本发明属于仿生材料研发技术领域，具体涉及一种透气性强的改性聚氨酯面层材料。
背景技术
天然皮革由于具有优良的天然特性被人们广泛用于生产日用品和工业品，但随着世界人口的增长，人类对皮革的需求倍增，数量有限的天然皮革早已不能满足人们这种需求。为解决这一矛盾，科学家们几十年前即开始研究开发人造革、合成皮革，以弥补天然皮革的不足。50多年的研究历史过程就是人造革、合成革向天然皮革挑战的过程。合成革行业作为具有广阔发展前景的新兴产业，越来越受到投资者的青睐。随着科技发展与进步，超声波技术、电子技术、微波和高压技术等高新技术都将广泛应用与到合成革领域。另外，人们对低碳环保重视程度正日益加深，合成革行业将更加注重清洁生产，逐步向生态合成革方向发展。随着市场需求的日益升温，供需缺口正在不断加大，我国合成革行业正迎来前所未有的发展机遇。
当前，以三维网络结构超细纤维非织造布为基布的聚氨酯合成革是新一代合成革，被称为第四代人工皮革，具有最接近天然皮革的性能。但是对基材的性能要求和合成制备工艺要求极高，提高了生产成本，并且提升发展空间有限。为此，应当着手于对聚氨酯性能进行更进一步的改性，得到能够极大规模取代天然皮革的合成革产品。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，改性处理后粒子在聚氨酯基体中充分分散，具有透气的微细孔层，并与基布贴合性强。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，向新制备的水性聚氨酯乳液中添加质量分数为0.08-0.12%的高岭石纳米复合材料和质量分数为0.5-0.6%的乙烯基三乙氧基硅烷，超声振荡20-30分钟后放入反应釜中，在混合液上层滴加0.5-0.8毫米厚度的亚油酸进行油封，设置反应温度为230-240℃，反应时间为4-6小时，反应结束后，加入质量分数为15-20%、温度为70-80℃的去离子水，搅拌混合20-30分钟，冷却至常温，得到处理后的聚氨酯乳液，配合助剂搅拌混合得到聚氨酯乳液浆料，经过100-120目筛过滤即得改性聚氨酯面层材料；
所述高岭石纳米复合材料是由高岭石粉与氯化锌溶液混合，混合质量比例为1:4.0-4.5，加入质量分数为0.4-0.6%的月桂醇硫酸钠搅拌30-40分钟，在580-600℃下煅烧4-5小时，干燥研磨得到粒径在1-30纳米之间的粉末。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液的制备方法为：（1）按照重量份计称取：聚己内酯二醇15-18份、1.6己二醇14-16份、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯20-25份、甲苯二异氰酸酯24-27份、甲基乙基酮8-10份、二月桂酸二丁基锡0.6-0.8份、乙醇酸4-6份、蒸馏水20-25份；
（2）向四口烧瓶中加入聚己内酯二醇和1.6己二醇，加热至45-55℃，搅拌均匀后，加入4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯，反应4.5-5.0小时后，加入甲基乙基酮，混合均匀后滴加二月桂酸二丁基锡，继续升温至70-72℃进行反应，反应0.5-1.0小时后降温至40-45℃，加入乙醇酸，反应1-2小时，将反应液倒入高速搅拌的蒸馏水中分散3-5分钟，进行旋转蒸发，蒸发温度为38-40℃，得到水性聚氨酯乳液。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液固含量为28.0-28.5%。
作为对上述方案的进一步改进，所述高岭石粉粒径大小在30-50目之间。
作为对上述方案的进一步改进，所述氯化锌溶液的质量浓度为20-25%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述聚己内酯二醇和1.6己二醇均经过脱水处理，并在0.09-0.1mpa下抽真空处理20-25分钟。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述旋转蒸发温度为44-48℃，真空表示数为0.08-0.09mpa。
高岭石中的铝硅四面体层状晶体结构，在纳米态能够起到成核剂的作用，聚集结合纳米氧化锌具有超强的透气性，高岭石粉与氯化锌溶液混合水解形成特性胶粒，煅烧后作为复合纳米材料被聚氨酯乳液剥离成纳米级分散，形成均匀聚氨酯面层材料。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有新一代合成革的不足问题，本发明提供了一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，对于基布具有广泛适用性，向新制备的水性聚氨酯乳液中添加高岭石纳米复合材料和乙烯基三乙氧基硅烷进行反应改性，新制备的水性聚氨酯乳液固含量较低，便于改性处理，同时能够提高溶剂的回收利用，解决挥发性溶剂的污染问题，通过对聚氨酯乳液进行改性，复合粒子在聚氨酯基体中充分分散，具有透气的微细孔层，并与基布贴合性强，能够从根本上解决合成革不如天然革的问题，本发明制备得到的聚氨酯合成革透气性可达360-380l/（m2·s），透湿性达到4.0-4.2mg/（cm2·h），吸水性达到25-28%，断裂强度达到525-530n/cm，经向撕裂强度达到80-85n，极大的满足了人们对于皮革性能的要求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，向新制备的水性聚氨酯乳液中添加质量分数为0.08%的高岭石纳米复合材料和质量分数为0.5%的乙烯基三乙氧基硅烷，超声振荡20分钟后放入反应釜中，在混合液上层滴加0.5毫米厚度的亚油酸进行油封，设置反应温度为230℃，反应时间为4小时，反应结束后，加入质量分数为15%、温度为70℃的去离子水，搅拌混合20分钟，冷却至常温，得到处理后的聚氨酯乳液，配合助剂搅拌混合得到聚氨酯乳液浆料，经过100目筛过滤即得改性聚氨酯面层材料；
所述高岭石纳米复合材料是由高岭石粉与氯化锌溶液混合，混合质量比例为1:4.0，加入质量分数为0.4%的月桂醇硫酸钠搅拌30分钟，在580℃下煅烧4小时，干燥研磨得到粒径在1-30纳米之间的粉末。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液的制备方法为：（1）按照重量份计称取：聚己内酯二醇15份、1.6己二醇14份、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯20份、甲苯二异氰酸酯24份、甲基乙基酮8份、二月桂酸二丁基锡0.6份、乙醇酸4份、蒸馏水20份；
（2）向四口烧瓶中加入聚己内酯二醇和1.6己二醇，加热至45℃，搅拌均匀后，加入4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯，反应4.5小时后，加入甲基乙基酮，混合均匀后滴加二月桂酸二丁基锡，继续升温至70℃进行反应，反应0.5小时后降温至40℃，加入乙醇酸，反应1小时，将反应液倒入高速搅拌的蒸馏水中分散3分钟，进行旋转蒸发，蒸发温度为38℃，得到水性聚氨酯乳液。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液固含量为28.0%。
作为对上述方案的进一步改进，所述高岭石粉粒径大小在30-50目之间。
作为对上述方案的进一步改进，所述氯化锌溶液的质量浓度为20%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述聚己内酯二醇和1.6己二醇均经过脱水处理，并在0.09mpa下抽真空处理20分钟。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述旋转蒸发温度为44℃，真空表示数为0.08mpa。
实施例2
一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，向新制备的水性聚氨酯乳液中添加质量分数为0.10%的高岭石纳米复合材料和质量分数为0.55%的乙烯基三乙氧基硅烷，超声振荡25分钟后放入反应釜中，在混合液上层滴加0.6毫米厚度的亚油酸进行油封，设置反应温度为235℃，反应时间为5小时，反应结束后，加入质量分数为18%、温度为75℃的去离子水，搅拌混合25分钟，冷却至常温，得到处理后的聚氨酯乳液，配合助剂搅拌混合得到聚氨酯乳液浆料，经过110目筛过滤即得改性聚氨酯面层材料；
所述高岭石纳米复合材料是由高岭石粉与氯化锌溶液混合，混合质量比例为1:4.3，加入质量分数为0.5%的月桂醇硫酸钠搅拌35分钟，在590℃下煅烧4.5小时，干燥研磨得到粒径在1-30纳米之间的粉末。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液的制备方法为：（1）按照重量份计称取：聚己内酯二醇16份、1.6己二醇15份、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯22份、甲苯二异氰酸酯25份、甲基乙基酮9份、二月桂酸二丁基锡0.7份、乙醇酸5份、蒸馏水22份；
（2）向四口烧瓶中加入聚己内酯二醇和1.6己二醇，加热至50℃，搅拌均匀后，加入4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯，反应4.8小时后，加入甲基乙基酮，混合均匀后滴加二月桂酸二丁基锡，继续升温至71℃进行反应，反应0.8小时后降温至42℃，加入乙醇酸，反应1.5小时，将反应液倒入高速搅拌的蒸馏水中分散4分钟，进行旋转蒸发，蒸发温度为39℃，得到水性聚氨酯乳液。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液固含量为28.3%。
作为对上述方案的进一步改进，所述高岭石粉粒径大小在30-50目之间。
作为对上述方案的进一步改进，所述氯化锌溶液的质量浓度为23%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述聚己内酯二醇和1.6己二醇均经过脱水处理，并在0.095mpa下抽真空处理23分钟。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述旋转蒸发温度为46℃，真空表示数为0.085mpa。
实施例3
一种透气性强的改性聚氨酯面层材料，向新制备的水性聚氨酯乳液中添加质量分数为0.12%的高岭石纳米复合材料和质量分数为0.6%的乙烯基三乙氧基硅烷，超声振荡30分钟后放入反应釜中，在混合液上层滴加0.8毫米厚度的亚油酸进行油封，设置反应温度为240℃，反应时间为6小时，反应结束后，加入质量分数为20%、温度为80℃的去离子水，搅拌混合30分钟，冷却至常温，得到处理后的聚氨酯乳液，配合助剂搅拌混合得到聚氨酯乳液浆料，经过120目筛过滤即得改性聚氨酯面层材料；
所述高岭石纳米复合材料是由高岭石粉与氯化锌溶液混合，混合质量比例为1:4.5，加入质量分数为0.6%的月桂醇硫酸钠搅拌40分钟，在600℃下煅烧5小时，干燥研磨得到粒径在1-30纳米之间的粉末。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液的制备方法为：（1）按照重量份计称取：聚己内酯二醇18份、1.6己二醇16份、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯25份、甲苯二异氰酸酯27份、甲基乙基酮10份、二月桂酸二丁基锡0.8份、乙醇酸6份、蒸馏水25份；
（2）向四口烧瓶中加入聚己内酯二醇和1.6己二醇，加热至55℃，搅拌均匀后，加入4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯，反应5.0小时后，加入甲基乙基酮，混合均匀后滴加二月桂酸二丁基锡，继续升温至70-72℃进行反应，反应1.0小时后降温至45℃，加入乙醇酸，反应2小时，将反应液倒入高速搅拌的蒸馏水中分散5分钟，进行旋转蒸发，蒸发温度为40℃，得到水性聚氨酯乳液。
作为对上述方案的进一步改进，所述新制备的水性聚氨酯乳液固含量为28.5%。
作为对上述方案的进一步改进，所述高岭石粉粒径大小在30-50目之间。
作为对上述方案的进一步改进，所述氯化锌溶液的质量浓度为25%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）所述聚己内酯二醇和1.6己二醇均经过脱水处理，并在0.1mpa下抽真空处理25分钟。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（2）所述旋转蒸发温度为48℃，真空表示数为0.09mpa。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略高岭石纳米复合材料的制备添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，仅使用纳米氧化锌对聚氨酯乳液进行改性处理，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，仅使用纳米硅酸铝对聚氨酯乳液进行改性处理，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工制备改性聚氨酯面层材料，同时以现有的合成革用聚氨酯树脂配制成固含量为28%的乳液，配合与实施例相同的助剂搅拌混合得到聚氨酯乳液浆料，经过100目筛过滤得到聚氨酯面层材料作为对照，采用相同的非织造基布，对基布进行上料、烘干、冷却，对各组制备得到的合成革进行性能测试，结果如下表所示：
本发明制备得到的聚氨酯合成革透气性可达360-380（l/（m2·s）），透湿性达到4.0-4.2（mg/（cm2·h）），吸水性达到25-28%，断裂强度达到525-530（n/cm），经向撕裂强度达到80-85n，其合成革具有透湿透气性能优异、手感好、近似天然皮革的风格和外观等优点，在使用过程中利用水与溶剂互溶的特性，将溶剂抽提出来循环利用，以降低环境污染和生产成本，因此应用十分广泛，极大的满足了人们对于皮革性能的要求。