综述：聚氨酯合成革多孔表面涂层制备研究综述

《Collagen and Leather》：Porous surface coating fabrication for polyurethane synthetic leather: a review

本综述系统分析了聚氨酯（PU）合成革多孔涂层制备技术的最新进展。文章围绕清洁生产（Clean Production）理念，重点探讨了化学发泡剂（CBA）、热膨胀微胶囊（TEM）、激光打孔、空心微球、表面活性剂稳泡及Pickering泡沫模板等六种关键技术对水蒸气透过率（WVP）的提升机制（计算公式：WVP=ΔM×l/(A×Δt×ΔP)），为开发高透气性环保合成革提供了重要技术路径。

　　

1 引言

皮革作为千年传统材料因其独特的透气性和舒适度备受青睐，但动物皮革面临资源短缺和环保争议的双重挑战。合成革应运而生，其中聚氨酯（PU）因其卓越的机械性能和可调控性逐步取代聚氯乙烯（PVC），成为主流涂层材料。然而，传统溶剂型聚氨酯（SPU）生产过程中挥发性有机物（VOCs）的排放问题亟待解决，水性聚氨酯（WPU）和无溶剂聚氨酯（SFPU）因其低毒、环保特性成为清洁生产的关键方向。

2 合成革的结构与生产

天然皮革的梯度式胶原纤维网络结构（图2）赋予其优异的透气性能，而合成革通过多层复合结构模拟这一特性：基布层模拟胶原纤维支撑结构，中间发泡层提升柔软度与透气性，表层聚合物涂层提供美观与耐用性。生产工艺从直接浸渍转向转移涂层（图3），有效避免有机溶剂使用，契合WPU/SFPU的加工需求。

3 多孔涂层制备技术

3.1 非模板法

3.1.1 化学发泡剂（CBA）

通过4,4'-氧双（苯磺酰肼）（OBSH）等试剂热分解产生气体形成孔隙。例如，ZnO改性OBSH可使水蒸气透过率（WVTR）提升至886.7 g/(m²·d)，但存在分散不均和副产物残留问题。

3.1.2 热膨胀微胶囊（TEM）

以Expancel?为代表的热塑性壳层包裹烃类发泡剂，加热后体积膨胀50-100倍。研究表明，2 wt% TEM添加使SFPU的WVTR达518±18 g/(m²·d)，但闭孔结构限制透气性提升。

3.1.3 激光打孔

紫外激光（如355 nm）可制备微米级孔道阵列，使WVTR提升53.5%。飞秒激光（343 nm）技术进一步优化孔道均匀性，WVTR突破1200 g/(m²·d)，但机械强度会下降22.5%。

3.2 模板法

3.2.1 空心微球

空心二氧化钛微球（HTS）和空心二氧化硅微球（HMS）通过内部连通孔道形成三维渗透网络。双壳层HTS使SFPU的WVTR提升至2070.3 mg/(10 cm²·24 h)，且抗菌率达95.3%。

3.2.2 表面活性剂稳泡模板

机械起泡形成气-液模板，干燥过程中气泡破裂形成开孔结构。WPU/银纳米粒子复合泡沫使WVTR达6778.95 g/(m²·24 h)，并具备抗菌功能。

3.2.3 Pickering泡沫模板

纳米粒子（如二氧化硅）替代表面活性剂稳定泡沫界面，避免化学残留。双粒子策略构建的Janus双层结构使WVTR达2442 g/(m²·24 h)，代表绿色制备方向。

4 技术对比与展望

不同方法在WVTR、机械强度和环保性上各具优势（表1）。激光打孔和空心微球技术在高透气性方面表现突出，而Pickering泡沫模板更具可持续性潜力。未来需平衡孔隙率与力学性能的矛盾，开发低能耗规模化生产工艺，推动合成革向高性能化、功能化方向发展。