产工艺一般为热塑弹性体(TPU)制膜工艺。聚氨 酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，是一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高 分子量(1000 6000)的聚酯或聚醚，B为含2 12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结
构是二异氰酸酯，一般的结构式为
其中R为二异氰酸酯；R’为高分子聚酯或聚醚二元醇；R”为小分子二元醇。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随者温度的升高或 降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，而冷却或溶剂挥 发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。聚氨酯热塑性弹性体有聚酯型和聚醚型两类，白色无规则球状或柱状颗粒，相对 密度1. 10 1. 25，聚醚型相对密度比聚酯型小。聚醚型玻璃化温度为100. 6 106. 1°C, 聚酯型玻璃化温度108. 9 122. 8°C。聚醚型和聚酯型的脆性温度低于_62°C，聚醚型耐低 温性优于聚酯型。聚氨酯热塑性弹性体突出的特点是耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、 弹性好、耐低温，有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能，在潮湿环境中聚醚型的水解稳 定性远超过聚酯型。聚氨酯弹性体的处理往往要用到有机溶剂，随着各国环保法规的确立和环保意识 的增强，传统的溶剂型涂料中的挥发型有机化合物(VOC)的排放量愈来愈受到限制。开发 低污染、高性能、多功能的环保型涂料成为涂料技术发展的主要方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水性聚氨酯薄膜，它具有功能性(如透气 性)、环保性(低VOC排放)，其产业化具有重要战略意义。本发明的另外一个目的是提供水性聚氨酯薄膜的制备方法。本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为水性聚氨酯薄膜，其特征在于 其组分及其组分含量为水性聚氨酯乳液、增稠剂和PH调节剂，其中增稠剂占水性聚氨酯 乳液重量的0. 5% _3%，pH调节剂占水性聚氨酯乳液重量的0. 05% -0. 5%，经混合制成水 性聚氨酯涂料，经涂布干燥成为水性聚氨酯薄膜。按上述方案，所述的水性聚氨酯乳液为广州雷辐科技有限公司生产的 JSJ-3090、广州雷辐科技有限公司生产的JSJ-3096、德国拜耳公司生产的DISPERCOLL U54 或朗盛化学(上海)有限公司生产的BAYDERM bottom 10UD。按上述方案，所述的增稠剂为Rohm Haas公司生产的ASE60、Ciba公司生产的 ViscalexHV-30或常州思诺尔化工有限公司生产的TR-308。按上述方案，所述的pH调节剂为氨水、三乙胺或二甲基乙醇胺。按上述方案，所述的水性聚氨酯涂料的粘度为IOOOOmPa. s-50000mPa. s，其固含量 % 20% -50wt. %0水性聚氨酯薄膜的制备工艺，其特征在于包括有以下步骤1)将水性聚氨酯乳 液、增稠剂和PH调节剂，经混合制成水性聚氨酯涂料，所述的增稠剂占水性聚氨酯乳液重 量的0. 5% _3%，pH调节剂占水性聚氨酯乳液重量的0. 05% -0. 5% ；2)将步骤1)所得的 水性聚氨酯涂料置于基材上；3)拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间隙，保证膜厚 10ym-200ym;5)将步骤3)所得水性聚氨酯薄膜进行烘干、收卷。按上述方案，所述的烘干步骤的温度为40-80°C，时间为3-4分钟。本发明的有益效果在于本发明的工艺过程中不存在或有少量有机溶剂挥发，不 需要复杂的熔融、挤出或压延控制设备，稳定可靠，本发明所采用的水性聚氨酯乳液主要由1) 二异氰酸酯、2)低聚物二元醇、3)扩链剂、4)水性单体和5)中和剂聚合而成。一般在 有机溶剂中由1) 二异氰酸酯、2)低聚物二元醇和3)扩链剂制得预聚物，制得水性预聚物 还需加入4)水性单体，双组分者2)低聚物二元醇单独处理。离子型水性聚氨酯的水性单 体中有阴离子或阳离子形成基团，加入含5)中和剂的水中，得水性产品。水性聚氨酯其生 产过程已少用有机溶剂，并且以水为分散介质，在使用时挥干的是水分，故可做到无VOC排 放，另一方面传统的聚氨酯制膜工艺一般需精确控制熔融温度，以控制熔体流动性，这包括 独立加热装置，或螺杆挤出装置等，其挤出口更需要精密的计量泵出系统，转速控制系统， 以控制膜厚，而本发明在制备工艺上仅用一刀口解决问题。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但是不会构成对本发明的限制。实施例1取水性聚氨酯乳液JSJ-3090 (广州雷辐科技有限公司)100g，加入增稠剂 ASE60 (Rohm Haas公司)lg，高速分散(转速800转/分)，再在缓慢搅拌下滴加氨水0. 15g 至水性聚氨酯涂料粘度为20000mPa. s，其固含量为50wt%。用玻棒将水性聚氨酯涂料刮涂 于基材离型纸上，拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间隙，涂厚80 μ m, 60°C干燥4分 钟，成膜，收卷。经试验，其拉伸强度18_20Mpa，断裂伸长率280-300%，水蒸气透过率1200g/ m2. 24h。实施例2取水性聚氨酯乳液JSJ-3096 (广州雷辐科技有限公司)100g，加增稠剂 ASE60 (Rohm Haas公司)2g，高速分散(转速2400转/分)，再在缓慢搅拌下滴加氨水0. Ig 至水性聚氨酯涂料粘度为50000mPa. s，其固含量为40wt%。用玻棒将水性聚氨酯涂料刮涂 于基材PET膜上，拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间隙，涂厚80 μ m, 80°C干燥3分 钟，成膜，收卷。经试验，其拉伸强度18_20Mpa，断裂伸长率280-300 %，水蒸气透过率900g/ m2. 24h。实施例3取水性聚氨酯乳液BAYDERM bottom 10UD (朗盛化学(上海)有限公司)100g，加 增稠剂TR-308 (常州思诺尔化工有限公司)2g，高速分散(2400转/分)，再在缓慢搅拌下 滴加三乙胺0. 15g至水性聚氨酯涂料粘度为30000mPa. s，其固含量为28wt%。用玻棒将 水性聚氨酯涂料刮涂于基材PET膜上，拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间隙，涂厚 80 μ m, 40 0C干燥4分钟，成膜，收卷。经试验，其拉伸强度12_15Mpa，断裂伸长率400-600 %，水蒸气透过率1500g/ m2. 24h。实施例4取水性聚氨酯乳液DISPERC0LL 德国拜耳公司)100g，加增稠剂Viscalex HV-30 (Ciba公司)2g，高速分散(2400转/分)，再在缓慢搅拌下滴加氨水0. 15g至水性聚 氨酯涂料粘度为50000mPa. s，其固含量为40wt%。用玻棒将水性聚氨酯涂料刮涂于基材PET膜上，涂厚80 μ m，80°C干燥3分钟，成膜，收卷。经试验，其拉伸强度12_15Mpa，断裂伸长率400-600 %，水蒸气透过率 1500-2000g/m2. 24h。上述实施例1-4所使用的水性聚氨酯乳液、增稠剂和pH调节剂均为本领域技 术人员熟知的已有物质，例如水性聚氨酯乳液可以采用广州雷辐科技有限公司生产的 JSJ-3090、广州雷辐科技有限公司生产的JSJ-3096、德国拜耳公司生产的DISPERCOLL U54 或朗盛化学(上海)有限公司生产的BAYDERM bottom 10UD，增稠剂可以采用Rohm Haas 公司生产的ASE60或Ciba公司生产的Viscalex HV-30或常州思诺尔化工有限公司生产的 TR-308。下面分别介绍这几种物质。广州雷辐科技有限公司生产的JSJ-3090 聚氨酯高分子化合物50%，溶剂3%，中 和剂0.5%，水分46. 5%广州雷辐科技有限公司生产的JSJ-3096 聚氨酯高分子化合物40%，溶剂3%，中 和剂0. 5%，水分56. 5%0德国拜耳公司生产的DISPERCOLL U54 脂肪族水性自交联型聚氨酯乳液，固含量 50%。朗盛化学生产的BAYDERM bottom 10UD 弱阴离子聚氨酯乳液，固含量30%。Rohm Haas公司生产的ASE60 阴离子疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂。Ciba公司生产的Viscalex HV-30 聚丙烯酸类碱溶胀增稠剂。常州思诺尔化工有限公司生产的TR-308 丙烯酸碱溶胀增稠剂。
权利要求
水性聚氨酯薄膜，其特征在于其组分及其组分含量为水性聚氨酯乳液、增稠剂和pH调节剂，其中增稠剂占水性聚氨酯乳液重量的0.5％ 3％，pH调节剂占水性聚氨酯乳液重量的0.05％ 0.5％，经混合制成水性聚氨酯涂料，经涂布干燥成为水性聚氨酯薄膜。
2.按权利要求1所述的水性聚氨酯薄膜，其特征在于所述的水性聚氨酯乳液为广州 雷辐科技有限公司生产的JSJ-3090、广州雷辐科技有限公司生产的JSJ-3096、德国拜耳公 司生产的DISPERCOLL U54或朗盛化学(上海)有限公司生产的BAYDERM bottom 10UD。
3.按权利要求1或2所述的水性聚氨酯薄膜，其特征在于所述的增稠剂为RohmHaas 公司生产的ASE60、Ciba公司生产的Viscalex HV-30或常州思诺尔化工有限公司生产的 TR-308。
4.按权利要求1或2所述的水性聚氨酯薄膜，其特征在于所述的pH调节剂为氨水、 三乙胺或二甲基乙醇胺。
5.按权利要求1或2所述的水性聚氨酯薄膜，其特征在于所述的水性聚氨酯涂料的 粘度为 IOOOOmPa. s-50000mPa. s，其固含量为 20% -50wt. %。
6.权利要求1所述的水性聚氨酯薄膜的制备工艺，其特征在于包括有以下步骤1)将 水性聚氨酯乳液、增稠剂和PH调节剂，经混合制成水性聚氨酯涂料，所述的增稠剂占水性 聚氨酯乳液重量的0. 5% -3%，pH调节剂占水性聚氨酯乳液重量的0. 05% -0. 5% ;2)将 步骤1)所得的水性聚氨酯涂料置于基材上；3)拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间 隙，保证膜厚10μπι-200μπι;5)将步骤3)所得水性聚氨酯薄膜进行烘干、收卷。
7.按权利要求6所述的水性聚氨酯薄膜的制备工艺，其特征在于所述的烘干步骤的 温度为40-80°C，时间为3-4分钟。
8.按权利要求6或7所述的水性聚氨酯薄膜的制备工艺，其特征在于所述的水性聚 氨酯涂料的粘度为IOOOOmPa. s-50000mPa. s，其固含量为20% -50wt. %。
全文摘要
本发明涉及一种水性聚氨酯薄膜及其制备工艺，包括有以下步骤1)将水性聚氨酯乳液、增稠剂和pH调节剂，经混合制成水性聚氨酯涂料，所述的增稠剂占水性聚氨酯乳液重量的0.5％-3％，pH调节剂占水性聚氨酯乳液重量的0.05％-0.5％；2)将步骤1)所得的水性聚氨酯涂料置于基材上；3)拖动基材，使水性聚氨酯涂料通过一刀口间隙，保证膜厚10μm-200μm；4)将步骤3)所得水性聚氨酯薄膜进行烘干、收卷。本发明的工艺过程中不存在或有少量有机溶剂挥发，不需要复杂的熔融、挤出或压延控制设备，稳定可靠。
文档编号C08L75/04GK101921536SQ20101025066
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者彭连生, 李士修, 陈端云 申请人:武汉华卫科技有限公司