CN112411196B - 一种高性能tpu涂覆织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能TPU涂覆织物及其制备方法，所述方法包括以下步骤：对骨架层进行浸胶预烘处理；将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，将解封活化处理后的骨架材料两面分别刮涂粘合层，之后进行烘燥处理；将两面分别刮涂粘合层的骨架层进行预烘处理，然后分别在所述步骤三得到的材料两面流延或压延第一面和第二面外表面TPU层；将所述步骤四得到的材料利用层压辊贴合处理，得到所述高性能TPU涂覆织物。本发明制得的TPU涂覆织物，产品性能优异，尤其是耐候性、剥离强力和软化系数远高于市面上的同类型材料，且可以大大降低成本。

Description

一种高性能TPU涂覆织物及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶或涂层织物技术领域，特别涉及一种高性能TPU涂覆织物及其制备方法。
背景技术
TPU涂覆织物是以涤纶织物或尼龙织物为骨架材料，TPU(热塑性聚氨酯)为涂覆材料的一种复合材料，其中行业内骨架材料常常被称为基布，而TPU常被称为表面涂层。因TPU涂覆织物具有轻质、高强、卫生、环保、抗菌等系列优点，在皮划艇、软体储水、贮油容器等领域有着广泛的应用。为节省成本或受限于加工制造水平，现在市面上TPU涂覆织物普遍性能不高，使用其制备的装具易损坏寿命短。
影响上述装具寿命的最重要性能指标是TPU涂覆织物的耐候性、剥离强力和软化系数等。
TPU涂覆织物耐候性检测方法通常是按照《GB/T16422.2塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯》，在氙灯照射一定的时间后，查看涂覆织物表面状态的变化。耐候性差，常表现为在太阳的照射下，涂覆织物表面龟裂、起泡、粉化，影响装具使用。
剥离强力是指涂覆织物表面TPU涂层和织物的结合力。检测方法通常是按照《HG/T3052-2008橡胶和塑料涂覆织物涂覆层粘合强度的测定》。剥离强力越大则装具能承受的静水压越大，装具能盛放的水(油)量也会越大，相反剥离强力小，则装具可能会在水的静水压持续作用下涂层和基布剥离，装具开裂，漏水/油。
软化系数是剥离强力的保留率，即涂覆织物在水中持续浸泡，剥离强力会越来越小，软化系数即是泡水后的剥离力与初始剥离强力的比值，软化系数越大，则装具盛水后越能保持强度其使用寿命也越长，相反软化系数小，则剥离强力会迅速劣化，装具开裂。
由于性能指标属于专业知识，TPU涂覆织物对这些重要指标不甚重视。从笔者搜集调研结果来看，耐候性一般不提，或只有500h左右氙灯老化不龟裂粉化的要求；软化系数，常要求70度蒸馏水浸泡一周，软化系数不小于70％。而剥离强力常随基布的种类、涂层厚度和装具用途而不同。
因此，业内急需一种耐候性、剥离强力和软化系数更高的高性能TPU涂覆织物的新型技术。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，该方法制备的TPU涂覆织物耐候性、剥离强力和软化系数更高，用此材料制备的装具使用寿命和储存寿命更长。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、对骨架层进行浸胶预烘处理；
步骤二、将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理；
步骤三、将解封活化处理后的骨架材料两面分别刮涂粘合层，之后进行烘燥处理；
步骤四、将两面分别刮涂粘合层的骨架层进行预烘处理，然后分别在所述步骤三得到的材料两面流延或压延第一面和第二面外表面TPU层；
步骤五、将所述步骤四得到的材料利用层压辊贴合处理，得到所述高性能TPU涂覆织物。
进一步的，所述步骤一中对骨架层进行浸胶预烘处理，所采用的浸胶液为封闭异氰酸酯和丙三醇二缩水甘油醚的混合水溶液，封闭异氰酸酯的质量为浸胶液的3％～4.5％，丙三醇二缩水甘油醚的质量为浸胶液的1.5％～3％，浸胶预烘轧液率不小于40％，浸胶预烘温度为150℃～160℃，预烘时间为2分钟～3分钟。
进一步的，所述步骤二中将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，解封活化温度为210℃～220℃，时间为2分钟～3分钟。
进一步的，所述步骤三中烘燥处理的温度为150～165℃，烘燥时间为2～4分钟。
进一步的，所述步骤四中骨架层进行预烘处理时，预烘温度为160～170℃，预烘时间为8～12s；预烘处理之后，分别在所述步骤三得到的材料两面流延或压延第一面和第二面外表面TPU层，流延时温度为180～200℃，压延时温度为170～190℃。
进一步的，所述步骤五中将所述步骤四得到的材料利用层压辊贴合处理，层压辊压力为5～7bar，层压辊温度为80～100℃。
本发明还提供了一种高性能TPU涂覆织物，包括从上到下依次层叠的第一外表面层、第一粘合层、骨架层、第二粘合层和第二外表面层；所述第一外表面和第二外表面层的成分均由芳香族聚醚型热塑性聚氨酯、抗氧剂和耐候性助剂组成，所述第一粘合层和第二粘合层均由粘合剂刮涂在骨架层上烘干干燥而得，所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，所述骨架层为涤纶平纹织物。
进一步的，所述氧化剂为抗氧剂1010，抗氧剂264和抗氧剂168中的一种或几种；所述耐候性助剂为UV-68，UV-90和UV-320的一种或几种。
进一步的，粘合层的总重量为30～100g/m2，所述胶粘剂为聚醚型聚氨酯胶粘剂，占粘合剂总重量的60％～75％；
所述的固化剂为多异氰酸酯，可以是TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)和TPTI(硫代磷酸三苯基异氰酸酯)等中的一种或多种，占粘合剂总重量的4％～10％；
所述的稀释剂是为甲苯和/或丁酮，占粘合剂总重量的10％～30％；
所述的促进剂是环氧类化合物，可以是缩水甘油醚中一种或多种，占粘合剂总重量的1％～4％；
所述的催化剂是叔胺类化合物，可以是三乙胺、二乙烯三胺和三亚乙基二胺等中的一种或多种，占粘合剂总重量的0.5％～1.5％。
进一步的，所述第一外表面是通过流延或压延工艺涂覆在第一粘合层上的；所述第二外表面层是通过流延或压延工艺涂覆在第二粘合层上的。
本发明具有以下有益效果：
本发明产品性能优异，尤其是耐候性、剥离强力和软化系数远高于市面上的同类型材料，达到标准。
较好的耐候性，主要是由于外表面层TPU材料耐候性好，其机理主要来自于两个方面：一是外表面TPU层添加了复合的耐候性助剂，包括紫外线吸收剂、抗氧剂等，不同类型的耐候性助剂发挥协同作用，综合耐候性更优异；二是采用了芳香族聚醚型TPU，聚醚型TPU耐水好，因此减少了光老化和水解老化的综合作用。
较好的剥离强力，主要是两个方面的原因和机理，一是基布(即骨架层)被活化处理，涤纶基布表面活性基团少，一般情况下与外表面TPU涂层结合效果较差，而本发明先对骨架材料活化处理，使其表面充满活性基团，因此会提高基布与表面TPU涂层的剥离强度；二是本发明采用的粘合剂是经过多次试验确定的粘合剂，其中胶粘剂、固化剂和促进剂等都是经过多次试验，得到最佳配比，可以得到较大的剥离强度，从机理上说，粘合剂中胶粘剂分子量大力学性能好，而优选的固化剂促进剂的组合可以使胶粘剂更好的形成网状交联结构，提高了剥离强度。
较好的软化系数，主要是三个方面的原因和机理，一是骨架层中的涤纶被活化，涤纶表面活化基团是羟基，而羟基是耐水性集团；二是采用的粘合剂中胶粘剂是聚醚型胶粘剂，聚醚型胶粘剂中主要化学键是醚键，而醚键是单键，不易被水反应，所以耐水；三是采用的固化剂和促进剂和胶粘剂反应形成了网状交联结构，更提高了耐水性。
另外，本发明制备的产品性能提高明显，成本提高幅度却很少，经测算，相比较传统材料和制备方法，每平米成本提高约为3元。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的高性能TPU涂覆织物的结构示意图；
其中，1、第一外表面层，2、第一粘合层，3、骨架层，4、第二粘合层，5、第二外表面层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种高性能TPU涂覆织物，包括以下步骤：
(1)对骨架层进行浸胶预烘处理，浸胶液为封闭异氰酸酯和丙三醇二缩水甘油醚的混合水溶液，其中封闭异氰酸酯质量分数为3.25％，丙三醇二缩水甘油醚质量分数为2％，浸胶预烘轧液率40％，浸胶预烘温度为155℃，预烘时间为3分钟。
(2)对浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，解封活化温度为190℃，时间为3分钟。收卷并密封保存。
(3)对上述(2)得到的经活化的骨架材料两面分别刮涂粘合层，然后烘燥，温度为150～165℃，烘燥时间为2～4分钟；
(4)在170℃的温度下对上述骨架层预烘，预烘时间2s左右，使底胶处于活化状态，提高后续与外表面TPU层的剥离强力；然后分别在所述步骤(3)得到的材料两面流延外表面TPU层，流延时温度为190℃。
(5)将所述步骤(4)得到的材料利用层压辊贴合，层压辊压力为5～7bar，层压辊温度为80℃。贴合后收卷，即得到所述高性能TPU涂覆织物。
如图1所示，本实施例方法制备得到的高性能TPU涂覆织物，包括从上到下依次层叠的第一外表面层1、第一粘合层2、骨架层3、第二粘合层4和第二外表面层5；所述第一外表面1和第二外表面层5统称外表面TPU层，均由芳香族聚醚型热塑性聚氨酯、抗氧剂和耐候性助剂组成，所述第一粘合层2和第二粘合层4统称粘合层，由粘合剂刮涂在骨架层上烘干干燥而得，所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，所述骨架层3为涤纶平纹织物。
其中，所述外表面TPU层的主要材料芳香族聚醚型热塑性聚氨酯，硬度为80A，所述外表面TPU层的厚度为0.1mm。
所述外表面TPU层中还添加了抗氧剂1010，其用量是芳香族聚醚型热塑性聚氨酯质量的0.5％。
所述外表面TPU层中还添加了耐候性助剂UV-90，其用量是芳香族聚醚型热塑性聚氨酯质量的0.4％。
所述外表面TPU层是通过流延工艺涂覆在骨架层和粘合层上的。
所述的粘合层由粘合剂刮涂在骨架层上烘干干燥而得。
所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，粘合层总重量为40～60g/m2。
所述的胶粘剂为聚醚型聚氨酯胶粘剂，占粘合剂总量的60％。
所述的固化剂为多异氰酸酯，可以是TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)和TPTI(硫代磷酸三苯基异氰酸酯)等中的一种或多种，占粘合剂总量的8％。
所述的稀释剂为甲苯，占粘合剂总量的28.5％。
所述的促进剂是丙三醇二缩水甘油醚类环氧，占粘合剂总量的2.2％
所述的催化剂是三亚乙基二胺，占粘合剂总量的1.3％。
所述的骨架层为高强涤纶平纹织物，涤纶织物的旦数范围为500D，拉伸强度不小于2300N。
实施例2
一种高性能TPU涂覆织物，包括以下步骤：
(1)对骨架层进行浸胶预烘处理，浸胶液为封闭异氰酸酯和丙三醇二缩水甘油醚的混合水溶液，其中封闭异氰酸酯质量分数为3.25％，丙三醇二缩水甘油醚质量分数为2％，浸胶预烘轧液率45％，浸胶预烘温度为160℃，预烘时间为3分钟。
(2)对浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，解封活化温度为220℃，时间为2分30秒。收卷并密封保存。
(3)对上述(2)得到的经活化的骨架材料两面分别刮涂粘合层，然后烘燥，温度为150～165℃，烘燥时间为2～4分钟；
(4)在160℃的温度下对上述骨架层预烘，预烘时间10s左右，使底胶处于活化状态，提高后续与外表面TPU层的剥离强力；然后分别在所述步骤(3)得到的材料两面流延外表面TPU层，流延时温度为180～200℃。
(5)将所述步骤(4)得到的材料利用层压辊贴合，层压辊压力为5～7bar，层压辊温度为80℃。贴合后收卷，即得到所述高性能TPU涂覆织物。
其中，所述外表面TPU层的主要材料为芳香族聚醚型TPU，硬度为85A，所述外表面TPU层的厚度为0.1mm。
所述外表面TPU层中还添加了抗氧剂1010，质量比例为0.5％。
所述外表面TPU层中还添加了耐候性助剂UV-90，其质量比例为0.4％。
所述外表面TPU层是通过流延工艺涂覆在骨架层和粘合层上的。
所述的粘合层由粘合剂刮涂在基布上烘干干燥而得。
所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，粘合层总重量为40～60g/m2。
所述的胶粘剂为聚醚型聚氨酯胶粘剂，占粘合剂总量的70％。
所述的固化剂为多异氰酸酯，可以是TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)和TPTI(硫代磷酸三苯基异氰酸酯)等中的一种或多种，共占粘合剂总量的4.3％。
所述的稀释剂为甲苯，占粘合剂总量的22.5％。
所述的促进剂是丙三醇二缩水甘油醚类环氧，占粘合剂总量的2.1％
所述的催化剂是三亚乙基二胺，占粘合剂总量的1.1％。
所述的骨架层为高强涤纶平纹织物，涤纶织物的旦数范围为1000D，拉伸强度不小于2300N。
实施例3
一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)对骨架层进行浸胶预烘处理，浸胶液为封闭异氰酸酯和丙三醇二缩水甘油醚的混合水溶液，其中封闭异氰酸酯质量分数为3.25％，丙三醇二缩水甘油醚质量分数为2％，浸胶预烘轧液率52％，浸胶预烘温度为160℃，预烘时间为3分钟。
(2)对浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，解封活化温度为220℃，时间为3分钟。收卷并密封保存。
(3)对上述(2)得到的经活化的骨架材料两面分别刮涂粘合层，然后烘燥，温度为150～165℃，烘燥时间为2～4分钟；
(4)在165℃的温度下对上述骨架层预烘，预烘时间20s左右，使底胶处于活化状态，提高后续与外表面TPU层的剥离强力；然后分别在所述步骤(3)得到的材料两面流延外表面TPU层，流延时温度为180～200℃。
(5)将所述步骤(4)得到的材料利用层压辊贴合，层压辊压力为7bar，层压辊温度为80℃，。贴合后收卷，即得到所述高性能TPU涂覆织物。
其中，所述外表面TPU层的主要材料为芳香族聚醚型TPU，硬度为85A，所述外表面TPU层的厚度为0.15mm。
所述外表面TPU层中还添加了抗氧剂1010，质量比例为0.5％。
所述外表面TPU层中还添加了耐候性助剂UV-90，其质量比例为0.5％。
所述上外表面TPU层是通过流延工艺涂覆在骨架层和粘合层上的。
所述的粘合层由粘合剂刮涂在骨架层上烘干干燥而得。
所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，粘合层总重量为40～60g/m2。
所述的胶粘剂为聚醚型聚氨酯胶粘剂，占粘合剂总量的75％。
所述的固化剂为多异氰酸酯，可以是TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)和TPTI(硫代磷酸三苯基异氰酸酯)等中的一种或多种，占粘合剂总量的5.5％。
所述的稀释剂为甲苯，占粘合剂总量的17％。
所述的促进剂是丙三醇二缩水甘油醚类环氧，占粘合剂总量的1.5％。
所述的催化剂是三亚乙基二胺，占粘合剂总量的1％。
所述的骨架层为高强涤纶平纹织物，涤纶织物的旦数范围为1500D，拉伸强度不小于2300N。
对比例1：(骨架层未活化处理)
对比例1与实施例3的主要区别在于：未进行步骤(2)，即对骨架层进行浸胶预烘处理后，未对将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，直接在骨架层两面刮涂粘合层。其他步骤同实施例3。
对比例2：(采用市面上常用的聚酯型粘合剂)
对比例2与实施例3的主要区别在于：对比例2中粘结层采用的复合胶的材质与实施例3不同。对比例2采用的粘合层由粘合剂、固化剂、稀释剂，粘合层总重量为40～60g/m2。所述的粘合剂为聚酯型聚氨酯粘合剂，具体为高鼎6045H，其质量比例为80％。所述的固化剂为TDI和MDI的混合物，具体为CX800D，固化剂的质量比例为5％。所述的稀释剂为丁酮，其质量比例为15％。
对比例2除粘结层采用的材质不同，制备工艺和其他的材质用量均与实施例3相同。
对比例3(表面涂层为未添加耐候性助剂)
对比例3与实施例3的主要区别在于：对比例3中外表面TPU层采用的材质与实施例3不同。所述外表面TPU层为普通型未添加复合耐候助剂，只添加了抗氧剂1010，质量比例为0.8％。
对比例3除粘结层采用的材质不同，制备工艺和其他的材质用量均与实施例3相同。
将实施例1-3和对比例1-3所制备的TPU涂覆织物在同等骨架材料强度等级及外表面层厚度相同的情况下进行耐候性，剥离强度和软化系数测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-3所制备的TPU涂覆织物性能测试结果
Figure BDA0002762195180000081
Figure BDA0002762195180000091
从上表可以看出：本发明制备的TPU涂覆织物产品性能优异，材料耐候性、剥离强力和软化系数更高。
从对比例1和实施例3对比可以看出，涤纶表面活化对于剥离强力提高和软化系数的提高作用非常明显。从对比例2和实施例3对比可以看出，选用聚酯型粘合剂可有效提高剥离强力，但因聚酯的不耐水特性，软化系数下降十分明显。从对比例3和实施例3对比可以看出，普通型芳香族聚醚TPU只添加了抗氧剂1010，未添加其他抗老化助剂，因此涂层耐老化性能较差。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对骨架层进行浸胶预烘处理；
步骤二、将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理；
步骤三、将解封活化处理后的骨架材料两面分别刮涂粘合层，之后进行烘燥处理；
步骤四、将两面分别刮涂粘合层的骨架层进行预烘处理，然后在骨架层两面的粘合层上均流延或压延表面TPU层；
步骤五、将所述步骤四得到的材料利用层压辊贴合处理，得到所述高性能TPU涂覆织物；
所述步骤一中对骨架层进行浸胶预烘处理，所采用的浸胶液为封闭异氰酸酯和丙三醇二缩水甘油醚的混合水溶液，封闭异氰酸酯的质量为浸胶液的3%~4.5%，丙三醇二缩水甘油醚的质量为浸胶液的1.5%~3%，浸胶预烘轧液率不小于40%，浸胶预烘温度为150~160℃，预烘时间为2~3分钟；
所述步骤二中将浸胶预烘处理后的骨架层进行解封活化处理，解封活化温度为210~220℃，时间为2~3分钟；
所述高性能TPU涂覆织物包括从上到下依次层叠的第一外表面层、第一粘合层、骨架层、第二粘合层和第二外表面层；所述第一外表面和第二外表面层的成分均由芳香族聚醚型热塑性聚氨酯、抗氧剂和耐候性助剂组成，所述第一粘合层和第二粘合层均由粘合剂刮涂在骨架层上烘干干燥而得，所述粘合剂由胶粘剂、固化剂、稀释剂、促进剂和催化剂组成，所述骨架层为涤纶平纹织物；
所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂264和抗氧剂168中的一种或几种；所述耐候性助剂为UV-68，UV-90和UV-320的一种或几种；
所述胶粘剂为聚醚型聚氨酯胶粘剂，占粘合剂总重量的60%~75%；
所述固化剂为多异氰酸酯，占粘合剂总重量的4%~10%；
所述稀释剂是为甲苯和/或丁酮，占粘合剂总重量的10%~30%；
所述促进剂是环氧类化合物，占粘合剂总重量的1%~4%；
所述催化剂是叔胺类化合物，占粘合剂总重量的0.5%~1.5%。
2.根据权利要求1所述的一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，其特征在于，所述步骤三中烘燥处理的温度为150~165℃，烘燥时间为2~4分钟。
3.根据权利要求1所述的一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，其特征在于，所述步骤四中两面分别刮涂粘合层的骨架层进行预烘处理时，预烘温度为160~170℃，预烘时间为8~12s；预烘处理之后，在骨架层两面的粘合层上均流延或压延外表面TPU层，流延时温度为180~200℃，压延时温度为170~190℃。
4.根据权利要求1所述的一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，其特征在于，所述步骤五中将步骤四得到的材料利用层压辊贴合处理，层压辊压力为5~7bar，层压辊温度为80~100℃。
5.根据权利要求1所述的一种高性能TPU涂覆织物的制备方法，其特征在于，所述第一外表面是通过流延或压延工艺涂覆在第一粘合层上的；所述第二外表面层是通过流延或压延工艺涂覆在第二粘合层上的。
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