有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的合成和性能研究

张宁华

安徽合肥

邮编230601

摘要：合成革作为一种替代天然革的材料，在很多领域都得到了广泛应用。然而，合成革的表面涂层剂对其外观和性能至关重要。有机硅改性聚氨酯作为一种新型合成革涂层剂，在物理性能和化学性能方面表现出色。

关键词：有机硅改性；聚氨酯；合成革；涂层剂；合成；性能

引言

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂在人工合成皮革制造中起着至关重要的作用，随着合成革市场需求日益增长，传统的合成革涂层剂已经不能完全满足对性能的要求。 

1.有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的合成方法

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂在人工合成皮革制造中起着至关重要的作用，随着合成革市场需求日益增长，传统的合成革涂层剂已经不能完全满足对性能的要求。有机硅改性聚氨酯作为具有优异耐磨、耐水、耐油性能的材料，在合成革涂层中具有广阔的应用前景。

1.1化学改性

（1）嵌段共聚物

有机硅改性聚氨酯通常是将聚硅氧烷为软连段，也有部分学者则是将有机硅小分子作为扩链剂，来对其进行改性。目前有机硅对聚氨酯化学改性最主要方法之一是将功能化（一般为含有羟端基或者氨基端基）的聚硅氧烷作为软段或扩链剂，与异氰酸酯共聚反应引入聚氨酯的主链中。1聚硅氧烷被固定在聚氨酯结构中，向表面迁移能力受到一点过的限制，因此往往需要较多的聚硅氧烷的添加才能达到较大的表面改性效果。如冯林林等采用自制的二端羟丁基聚二甲基硅氧烷（DHPDMS）作为原料，合成了一系列不同硅氧含量的有机硅改性聚氨酯，研究了DHPDMS含量和温度对材料性能的影响，测试结构表明，随着DHPDMS含量超过5%时二者趋于稳定，此时改性聚氨酯具有较好的力学性能。

（2）扩链/封端

  小分子的硅氧烷单体（如硅烷偶联剂、低聚倍半硅氧烷）也可用做疏水改性的原料，常用的方法为将聚氨酯预聚体用含活性官能团的硅烷分子封端或者扩链，从而降低聚氨酯的表面张力。李楚璇等将小分子的氨基硅烷偶联剂KH550 作为封端剂，化学改性水性聚氨酯预聚体，探究了KH550加入量对聚氨酯乳液多方面性能的影响。结果表明，随着有机硅加入量的增加，改性膜表面的Si 含量和水接触角均逐渐增加，当KH550用量为9%时，二者均取得峰值。同时随着KH550含量增加，乳液的储存、冻融稳定性变化趋势相反，分别变差与改善。

（3）接枝反应

含有活性基团的聚二甲基硅氧烷被引入到聚氨酯侧链中，这种情况更易于硅原子向表面迁移，少量的有机硅添加，就能显著降低聚氨酯的表面张力，提高聚氨酯树脂的抗涂鸦性能。如侯孟华等以侧链氨基硅油（AEAPS）为原料，扩链聚氨酯预聚体，合成了一系列水性聚氨酯溶液。该法合成的聚氨酯薄膜与未经过改性的聚氨酯相比，力学性能下降不大，但耐水性能、表面疏水性均有明显提升；同时，与直链型的氨基硅油相比，AEAPS 表面改性效果更好，2wt%的加入量，就可以将水接触角由未改性时的56°显著提升至82°。

1.2 物理改性

物理改性通常是将有机硅与聚氨酯通过溶解或机械方法混到一起，但是由于聚硅氧烷与其他高分子相容性不好，混合难以均匀；而且共混仅仅是简单的机械混合，无化学键形成，有机硅易于迁移，造成硅感时效短，混合得到的体系也不稳定，所以此法很少应用。

目前物理共混更多采用的是经小分子硅烷单体修饰的无机粒子作为填料。如Zhao等通过酸催化的溶胶-凝胶法，用烷基硅烷偶联剂（HDTMS）表面接枝SiO2，制备了疏水改性的SiO2（SiO2@HD-POS）水性悬浮液，将其进一步作为表面的填料，喷涂在载玻片上的聚氨酯表面，制备了超疏水涂层。 

  

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的合成方法表格

2.有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的性能分析

有机硅高分子的特殊结构赋予了其一系列独特性能，如耐高低温、电气绝缘和低表面张力等。相较于传统聚合物，其主链-Si-O-Si-属于无极结构，分子间作用力小且Si-O键容易旋转，使得有机硅分子链非常柔软。此外，Si-O结构的高键能也为以有机硅为原料改性的聚氨酯合成革涂层提供了优越的热稳定性。因此，有机硅高分子在高分子材料中发挥着重要的作用，为各种领域提供了创新的解决方案。   

2.1物理性能

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂在合成革制品中具有出色的物理性能，主要体现在以下方面，力学性能：有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂具有优异的弹性和耐磨性，能够有效增强合成革的抗拉伸性和抗压缩性，延长其使用寿命。表面平整度：该涂层剂涂覆在合成革表面后，能形成平整、光滑的表面，提升合成革产品的外观质感和触感。抗刮擦性能：由于有机硅改性聚氨酯具有较高的耐磨性，涂覆合成革表面后能有效抵抗刮擦和摩擦，增强使用过程中的耐久性。有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂通过优异的力学性能、表面平整度和抗刮擦性能，为合成革制品提供了更加稳固、耐用的保护层。 

2.2化学性能

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂在化学性能方面表现出色，主要体现在以下几个方面，耐溶剂性能：该类涂层剂具有较强的耐溶剂性能，能够在接触到常见有机溶剂时保持稳定性，不易发生溶解或变形，增加了合成革制品的耐用性。抗酸碱性能：有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂能够有效抵御酸碱腐蚀，具有一定的抗酸碱性能，使合成革制品在遇到酸性或碱性环境时不易受损，延长使用寿命。耐磨性能：由于有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂具有较高的硬度和耐磨性，涂覆在合成革表面后能有效抵御外界摩擦和磨损，保持合成革外观完好无损。

 

2.3环境友好性能

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂在环境友好性能方面展现出显著优势，具体表现如下，挥发性有机物（VOC）排放低：与传统的合成革涂层剂相比，有机硅改性聚氨酯涂层剂含有的挥发性有机物（VOC）较少，排放量低，有助于减少对环境空气品质的影响。可降解性良好：有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂通常具有良好的可降解性能，即在一定条件下能够被自然降解，减少对环境的持续影响，符合可持续发展理念。无毒无害：该种涂层剂中不含重金属等有害物质，不会产生有毒废料，使用过程中对人体和环境无害，符合绿色环保要求。 

3.基于有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的实际应用案例

在汽车内饰领域，合成革是一种常见的材料，用于制作汽车座椅和车门饰板等部件。为了提升座椅表面的质感和舒适度，需要对合成革进行表面涂层处理。针对这一需求，某汽车制造公司采用了有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂作为座椅合成革的涂层材料。该涂层剂具有出色的物理性能和化学性能，可为座椅提供多种优越特性。在物理性能方面，该涂层增强了座椅的弹性和耐磨性，使乘客在长时间坐下时得到更好的支撑和舒适性。同时，涂层剂形成的平整、光滑表面提升了座椅的外观品质，营造出高档、豪华的感觉。在化学性能方面，这种有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂表现出色。它具有出色的耐溶剂性能，可以有效抵御汽车内可能产生的各种溶剂和化学物质的侵蚀。  

结束语

有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂作为一种新型涂层材料，在合成革领域具有广阔的应用前景。通过对其合成方法、物理性能、化学性能和环境友好性能等方面的深入研究，不仅可以推动合成革行业的技术进步和创新，还将为实现环保、高效的涂层解决方案贡献力量。

参考文献

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