一种高耐磨PU涂层及其应用的制作方法

一种高耐磨pu涂层及其应用
技术领域
1.本发明涉及材料领域，具体地涉及一种高耐磨pu涂层及其应用。


背景技术：

2.对于使用pet布基材料的传统的线束胶带而言，即使使用高重量的布(如130g/m2的克重)，其耐磨性也仅刚刚能达到c级(耐磨次数约为573)，并且布的多孔表面会导致粘合剂渗透，这需要额外的更高的粘合剂涂层(总粘合剂85-100g/m2)才能满足基本要求。
3.因此，综合考虑耐磨性和成本等时，现有线束胶带很难满足日益增长的社会需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种兼具优异耐磨性、优异剥离性能和低成本优点的pu涂层改性的pet薄膜及包含其的胶带。
5.本发明的第一方面，提供了一种高耐磨pu涂层，所述涂层由包含如下组分的乳液组合物涂覆制得：
[0006][0007]
在另一优选例中，所述乳液组合物在涂覆后在100-140℃(较佳地120-140℃，更佳地130-140℃)高温处理2-15min(较佳地5-15min，更佳地10-15min)得到所述涂层。
[0008]
在另一优选例中，所述聚氨酯分散体选自下组：在另一优选例中，所述聚氨酯分散体选自下组：hydran ads-110、permutex evo ru-92-409、或其组合。
[0009]
在另一优选例中，所述润湿剂选自下组：byk349、byk-156、disperbyk-190、或其组合。
[0010]
在另一优选例中，所述蜡乳液选自下组：byk23142、aquacer 1063、aquacer 1031、或其组合。
[0011]
在另一优选例中，所述交联剂选自下组：imprafix@io 3025、或其组合。
[0012]
在另一优选例中，所述ptfe/pe蜡粉选自下组：st-863qf、st-863q、st-476、或其组合。
[0013]
在另一优选例中，所述ptfe/pe蜡粉的平均粒径为2-20um，较佳地2-15um，更佳地2-10um。
[0014]
在另一优选例中，所述涂层的厚度为2-50um(较佳地3-40um，较佳地4-30um，较佳地5-20um，较佳地6-15um，更佳地7-10um)。
[0015]
在本发明的第二方面，提供了一种改性的pet薄膜，将本发明第一方面所述高耐磨pu涂层结合于pet薄膜的一主表面。
[0016]
在另一优选例中，所述改性的pet薄膜具有选自下组的一个或多个特征：
[0017]
1)所述pet薄膜的厚度为10-50um(较佳地15-45um，较佳地20-40um，更佳地23-38um)；
[0018]
2)所述pet薄膜的克重为10-80g/m2(较佳地20-70g/m2，较佳地30-60g/m2，更佳地40-55g/m2)；
[0019]
3)所述pet薄膜的孔隙率为0％；
[0020]
4)所述pet薄膜的空气透过率为5.8*10-7-5*10-8
l/(m2*s)(较佳地3.8*10-7-10*10-8
l/(m2*s)，更佳地1.8*10-7-15*10-8
l/(m2*s))；
[0021]
5)所述改性的pet薄膜的厚度为12-100um(较佳地15-80um，更佳地18-60um，最佳地20-50um)；
[0022]
6)所述改性的pet薄膜的克重为13-90g/m2(较佳地20-80g/m2，更佳地30-70g/m2，最佳地40-60g/m2)。
[0023]
在本发明的第三方面，提供了一种线束胶带，包含：
[0024]
1)本发明第二方面所述改性的pet薄膜，和
[0025]
2)胶水层，所述胶水层结合于所述改性的pet薄膜的pet薄膜的主表面上；
[0026]
所述线束胶带中，所述pu涂层和所述胶水层分别位于所述pet薄膜的两个主表面上。
[0027]
在另一优选例中，所述胶水层通过选自下组的粘合剂涂覆得到：乳液型聚丙烯酸粘合剂、热熔型聚丙烯酸酯粘合剂、溶剂型聚丙烯酸酯粘合剂、或其组合。
[0028]
在另一优选例中，所述胶水层的厚度为40-140um(较佳地50-120um，更佳地70-100um，最佳地80-100um)；
[0029]
所述胶水层的克重为50-150g/m2(较佳地65-130g/m2，更佳地80-110g/m2)。
[0030]
在另一优选例中，所述线束胶带的厚度为52-240um(较佳地68-205um，更佳地96-155um，最佳地110-148um)。
[0031]
在本发明的第四方面，提供了一种粘合产品，采用本发明第三方面所述线束胶带进行所述粘合产品所用导线的捆扎、固定与保护。
[0032]
在另一优选例中，所述粘合产品为汽车工业线束。
[0033]
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
[0034]
图1是本发明线束胶带的示意图。
[0035]
图2是本发明剥离性能测试示意图。
[0036]
图3是对比例2所得基于pet布基材料的线束胶带c2的图片。
[0037]
图4是本发明基于pu涂层改性的pet薄膜的线束胶带的图片，其中pu涂层的颜色为无色透明，线束胶带颜色即pet薄膜颜色。
[0038]
图5为本发明耐磨性测试的示意图。
具体实施方式
[0039]
本发明人经过长期而深入的研究，通过在pu乳液中添加蜡粉，并优选地对其配方进行优化，将所得pu乳液施加于pet薄膜上，在添加胶水后，获得了一种兼具优异耐磨性能和剥离性能的线束胶带。在此基础上，发明人完成了本发明。
[0040]
pet布基材料和pet薄膜材料
[0041]
在本发明中，术语“pet布基材料”是指聚酯纤维，简称涤纶，是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经熔体纺丝所得的合成纤维。熔体纺丝包括以下步骤：
①
制备纺丝熔体；
②
熔体通过喷丝孔挤出形成熔体细流；
③
熔体细流冷却固化形成初生纤维；
④
初生纤维上油和卷绕；
⑤
纺织成布。分子组成为短脂肪烃链、酯基、苯环、端醇羟基。优点是具有较高的强度与弹性恢复能力，在曲面粘接中具有较好的服帖性。但由于是由纤维纺织制成，因此表面存在较多的孔隙，易造成胶水渗透，因此需要涂覆更多的胶水，同时带来气味问题。
[0042]
在本发明中，术语“pet薄膜材料”是指由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯切片经过干燥、熔融挤出、流延铸片、双轴向拉伸之后得到的薄膜。分子链由短脂肪烃链、酯基、苯环、端醇羟基所构成。气密性好，机械性能优良，抗张强度和抗冲击强度较高。由于表面无空隙，因此可以避免胶水渗透，减少胶水的涂覆量，并且阻隔气味的逸出。
[0043]
此外，pet布基材料和pet薄膜材料还存在如下区别特点，见表1。
[0044]
表1
[0045][0046][0047]
pu涂层改性的pet薄膜材料及线束胶带
[0048]
本发明提供了一种带有额外的pu涂层(克重约10g/m2)的改性pet薄膜(克重约50g/m2)，以其为背衬，可提供没有粘合剂渗透的光滑表面，因此，使用较低的粘合剂涂层重量(70g/m2)就可以获得满足要求的线束胶带。该设计可以实现重量轻、气味低的效果。
[0049]
本发明在薄膜(如pet薄膜)上提供了一种高耐磨的pu涂层，所得产品可用于线束胶带。
[0050]
在本发明中，形成pu涂层的pu乳液包含如下组分：pu分散体、pe/ptfe蜡粉(wax powder)、添加剂(例如交联剂、润湿剂等)。
[0051]
应理解，在本发明中，所述pu分散体已经聚合，其在薄膜表面涂布后经高温处理进行进一步的交联。
[0052]
在本发明中，通过在pu乳液中添加特定的pe/ptfe蜡粉，将所得pu乳液涂布于pet薄膜上后，所得pu涂层具有优异的耐磨性，所得pu涂层改性的pet薄膜可在相对更低的克重(如50-60g/m2)和相对更薄的厚度(如35-50um)下获得与厚204um、克重130g/m2的pet布基材料相当的耐磨性能。前述pet布基材料和pu涂层改性的pet薄膜在分别施用约90-100g/m2克重的胶水后，使用本技术pu涂层改性的pet薄膜所得线束胶带的耐磨性能显著提升(可为1534次)，显著优于使用pet布基材料所得线束胶带的耐磨性能(仅为573次)。
[0053]
在本发明中，虽然单独的pet薄膜的耐磨性能很差(仅为6次)，但是通过本发明所述pu涂层的改性，所得产品的耐磨性实现了显著的提升(6提升为160，提升约27倍)，在进一步施用胶水后，所得产品的耐磨性实现了更显著的提高(596提升为1534，提升约2.6倍)。
[0054]
本发明所述pu涂层可以显著提高纯薄膜的耐磨性，并且还可以实现离型功能(或剥离功能)，而无需额外的离型涂层(或剥离涂层)。
[0055]
应理解，本发明中，pu乳液的配制、pu涂层的涂覆以及胶水的施加可采用本领域常规的方式实现，在此不再赘述。
[0056]
应理解，本发明中，术语“包含”可与如下术语互换使用：“主要由
……
组成”、“由
……
组成”。
[0057]
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
[0058]
(1)pu涂层改性的pet薄膜胶带的耐磨性(约1534次)显著优于pet布基胶带(约573次)；
[0059]
(2)与传统的pet布基线束胶带相比，节省了成本(pet布基胶带成本约为5.93元/m2，pu涂层改性的pet薄膜胶带成本约为4.29元/m2)；
[0060]
(3)膜的厚度/重量易于调节；
[0061]
(4)没有胶粘剂的渗透使得胶粘剂的涂层重量降低，节省了胶粘剂的用量；
[0062]
(5)低异味(薄膜的空气透过率几乎为零，可以阻止气体的逸出)(vda270:2018气味测试结果：在80度的测试条件下，pet布基胶带为4.5，pu涂层改性的pet薄膜胶带为3.5，分数越低代表气味越小)；
[0063]
(6)本发明所述pu涂层具有优异的耐磨性能，本发明所述pu涂层改性的pet薄膜可以极低的厚度和极低的克重实现优异的耐磨性，在施用胶水后，本发明所得线束胶带兼具优异的剥离性能、优异的耐磨性能、低成本、绿色环保等优势；
[0064]
(7)经过pu涂层处理的pet薄膜重量轻，在满足耐磨性能的同时有助于实现汽车轻量化。
[0065]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
[0066]
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中
所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0067]
通用原料
[0068]
1)pet布基材料：购自苏州同初纺织科技有限公司，型号f119；
[0069]
2)pet薄膜：购自三菱化学，型号hostaphan rnk；
[0070]
3)pu乳液组分：
[0071]
3-1)聚氨酯分散体：购自科思创聚合物(中国)有限公司，牌号40％固含量；
[0072]
3-2)润湿剂：购自毕克化学，型号byk349，有机硅类型；
[0073]
3-3)蜡乳液：购自毕克化学，型号byk23142，用于提高耐磨性能；
[0074]
3-4)交联剂：购自科思创聚合物(中国)有限公司，型号imprafix@io3025；
[0075]
3-5)ptfe/pe蜡粉：购自三拓化学，型号st-863qf，形状白色粉末，粒径2-9um；
[0076]
4)胶水：tesa内部生产，型号tesa-01，组成成分：丙烯酸辛酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸。应理解，采用本领域常规市售的丙烯酸酯胶水也可获得与本发明相当的技术效果。
[0077]
通用测试方法
[0078]
耐磨性测试
[0079]
测试方法：vw 603 60:2006-03，具体如下：取10cm长胶带样条，贴在直径为5mm的钢棒上，一个直径0.45mm的钢针作为摩擦物，对胶带施加7n的力，来回摩擦，摩擦长度为15mm，记录胶带破损时所承受的摩擦次数。(见图5)
[0080]
测试条件：
[0081]
1)设备：针状摩擦仪器
[0082]
2)垂直施加力：7n
[0083]
3)摩擦频率：55
±
5次/分钟
[0084]
4)摩擦长度：15
±
1mm
[0085]
5)胶带层数：单层
[0086]
测试性能分级：
[0087]
a级无摩擦性＜100次b级略有摩擦性100-499次c级中度摩擦性500-999次d级高摩擦性1000-4999次e级极高摩擦性＞5000次
[0088]
剥离性能测试
[0089]
测试方法：将胶带裁成25mm宽的样条，先将一条粘在钢板上，然后将另一条粘在上述样条的背面，用4kg的钢棍滚压5个来回，然后以300mm/min的速度，180
°
进行剥离。
[0090]
所述测试用于测试胶水在pu涂层上的剥离性能。
[0091]
测试条件：
[0092]
1)剥离角度：180
°
[0093]
2)剥离速度：300mm/min
[0094]
3)胶带宽度：25mm
[0095]
测试性能分级：
[0096]
可剥离1.5-4n/cm不可剥离＞4n/cm
[0097]
气体透过率测试
[0098]
测试方法：din en iso 9237
[0099]
测试在恒定温度、单位压差下单位时间内透过单位面积试样的气体体积。
[0100]
孔隙率测试
[0101]
使用压汞法测试，又称汞孔隙率法。是测定孔径分布的方法。基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。所用压汞仪使用压力最大约200mpa，可测孔范围：0.0064-》950um(孔直径)。
[0102]
气味测试
[0103]
测试方法：vda270:2018，具体如下：样品的带胶面用铝箔覆盖，将样品放入容器密封，80℃放置2h，然后由五名经过专门培训的检测人员嗅辨。评判标准分为六个等级：1＝无异味；2＝稍有气味；3＝有味道，但不刺激；4＝有刺激气味；5＝强烈的刺激气味；6＝无法忍受的味道。
[0104]
实施例1pu乳液1
[0105]
提供100重量份聚氨酯分散体0.6重量份润湿剂byk349，0.8重量份蜡乳液byk23142，2重量份交联剂imprafix@io 3025和0.05重量份ptfe/pe蜡粉st-863qf，搅拌混合，得到pu乳液1。
[0106]
实施例2pu涂层改性的pet薄膜1
[0107]
提供pet薄膜(厚度36um，克重50g/m2)和实施例1制得的pu乳液1，在所述pet薄膜上通过逗号辊涂布施加7um的pu涂层1，经130℃高温处理10min，得到pu涂层改性的pet薄膜1。
[0108]
所述pu涂层改性的pet薄膜1的厚度为43um，克重57g/m2。
[0109]
实施例3线束胶带1
[0110]
提供tesa-01胶水和实施例2制得的pu涂层改性的pet薄膜1，在所述pu涂层改性的pet薄膜1的pet薄膜侧通过逗号辊涂布施加90um的胶水层(胶水层克重90g/m2)，得到线束胶带1(厚度为133um)。
[0111]
对比例1线束胶带c1(使用非pu涂层改性的pet薄膜)
[0112]
同实施例3，区别在于：使用实施例2所用pet薄膜(厚度36um，克重50g/m2)代替实施例2所得pu涂层改性的pet薄膜1，即采用非pu涂层改性的pet薄膜。
[0113]
所得线束胶带c1的厚度为126um。
[0114]
对比例2线束胶带c2(使用pet布基材料代替实施例2制得的pu涂层改性的pet薄膜1)
[0115]
同对比例1，区别在于：使用pet布基材料f119(厚度204um，克重130g/m2)代替pet薄膜。
[0116]
所得线束胶带c2的厚度为249um，照片见图3。
[0117]
对上述产品分别进行耐磨性能和剥离性能测试。
[0118]
实施例2-3、对比例1-2相关产品信息见表2。
[0119]
表2
[0120][0121]
从上表可知：相比于pet薄膜(对比例1)，经过pu涂层改性之后(实施例3)的剥离性能达到可剥离范围内，且耐磨性能达到d级。相比于pet布基胶带(对比例2)，实施例3的耐磨性能显著提高。
[0122]
类似地，提供如下制备例(各物质用量见实施例1)，区别在于：采用厚度25um、克重32g/m2的pet薄膜代替实施例2中pet薄膜(厚度36um，克重50g/m2)。其性能见表3。
[0123]
表3
[0124][0125]
从上表可知：pu涂层的配方中需要加入ptfe/pe蜡粉,才能在显著提高耐磨性的同时提供剥离性能，否则制成的胶带将无法剥离。pet薄膜经过pu涂层优化配方处理后(制备例3、4)，制成的线束胶带4、5相比于线束胶带2的耐磨性能明显提升。在pu涂层中加入ptfe/pe蜡粉后，制成的线束胶带5兼具剥离性能。
[0126]
制备例9-13线束胶带6-9
[0127]
同实施例3，区别在于：ptfe/pe蜡粉添加量不同。
[0128]
各线束胶带的剥离性能见下表4。
[0129]
表4
[0130]
制备例 ptfe/pe蜡粉添加量(重量份)剥离力(n/cm)9线束胶带60510线束胶带10.051.7111线束胶带70.11.0812线束胶带80.50.39
13线束胶带91.10.24
[0131]
从上表可知：ptfe/pe蜡粉的添加量需要在合理范围内才能使剥离性能达到要求值。
[0132]
在本发明提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。