CN111719319B - 一种高导热超细纤维聚氨酯合成革及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高导热超细纤维聚氨酯合成革及其制备方法和用途，合成革包括无纺布基层和皮层，无纺布基层中的尼龙6含有由高导热系数填料粉末形成的导热网链，所述尼龙6与高导热系数填料粉末的重量比为100:0.1‑20，导热网链与尼龙6之间通过偶联反应连接。本发明提供的一种高导热的超细纤维聚氨酯合成革，通过对厚度占比更高的无纺布基层的导热性能进行改善，传热效率改善更为明显；通过选用特定硅烷偶联剂对高导热系数填料粉末进行表面预处理，高导热系数填料粉末选择性富集在尼龙6中，且分散更均匀，填料间相互接触形成类似网状或者链状的导热网链，从而显著提升导热性能，制备得超细纤维合成革具有优良的导热性能。

Description

一种高导热超细纤维聚氨酯合成革及其制备方法和用途
技术领域
本申请涉及人造革技术领域，特别涉及一种高导热超细纤维聚氨酯合成革及其制备方法和用途。
背景技术
超细纤维合成革，简称超细纤维合成革，是指超细纤维合成革维基布贴合皮层(常为聚氨酯)的一类人造革。基布通常采用非织造工艺生产，纤维被***成为小于0.55dtex的超细纤维合成革维，相互缠结紧密，形成近似随机三维立体分布的纤维结构，再填充以性能优异具有微孔结构的聚氨酯。
超细纤维合成革由于具有接近真皮的质感、以及优异的性能及相对于真皮的巨大成本优势，广泛应用于汽车内饰领域，如包覆汽车座椅、包覆汽车方向盘等。
随着消费升级趋势，目前越来越多的汽车产品配制了可加热座椅、自加热方向盘等功能，常用方案是增设一层加热棉再包覆真皮或者超细纤维合成革实现。为了让座椅和方向盘表面尽快达到设定温度，提高加热效率，通常采用以下两个途径：一是提高包覆材料的导热率，二是提高热源能量。其中，提升包覆材料的导热率有以下优势：1、可以提高加热效率，2、可以适度降低热源温度、减少能耗，3、热源温度降低，可以减小热源对人造革长期性能的影响。
相关技术中，将高导热绝缘复合粉如纳米碳化硅、纳米碳化铝、纳米碳化硼、纳米氧化锌、纳米氧化铝等加入到聚氨酯皮层中赋予合成革良好的导热性能。但是，皮层中的导热绝缘复合粉仅仅物理填充于皮层中，没有形成导热网链，对于皮层的导热性能改善效果有限，并且皮层的厚度相对于无纺布基层的厚度较薄，对于超细纤维聚氨酯合成革的整体导热性能改善效果不佳。
发明内容
本申请实施例提供一种高导热超细纤维聚氨酯合成革及其制备方法和用途，以解决相关技术中对超细纤维合成革整体导热性能改善效果有限的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种高导热超细纤维聚氨酯合成革，包括无纺布基层和皮层，所述皮层贴合于无纺布基层之上，无纺布基层中的尼龙6含有由高导热系数填料粉末形成的导热网链，所述尼龙6与高导热系数填料粉末的重量比为100:0.1-20，导热网链与尼龙6之间通过偶联反应连接，所述高导热系数填料粉末经硅烷偶联剂处理之后与尼龙6进行偶联反应，偶联反应中的硅烷偶联剂占高导热系数填料粉末质量的0.5％-1.5％，所述硅烷偶联剂为氨基类或者异氰酸酯类硅烷偶联剂中的一种或者多种。
其中，尼龙6即聚酰胺-6。
一些实施例中，所述氨基类硅烷偶联剂为选自A-1100，A-1110，A-1120，A-1130，A-1170中的一种或者多种，所述异氰酸酯类硅烷偶联剂为选自A-2120，A-1310中的一种或者多种。
其中，A-1100的化学名称为3-氨丙基三乙氧基硅烷，A-1110的化学名称为3-氨丙基三甲氧基硅烷、A-1120的化学名称为2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷，A-1130的化学名称为二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷)，A-1170的化学名称为双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，A-2120的化学名称为氨乙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，A-1310的化学名称为异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷。
一些实施例中，所述高导热系数填料粉末为金属氧化物、金属氮化物或无机非金属中的一种或几种。
一些实施例中，所述高导热系数填料粉末为氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、石墨、碳化硅中的一种或多种。
一些实施例中，所述高导热系数填料粉末粒径为100nm-1μm，以满足无纺布生产加工和适应于硅烷偶联剂的表面处理为准。
第二方面，本申请还提供了用于制备如上所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革的方法，包括以下步骤：
S1、将硅烷偶联剂配成溶液，表面预处理高导热系数填料粉末，其中硅烷偶联剂的质量占高导热填料粉末质量的0.4％-1.5％，静置沉淀干燥；
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融挤出造粒，预处理填料粉末占尼龙6质量的0.1％-20％；
S3、将制备的含填料粉末的尼龙6与低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，其中，所述低密度聚乙烯树脂和尼龙6的重量比范围为0.4-1.2；
S4、在获得的高导热无纺布基布上贴合聚氨酯皮层，获得高导热超细纤维聚氨酯合成革。
一些实施例中，步骤S1中硅烷偶联剂的溶液pH值控制在3-5之间，以提升硅烷偶联剂在水中的水解速度。
第三方面，本申请还提供了一种如上所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革的用途，其用于包覆热源。
一些实施例中，其用于汽车可加热座椅和自加热转向盘。
本申请的有益效果:
1、本发明提供的一种高导热的超细纤维聚氨酯合成革，通过对厚度占比更高的基布层的导热性能进行改善，超细纤维合成革的传热效率改善更为明显，且皮层可沿用传统配方和工艺，不会影响到超细纤维合成革表面耐磨、耐介质性能及外观等；
2、通过选用硅烷偶联剂对高导热系数填料粉末进行表面预处理，使得高导热系数填料粉末在尼龙6中的分散性更均匀；在无纺布基层的制备过程中，在尼龙6和聚乙烯熔融挤出纺丝过程中使得高导热系数填料更易富集在尼龙6中，在减量开纤工序抽提掉聚乙烯时最大程度保留高导热系数填料在尼龙6超细纤维合成革维中；偶联剂的添加提升了两种不同性质的物质之间的有效相连或自亲合力，允许在尼龙6中的填料用量更多，当填料用量达到较高密度时，填料间相互接触，可形成类似网状或者链状的导热网链，从而显著提升无纺布基层的导热性能；偶联剂可以改善填料与树脂基体的界面，减少界面处的热阻；在尼龙6/低密度聚乙烯两种树脂熔融混合物中，选用特定亲尼龙6的偶联剂处理的填料，会更易选择性地富集在尼龙6中；
3、本发明提供的一种高导热的超细纤维聚氨酯合成革，若皮层也进行导热性能优化，可以再进一步改善超细纤维合成革的导热性能。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。
实施例中尼龙6树脂牌号：YH900，供应商：岳阳巴陵石化化工化纤有限公司。
实施例中低密度聚乙烯树脂牌号：1I50A，供应商：北京燕山石油化工有限公司。
实施例中浸渍及皮层所用聚氨酯树脂：JF-S-8030(浙江华峰合成树脂有限公司公开销售的芳香族聚氨酯)，JF-S-AH7040(浙江华峰合成树脂有限公司公开销售的脂环族族聚氨酯)，JF-S-AH7090(浙江华峰合成树脂有限公司公开销售的脂肪族族聚氨酯)JF-A-WV2010(浙江华峰合成树脂有限公司公开销售的黏结层聚氨酯树脂)。
实施例和对比例中皮层采用相同的聚氨酯牌号，实施例和对比例中制备的超细纤维合成革总厚度均为1.2mm，其中无纺布基层1.0mm，皮层0.2mm。
实施例1
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-1100配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氧化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，A-1100用量为氧化铝质量的1.5％，静置沉淀干燥，氧化铝平均粒径200nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氧化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氧化铝粉末 20份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2、制备的含氧化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布。各组分重量份数为：
含氧化铝粉末的尼龙6 185份
低密度聚乙烯 80份
S4贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
实施例2
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-1120配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氮化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，A-1120用量为氮化铝质量分数的1.5％，静置沉淀干燥，其中，氮化铝平均粒径300nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氮化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氮化铝粉末 0.1份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含氮化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，其中，各组分重量份数为：
含氮化铝粉末的尼龙6 80份
低密度聚乙烯 90份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
实施例3
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-1310配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将碳化硅填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，其中，A-1310用量为碳化硅质量分数的1.5％，静置沉淀干燥，其中，碳化硅平均粒径500nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的碳化硅粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的碳化硅粉末 5份
S3无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含碳化硅粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，各组分重量份数为：
含碳化硅粉末的尼龙6 105份
低密度聚乙烯 100份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
实施例4
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-1100配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氧化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，A-1100用量为氧化铝质量分数的0.5％，静置沉淀干燥，其中氧化铝平均粒径500nm；
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氧化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氧化铝粉末 20份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含氧化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，各组分重量份数为：
含氧化铝粉末的尼龙6 185份
低密度聚乙烯 80份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
实施例5
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-1170配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将碳化硅填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，A-1170用量为碳化硅质量分数的1.5％。静置沉淀干燥。碳化硅平均粒径500nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的碳化硅粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的碳化硅粉末 5份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含碳化硅粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布。各组分重量份数为：
含碳化硅粉末的尼龙6 105份
低密度聚乙烯 100份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
实施例6
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将A-Link 25配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氧化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，A-Link 25用量为氧化铝质量分数的0.5％，静置沉淀干燥，其中，氧化铝平均粒径500nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氧化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氧化铝粉末 20份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含氧化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，各组分重量份数为：
含氧化铝粉末的尼龙6 185份
低密度聚乙烯 80份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的高导热无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
对比例1
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将非氨基类、非异氰酸酯类硅烷偶联剂A-171配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氮化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，其中A-171用量为氮化铝质量分数的1.5％，氮化铝平均粒径300nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氮化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氮化铝粉末 0.1份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含氮化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为无纺布基布，各组分重量份数为：
含氮化铝粉末的尼龙6 80份
低密度聚乙烯 90份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得超细纤维聚氨酯合成革。
对比例2
S1、高导热系数填料粉末表面预处理
将非氨基类非异氰酸酯类硅烷偶联剂A-171配制成水溶液，水溶液pH值控制在3-5之间，将氮化铝填料粉末加入溶液中充分搅拌，静置沉淀干燥，A-1120用量为氮化铝质量分数的0.5％，氮化铝平均粒径300nm。
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融混合
将预处理的氮化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
预处理的氮化铝粉末 0.1份
S3、无纺布基布的制备
将步骤S2制备的含氮化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为无纺布基布，各组分重量份数为：
含氮化铝粉末的尼龙6 80份
低密度聚乙烯 90份
S4、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S3中的无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得超细纤维聚氨酯合成革。
对比例3
S1、将氮化铝粉末与尼龙6在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，各组分重量份数为：
尼龙6 100份
氮化铝粉末 0.1份
S2、无纺布基布的制备
将步骤S1中制备的含氮化铝粉末的尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为无纺布基布。各组分重量份数为：
含氮化铝粉末的尼龙6 80份
低密度聚乙烯 90份
S3、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S2中的无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得高导热的超细纤维聚氨酯合成革。
对比例4
S1、无纺布基布的制备
将尼龙6、低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为无纺布基布。各组分重量份数为：
尼龙6 100份
低密度聚乙烯 100份
S2、贴合皮层，制备超细纤维合成革
将步骤S1中的无纺布基布，贴合聚氨酯皮层，获得超细纤维聚氨酯合成革。
裁取各实施例和对比例的试样，尺寸为30cm×30cm，并在标准空气中调节24h，用YG(B)606D型织物保温性测定仪，参照国家标准GB/T 11048规定进行检测，导热系数测试结果如下表：
表1：各实施例值得的超细纤维合成革导热性能对比
Figure GDA0003115622960000151
综上所述，采用氨基类或者异氰酸酯类硅烷偶联剂对高导热系数填料粉末进行表面预处理，可以有效提升制得的无纺布基层的导热性能，相比于高导热系数填料粉末未经过偶联剂进行表面处理的对比例3，高导热系数填料粉末经过偶联剂进行表面处理制得的超细纤维聚氨酯合成革的导热性能更佳，表明偶联剂使得高导热系数填料粉末在尼龙6中的分散性更佳均匀，在无纺布基层的制备过程中，聚乙烯更易富集在尼龙6中，在减量开纤工序抽提掉聚乙烯时能最大限度地保留聚乙烯；实施例1和实施例2采用氨基类和异氰酸酯类硅烷偶联剂，相比于对比例1采用非氨基类或者非异氰酸酯类硅烷偶联剂改善效果更佳；实施例1和实施4采用除添加不同量的偶联剂之外的相同实验条件制备得超细纤维合成革，两者的导热系数相比存在明显差异，说明了在一定范围内，添加偶联剂更多时，可以有效增加尼龙6中的高导热系数填料粉末的填入量，使得无纺布基层中的高导热填料粉末颗粒之间相互接触，形成类网状或链状的导热网链，从而可以显著提升无纺布基层的导热性能，从而提升超细纤维合成革的导热性能。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种高导热超细纤维聚氨酯合成革，包括无纺布基层和皮层，所述皮层贴合于无纺布基层之上，其特征在于：
无纺布基层中的尼龙6含有由高导热系数填料粉末形成的导热网链，所述尼龙6与高导热系数填料粉末的重量比为100:0.1-20，导热网链与尼龙6之间通过偶联反应连接，所述高导热系数填料粉末经硅烷偶联剂处理之后与尼龙6进行偶联反应，偶联反应中的硅烷偶联剂占高导热系数填料粉末质量的0.4％-1.5％，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或异氰酸酯硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂为A-1100、A-1110、A-1120、A-1130、A-1170、A-2120中的一种或者多种，所述异氰酸酯硅烷偶联剂为A-1310、A-LINK25中的一种或者多种。
3.如权利要求1所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革，其特征在于：所述高导热系数填料粉末为金属氧化物、金属氮化物、无机非金属中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革，其特征在于：所述高导热系数填料粉末为氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼、石墨、碳化硅中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革，其特征在于：所述高导热系数填料粉末粒径尺寸范围为100nm-1μm。
6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将硅烷偶联剂配成溶液，预处理高导热系数填料粉末，其中硅烷偶联剂的质量占高导热填料粉末质量的0.4％-1.5％，静置沉淀干燥；
S2、将表面预处理的高导热系数填料粉末与尼龙6熔融挤出造粒，预处理填料粉末占尼龙6质量的0.1％-20％；
S3、将制备的含填料粉末的尼龙6与低密度聚乙烯树脂混合，依次经过熔融挤出、纺丝、针刺、浸渍、凝固、水洗、减量开纤，制备成为高导热无纺布基布，其中，所述低密度聚乙烯树脂和尼龙6的重量比范围为0.4-1.2；
S4、在获得的高导热无纺布基布上贴合聚氨酯皮层，获得高导热超细纤维聚氨酯合成革。
7.如权利要求1-5任一项所述的高导热超细纤维聚氨酯合成革的用途，其特征在于：其用于包覆热源。
8.如权利要求7所述的用途，其特征在于：用于汽车可加热座椅和自加热转向盘。
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