基于碳达峰策略的有机硅合成革原位涂层技术取得突破
点击数：6112023-03-08 18:23:43 来源: 四川大学 皮革化学与工程教育部重点实验室
聚氨酯合成革的制造已完成从简单仿形到高度仿真的转变，性能也越来越接近天然皮革，在人们的日常生活中占据着十分重要的地位。但是，聚氨酯合成革产业发展面临着关键原料二异氰酸酯依赖进口、多元醇严重依赖石油资源的共性技术难题的挑战，因此，寻找“替代二异氰酸酯和石油基原料的涂层材料”和新的涂层技术成为合成革行业发展的新趋势。
基于上述背景，四川大学范浩军教授、苏州大学孙哲博士团队利用乙烯基硅油和含氢硅油在热诱导催化体系中原位聚合反应制备出了有机硅聚合物（PDMS）涂层，并与基布复合制备出了有机硅合成革。通过研究体系中各组分对涂膜拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐热、耐寒、耐磨、耐刮性等的影响，获得有机硅聚合物涂层物性的调控方法。
PDMS聚合物形成机理如图1所示。
图1 PDMS聚合物的形成机理
沿袭传统的干法合成革制造技术，以离型纸作为载体，采用三涂三烘工艺，来制备有机硅合成革，其工艺流程如图2所示。
图2 有机硅合成革制造流程示意图
四川大学、成都硅宝科技股份有限公司、成都方生宇度科技有限公司三方通力合作，在西部地区成都方生宇度科技有限公司建立了首条生产线，实现产业化生产，图3为有机硅合成革原位涂层生产线。
图3 有机硅合成革原位涂层生产线
对有机硅合成革涂层的低温曲挠性、耐磨性、疏水及防污性等物性进行测试，发现有机硅合成革涂层除表现出优异的耐寒性、耐磨耐刮性（图4）外，有机硅合成革还表现出优异的防污性（防涂鸦）。当油性笔在有机硅合成革涂层表面书写时，墨痕发生明显收缩，干燥后的笔痕用纸巾可轻易去除（图5），可满足大于100次的防涂鸦性能。相关成果发表在行业顶级学术期刊上（ Progress in Organic Coatings 和 Journal of Leather Science and Engineering）。
a—PDMS：b—PU；c—PVC
图4 三类人工革涂层耐磨性测试
图5 有机硅涂层的防涂鸦性能（油性笔）
我国合成革年产量70亿米，所需聚氨酯涂层材料达200万吨/年，完全依赖石油资源。该研究创新性地将有机硅材料应用于合成革的制造，实现了合成革涂层材料以“硅”代“碳”，为制备非异氰酸酯基、非石油基生态合成革提供了新路径，有望解决传统合成革涂层材料对碳基材料的依赖，可助力国家“双碳”战略的实施。同时我国有机硅原料供应链成熟，有机硅原料在地壳中含量丰富，因此，有机硅合成革具备良好的产业化前景。
该项研究工作得到国家自然科学基金项目（22178238）、浙江省尖兵、领雁重点攻关项目（2022C01190）、丽水市经济绿谷精英人才项目的资助。
代表性论文
[1] Wenkai Wang, Haojun Fan*, Jun Xiang, Qiang Huang and Xiangquan Chen. Organosilicon leather coating technology based on carbon peak strategy[J]. Journal of Leather Science and Engineering, 2022, 4(1): 27-38.
[2]Jiating Wen, Zhe Sun, Fanglong Zhu, Haojun Fan*.Construction of a fluorine-free anti-smudge waterborne polyurethane coating[J]. Progress in Organic Coatings 2023, 174:107254
[3]Zhe Sun, Jiating Wen, Wenkai Wang, Haojun Fan*, Yi Chen, Jun Yan, Jun Xiang. Polyurethane covalently modified polydimethylsiloxane (PDMS) coating with increased surface energy and re-coatability [J]. Progress in Organic Coatings, 2020, 146: 105744.
[4] Zhe Sun, Jiating Wen, Wenkai Wang, Haojun Fan*, Yi Chen, Jun Yan, Jun Xiang. A reactive compatibilizer for polydimethylsiloxane-polyurethane composite coating [J]. Progress in Organic Coatings, 2021, 152: 106118.