改性聚氨酯热粘性能及力学性能.pdf

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1、第2 7 卷第2 期 2 0 0 6 年2 月 纺织学报 J o u m a lo f7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 2 F e b 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 0 2 0 0 5 8 0 4 改性聚氨酯热粘性能及力学性能 王新锋1 ，罗欣2 ，汪晓东1 ，吴慧莉2 ( 1 北京化工大学新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室，北京1 0 0 0 2 9 ； 2 中国纺织科学研究院，北京1 0 0 0 2 5 ) 摘要用低熔点聚酯对热塑性聚氨酯进行改性，并对所制备的复合薄膜进行热粘合

2、强度、D s c 、透湿性、耐静水压 以及力学等各项性能测试。结果表明，在聚氨酯材料中加入低熔点聚酯可以大大提高薄膜的热熔粘合性能，并能 显著降低热粘合温度。低熔点聚酯的加入会对聚氨酯薄膜的透湿性以及柔软性产生不利影响。因此，在达到改善 热熔粘合性目的的同时，聚酯的添加量应控制在适当的范围内。 关键词热塑性聚氨酯；低熔点聚酯；薄膜；热熔粘合 中图分类号：偈1 0 2 5 4文献标识码：A H e a t - m e l ta d h e s i o na n dm e c h a l l i c a lp r O p e r t i e so f m o d i 6 e dt h e m O

3、p l a s t i cp o l y u r e t h a 耻 W A N GX i n f e n 9 1 ，L U OX i n 2 ，W A N GX i a o d o n 9 1 ，W UH u i l i 2 ( 1 z k 研如6 0 m o 砂矿驷曙C 蚵o nP “甲m 而no ，l dP r o 删i n g 矿( 删P o 咖御胍砒砌厶， 彬昭跏觇“ 蚵矿C k m 如越 加三0 9 y ，眈彬，l g1 0 0 0 2 9 ，吼i M ；2 吼i ，l n7 k 如A 如，V ，屁彬增 1 0 0 0 2 5 ，铂i M ) A b s t m c tF i l

4、m sf o r1 a I I l i n a t i o nw e r ep r e p a r e dV i aam e l tb l e n d i n go ft h e 砌o p l a s t i cp o l y l J r e t h a n e ( T P U ) a n d p o l y e s t e rw i t hl o wm e l tp o i n t ， a n dt h e i rm o i s t u l I ep e 瑚e a b i l i t y ，t h e 彻a lb o n d i n gp m p e r t i e s ，I e s i s

5、 t a n c et o h y d r o s t a t i cp r e s s u r ea n dm e c h a n i c a lp m p e r t i e sw e r e t e s t e d T h ei n V e s t i g a t i o nd e m o n s t r a t e dt h a tt h ep e e l s t r e n g t hw a si m p r o v e da n d1 a l l l i n a t i o nt e m p e m t u r ed e c r ；e a s e dw h e nt h ep 0

6、1 y e s t e rw a sa d d e d H o w e V e r ，i tw o u l d a l s or e s u l ti nn e g a t i v ee f b c tt o 咖i s t u r ep e 彻e a b i l i t ya n ds o f t n e s s T h e r e f o r e ，t h ei n t r o d u c t i o na m o u n to ft h e p 0 1 y e s t e rw i t hl o wm e l tp o i n ti n t ot h eT P Us h o u l db

7、ec o n t m l l e di nt h ep m p e rm n g es oa s t or e a l i z et h eg o a lo f i m p m V i n gi t sh e a t m e l ta d h e s i o n K e yw o r d st h e 硼o p l a s t i cp o l y u r e t h a n e ；p o l y e s t e r 诵t hl o wm e l tp o i n t ；f i l m ；h e a tm e l ta d h e s i o n 热塑性聚氨酯( T P u ) 低温柔韧性好，

8、耐磨、染色 性好，易于加工，可制成薄膜贴附在织物上，使织物 具有更好的防护性、舒适感和美感 。特别是由透 湿性能优异的聚氨酯制成的无孔薄膜，与织物进行 层压复合后，能使织物具有优异的防水透湿功能，是 一类重要的防水透湿材料。 层压织物一般是由一层或多层织物与高聚物薄 膜通过粘合剂粘结在一起。在层压织物的制造过程 中所使用的粘合剂可分为溶剂型、水溶型( 或水乳 型) 和热熔型等。近年来，随着各国环保意识的加强 和相关法律法规的制定，限制了对环境造成污染的 溶剂型粘合剂法的使用，而对环境友好的热熔法受 到越来越多的重视bo 。由于普通聚氨酯材料的热粘 合性能较差，而热粘性能好的特种聚氨酯价格较贵，

9、 限制了其广泛应用。本文通过在热塑性聚氨酯中加 入具有良好热熔粘合性能的低熔点树脂，来改善其 热熔粘合性能。并通过对所制备的薄膜进行热性 能、粘结性、透湿性、防水性以及力学性能的研究，来 探讨低熔点树脂改善聚氨酯薄膜热粘合性能的可 行性。 收稿日期：2 0 0 4 0 5 2 7修回日期：2 0 0 4 1 1 1 7 基金项目：北京市自然科学基金资助项目( 2 0 4 2 0 2 2 ) 作者简介：王新锋( 1 9 7 8 一) ，男，硕士生。主要研究领域为热塑性聚氨酯共混改性及其在纺织行业中的应用。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase fr

10、om www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期 王新锋等：改性聚氨酯热粘性能及力学性能【5 9 】 1实验部分 1 1原料 T P U ：牌号E s t a n e 5 8 2 4 5 ，诺誉( N o v e o n ) 化工公 司；低熔点聚酯：中国纺织科学研究院；乙烯一甲基丙 烯酸酯共聚物：牌号拜牢T M ( B y l l e l ) 2 2 E 7 5 7 ，美国杜 邦公司。 1 2 试样准备 将乙烯一甲基丙烯酸酯共聚物与T P u 按质量比 3 0 厂7 0 ，低熔点聚酯与T P u 分别按质量比0 1 0 0 、 1 0 9 0

11、、2 0 ，8 0 、3 0 7 0 和4 0 6 0 配制，混合均匀后用双螺 杆挤出机挤出造粒。放入1 0 1 2 型电热鼓风干燥箱 中干燥，干燥箱温度控制在8 0 。使用吹膜机组( 中 国纺织科学研究院制备) 吹制成膜。用裁刀沿薄膜 纵向裁成哑铃状试样。裁刀尺寸采用G B T5 2 8 1 9 9 8 标准的1 型。将部分薄膜裁成宽2 5m m 、长 2 0 0m m 的长条，用F D M 一2 8 0 0 型热用缝口密封机在 涂有聚氨酯涂层的涤纶面料一面进行热压粘合。热 封机的热风出口温度分别设定为4 4 0 和3 5 0 。 1 3 分析测试 透湿量按G B T1 0 3 7 一1 9

12、 8 8 进行测定；耐静水压 按G B T4 7 4 4 1 9 9 7 进行测定。D s c 测试使用仪器 为P v r i sl 型D S C ( 美国P e r k i n E l m e r 公司) ，整个测试 过程均在氮气保护下进行，升温速率为1 0 I I l i n 。力 学性能测试按G B T5 2 8 1 9 9 8 进行测定，使用仪器 为I n s t m n1 1 2 2 型万能材料实验机( 英国I N s T R O N 公 司) ，测试温度为2 3 ，夹头间距6 4m m ，上下夹头以 5 0 0m m m i n 速率分离。剥离强度按G B T2 7 9 1 1 9

13、 9 5 进行测定，使用仪器同上，测试温度为2 3 ，夹 头间距3 0m m ，上下夹头以1 0 0m m m i n 速率分离。 2 结果与讨论 2 1 低熔点树脂对薄膜粘结性的影响 低熔点树脂的熔点较低，能够在较低的温度下 熔融，而熔融温度的高低对树脂与基材间的粘接强 度大小以及热粘合工艺均有影响。在T P u 中添加 不同类型的低熔点树脂制成薄膜，在4 4 0 和3 5 0 下所测得的剥离强度值列于表1 。 从表1 看出，在聚氨酯中加入的乙烯一甲基丙烯 酸酯共聚物质量分数为3 0 ，在4 4 0 时，聚氨酯薄 表1 低熔点树脂对剥离强度的影响 N ，c m 低熔点树脂 熔融温度， 4 4

14、 03 5 0 膜与织物间的剥离强度值只有O 4 6N ，c m ，而添加相 同质量分数的低熔点聚酯，剥离强度值可达 4 1 9N c m 。乙烯一甲基丙烯酸酯共聚物的加入并不 能改善聚氨酯的热粘合性能，这主要是由于热粘合 强度除了与材料的熔点有关外，与材料加热时对织 物的润湿程度也有很大的关系。虽然2 种树脂的熔 点相近，但是低熔点聚酯特性粘度较低，利于流动并 能充分地润湿织物，提高了热粘合强度H 1 。 从表1 中还可看出，随着低熔点聚酯质量分数 的增加，聚氨酯薄膜与织物间剥离强度值增加。实 验中发现在4 4 0 时，当聚酯质量分数达到2 0 以 后，薄膜可将涤纶面料上的涂层完全剥离下来。

15、当 低熔点聚酯质量分数继续增加，其剥离强度的值却 趋于稳定。与4 4 0 时相比，在3 5 0 时，剥离强度 的值虽然也是随低熔点聚酯质量分数的增加而增 加，不过剥离强度值相对偏低。这主要是由于温度 的降低，使得整个体系的熔融粘度增大，影响其流动 和对织物的润湿，最终导致热粘合强度的降低。不 过在此温度下，剥离强度值仍然能够达到所要求的 工艺指标。 图1 为加入不同质量分数的低熔点聚酯后体系 的D S C 曲线。可以看出纯T P u 在整个温度变化范 围内都没有比较明显的熔融吸热峰，这可能是与此 种T P u 中具有结晶态的硬链段含量较少或者软链 段和硬链段都为非晶态有关1 。当T P u 中

16、含有 1 0 的聚酯时，在1 0 5 9 左右出现一个比较小的 熔融吸热峰。随着聚酯质量分数的增加，熔融吸热 峰变高。正是由于加入到T P U 中的低熔点聚酯在 1 0 0 1 1 0 之间就能够熔融，从而使得制成薄膜的 起封温度得到了降低。 表2 为不同质量分数的低熔点聚酯T P u 的熔 点及熔融焓。由表2 可看出，随着低熔点聚酯质量 分数的增加，熔融焓不断增大。这表明体系的结晶 程度随着低熔点聚酯的加入在不断的变大，而体系 结晶程度的大小则又会影响到薄膜的透湿性能。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWaterm

17、arkR to remove the watermark 【6 0 】 纺织学报第2 7 卷 蓍 f 君 04 08 01 2 01 6 02 0 02 4 0 温度 曲线l 6 对应的低熔点聚酯，T P u 为：1 0 0 ，O ， 4 0 ，6 0 ，3 0 7 0 ，2 0 8 0 ，1 0 9 0 ，O 1 0 0 图l 低熔点聚酯，T P u 的D S C 曲线 表2 不同质量分数的低熔点聚酯，口u 的熔点及熔融焓 2 2 聚酯添加量对透湿性及耐水压的影响 透湿量和耐静水压值是评价织物用薄膜的2 个 重要指标。低熔点聚酯对薄膜透湿性、耐水压的影 响见表3 。 表3T P U 中低熔点

18、聚酯质量分数对透湿量、耐静水压的影响 由表3 看出，随着低熔点聚酯质量分数的增加， 薄膜的透湿量有下降的趋势。这是由于水蒸气分子 的渗透主要是通过软链段而不是通过硬链段来实现 的，结晶度高的聚合物体系的透湿性能相对较差拉。 从图1 的D s C 分析可以看出，低熔点聚酯为具有一 定结晶度的脂肪族共聚酯，随着低熔点聚酯质量分 数的增加，整个共混体系的结晶程度变大，从而造成 体系的透湿量随聚酯质量分数的增加而下降，当加 入量超过2 0 后，透湿性能下降明显，会影响使用。 由表3 还可看出，随着低熔点聚酯质量分数的 增加，聚氨酯薄膜的耐静水压值在逐渐降低，不过这 种变化不是非常明显。 2 3 低熔点

19、聚酯添加量对力学性能的影响 用于服装行业的高透湿性聚氨酯薄膜除了要求 具有较高的透湿性以及耐水压性能，对其力学性能 特别是柔软性也有一定的要求。不同低熔点聚酯质 量分数的仲u 薄膜的应力一应变曲线见图2 。 曲线1 5 对应的T P u 中低熔点聚酯质量分数 为：0 ，1 0 ，2 0 ，3 0 ，4 0 图2不同低熔点聚酯质量分数的T P U 薄膜应力一应变曲线 从图2 看出，随着低熔点聚酯质量分数的增加， 断裂拉伸强度逐渐增大，纯T P u 的断裂拉伸强度为 1 8 6M P a ，而低熔点聚酯质量分数为4 0 时达到 3 6 5M P a 。与此同时，伸长率也相应增加，纯T P u 时

20、为3 3 7 ，质量分数为4 0 时达到6 5 2 。聚酯本身 强度较高，D s c 研究已经表明，低熔点聚酯与T P u 的结晶相具有一定的相容性，因此低熔点聚酯的加 入可提高复合材料的分子堆积紧密度，从而提高了 材料分子链间错位滑移所需的应力。伸长率随低熔 点聚酯质量分数增加而提高的现象可能是与低熔点 聚酯在1 1 P u 基体中形成的网络结构有关哺。从图2 中还看出，纯T P u 的初始模量最低，从，I P u 中低熔 点聚酯质量分数为3 0 时开始，初始模量明显增 高。初始模量过高对薄膜柔软性有不利影响，应当 控制聚酯添加量在3 0 以下。 3结论 1 ) 热粘合强度除了受材料熔点的影

21、响，还与材 料受热时的熔体粘度以及对织物的润湿状态有关。 ( 下转第6 4 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 4 】 纺织学报第2 7 卷 尺寸大小适宜的有机物分子。利用| 3 一C D 的包合性 能，制备了包合间苯二酚药物的功能性纤维素纤维。 测定了不同温度包合药物稳定性常数，表明包合反 应为放热反应。由日和s 也可以表明，间苯二 酚与B C D 包合体系中，疏水作用力对包合反应几乎 不起作用，而是分子间的范德华力在起作用。考察 了包合

22、药物在水溶液中的稳定性和释放性能，结果 表明，温度低于2 5 时包合药物较稳定，在3 5 左 右开始大量释放，3 6 5 左右释放度达到9 5 以 上；在3 0 、1 5 0I I l i n 内包合间苯二酚的接枝p c D 纤 维素纤维逐渐释放出间苯二酚，经过1 5 0I I l i n 后基本 达到平衡。由此可知，该纤维在人体温度3 6 左右 释放几乎达到了最佳状态，这正适合用于开发医疗 保健用服装。黼 参考文献： 1 童林荟环糊精化学基础与应用 M 北京：科学 出版社，2 0 0 1 【2J M a t s u iY ，K l l r i t aT ，Y 确M ，e ta 1 T h e

23、f o r m 蕊o na n d s t n l c t u r eo fc o p p e r ( ) c o m p l e x e s 而t I lc y c l o d e x t r i I l si na n a l I 【a l i n es o l u t i o n J B I l l lc h e ms o cJ p n ，1 9 7 5 ，4 8 ( 7 ) ： 2 1 8 7 2 1 9 1 3 M a t s u iY ，S u e I I l i t s uD n es t e r e o s l e c t i v er e t a r d 撕o no fm e

24、 a l k a l i n eh y d r o l y s i so fo r g 蚰i ce s t e r sb yb i n u c l e a rC u ( ) c o m p l e x e sw i t I Ic y c l o d e x t r i l l s 【JJ B u UC h e mS o cJ p n ， 1 9 8 5 ，5 8 ( 6 ) ：1 6 5 8 1 6 6 2 4 唐波，马骊，初春阻环糊精，萘丁美酮，直链醇体系的 超分子作用机理及其分析应用的研究 J 化学学报， 2 0 0 2 ，6 0 ( 1 0 ) ：1 8 3 4 1 8 3 9 5 万军

25、民，胡智文，陈文兴，等纤维素纤维接枝p 环糊 精的合成及其富集金属离子研究 J 高分子学报， 2 0 0 4 ，( 4 ) ：5 6 5 5 7 2 6 陈海相，余志成，陈文兴，等p 环糊精修饰纤维素纤 维的制备 J 纺织学报，2 0 0 3 ，2 4 ( 5 ) ：4 0 8 4 1 0 7 郑小明，陆维教，孙得志肛环糊精和部分有机物分 子识别作用的焓熵判据 J 物理化学学报，2 0 0 l ，1 7 ( 4 ) ：3 4 3 3 4 7 ( 上接第6 0 页) 2 ) 在热塑性聚氨酯( T P u ) 材料中加入低熔点聚 酯不仅能够显著改善其热粘合性能，而且还能大大 降低加工过程中工艺操作

26、温度。 3 ) 低熔点聚酯的加入对聚氨酯薄膜的透湿性以 及柔软性都有所降低，因此制备过程中控制聚酯质 量分数在2 0 左右比较合适。黼 参考文献： 1 夏饮冰，常金凤热塑性聚氨酯透气膜的生产、特点和 应用 J 聚酯工业，2 0 0 1 ，1 4 ( 1 ) ：1 5 一1 7 2 L 哪 J o h n s o n ，J u l i es 砌m s 7 n l e 硼o p l a s t i cp o l y u r e t h a n e 3 4 5 6 t e c h n o l o g i e sf o rt l l et e x t i l ei n d u s t r y J J

27、o u m a lo fC o a t e d F a b r i c s ，1 9 9 7 ，2 7 ：4 8 6 2 迟克栋，罗欣，吴慧莉纺织品的清洁层压复合技术 J 产业用纺织品，2 0 0 4 ，( 2 ) ：1 6 孔繁薏，袁贤热熔粘合机理及其在衬布压烫过程 中的应用 J 染整技术，1 9 9 7 ，1 9 ( 1 ) ：1 5 一1 8 山西省化工研究所聚氨酯弹性体手册 M 北京：化 学工业出版社，2 0 0 1 1 5 2 一1 5 4 0 奥拉比瑟，L M 罗伯松，M T 肖聚合物一聚合物溶 混性 M 项尚田，沈剑涵，焦扬声，等译北京：化学 工业出版社，1 9 8 7 2 5 2 2 5 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark