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浅谈皮革防油和动态防水工艺

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摘要:介绍了皮革防油和动态防水的机理与防水剂分类,从理论与实际应用2个方面研究了影响皮革防油和动态防水的因素。总结了皮革防油和动态防水的生产工艺与注意事项,包括蓝湿革准备与皮革加工工艺等方面。指出蓝湿革的状态、复鞣剂的种类和用量、中和pH值、填充剂的用量、染料的种类和防水材料的选用等因素都会对皮革防油和防水性能产生影响。

关键词:皮革;防油;动态防水;防水材料;制革工艺

前言

天然皮革主要由胶原蛋白质纤维组成,纤维之间有很多天然的孔隙,加工的皮革制品具有天然的透气性和吸汗性,穿着舒适性好。但皮革本身含有许多羧基、氨基、羟基等亲水性基团,如果不做特殊处理,其制品在日常穿着过程中容易吸水并且不易护理,因而对皮革进行防油和防水处理具有显著的实用价值。

1皮革防水加工的常用方法

皮革防水的方法有2种,1种是用疏水性物质堵塞皮革纤维间的孔隙,使皮革变得更紧实,水分难以通过皮革制品外层达到里层,这种方式常用的化学品有2类,一类是油脂、石蜡、羊毛脂等疏水性物质,这类物质使用时用量大,同时会增加皮革的重量,目前已较少使用;另一类是自乳化的油包水型防水油,这类物质加工后其中油性疏水物质沉积在皮革纤维之间,当皮革与水接触时在皮革表面形成油包水型乳液,由于油脂尺寸变大发生膨胀,以致封闭皮革纤维间的孔隙,从而阻止水的渗透,这类物质常用于皮革鞣制过程中和加脂剂一起使用,能赋予皮革较好的静态防水性能,同时赋予一定的动态防水性能。这2类物质都会一定程度上阻止水汽透过皮革里层到达外层,用量多时会影响皮革的透气性和制品的舒适性,因而有一定的局限性[1]。另1种方法是降低皮革纤维的表面张力,使水性液体或油性液体停留到皮革表层,不渗透到皮革里层,目前这种方法所使用的助剂有2类,1类是有机硅酮类材料,另1类是有机氟类材料。这2类物质都是在皮革纤维表层形成一层无形的保护层,不会堵塞皮革纤维之间的孔隙,因而不会影响皮革制品的透气性。有机硅酮类材料常用于皮革的顶层涂饰中,降低皮革的表面张力,同时赋予皮革一定的耐磨性。由于有机硅酮类材料的表面张力仍然高于油的表面张力,因而有机硅酮类材料处理的皮革并不能防油。相对于硅酮类材料,有机氟材料的表面张力更低,能将皮革的表面张力降低到油以下,从而能发挥较好的防水、防油、防污性能[2]。皮革用有机氟类防水材料的有溶剂型和水性型2类,溶剂型产品主要用于喷涂处理,水性产品既可用于鞣制和染色阶段,也可用于喷涂处理。这2种方法加工的皮革各有优缺点,第1种方法处理的皮革具有一定的动态防水性能,但没有防油防污性能,且用量高对皮革的透气性有影响,第2种方法中有机氟材料处理的皮革具有较好的静态防水性和防油性能。若能将2种方法结合起来,发挥各自的优点,其制成的皮革性能会大大提高。本文将自乳化的防水油和有机氟防水材料2种防水助剂结合起来使用,研究了皮革防油和动态防水的生产工艺。

2试验材料

蓝湿革,英国牛鞋面革;有机氟防水材料,短碳链有机氟皮革保护剂,美国3M公司。

3试验工艺与测试方法

工艺:复鞣-水洗-中和-填充-防水处理-填充-染色-酸固定-水洗-铝盐固定-水洗-烘干蓝湿革亲水测试参考织物亲水性测试方法AATCC79-2010,皮革防油测试参考织物防油测试方法AATCC118-2012,皮革动态防水测试参照ASTMD2099,皮革透气测试参照QB/T2799-2006。

4影响皮革防油和动态防水的因素

4.1蓝湿革的影响

前已述及皮革防水的原理是使皮革疏水或者降低皮革的表面张力,任何亲水物质或提高皮革表面张力的物质都会影响皮革的防水性。从生皮到蓝湿革的制作过程中会使用大量亲水性的表面活性剂,若这些表面活性剂残留在蓝湿革上,使蓝湿革具有很强的瞬间亲水性能,那么该蓝湿革就不适合做防水革,因此做防水革时首先要检验坯革的亲水性能,方法是用滴管在革表面和截面上滴水,若水珠在上面有2~3s以上的停顿时间,则适合做防水革,反之则要先对蓝湿革做充分水洗,去除亲水物质后再做防水加工[1]。同时坯革的松紧结构也会影响皮革的动态防水性能,结构越紧实,动态防水性能越好,结构越松弛,动态防水性能越差。另外也要用新鲜蓝湿革,以达到最佳的防油和动态防水效果。

4.2复鞣剂的影响

复鞣过程中所用的复鞣剂大部分是表面活性很强的物质,具有一定的亲水性,会不同程度地影响皮革的防水性。合适的复鞣剂会对防油和动态防水性能有正面的影响,不合适的复鞣剂会降低防油及动态防水性能。在应用于防水革生产之前,要检验复鞣剂对防水性能的影响,筛选合适的复鞣剂以降低对皮革防水性能的影响,并在允许的范围内减少复鞣剂的用量。复鞣后加强水洗,洗掉多余的表面活性剂和亲水性物质。研究复鞣剂种类和用量对皮革防油和动态防水性能的影响,结果见表1。其工艺流程为:复鞣-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充剂3%)-加防水油脂4%和有机氟防水材料4%-第2道填充(填充剂2%)-染色-酸固定-水洗-铝盐固定(2%)-水洗-烘干,文中材料用量均以蓝湿革质量为基准。从表1可看出:复鞣剂的种类会影响皮革的防油和动态防水性能,非糖化栲胶鞣剂的亲水基团较少,对皮革纤维表面张力的影响较小,因此用非糖化栲胶做复鞣剂的皮革,具有良好的防油性能和动态防水性能。糖化栲胶具有更多的亲水基团,对皮革纤维表面张力的影响较大,因此用糖化栲胶做复鞣剂的皮革,不能达到理想的防油和动态防水性能。铬粉对表面张力基本没有影响,因此良好并均匀的铬粉复鞣后的皮革,能达到良好的防油和动态防水性能。考虑到鞋面革的整体风格要求,采用对革质量4%的非糖化栲胶加4%铬粉作为复合复鞣剂,最后制成的皮革具有良好的防油和动态防水性能,且革身平整、柔软丰满、有弹性、革面紧实。

4.3中和pH值的影响

考虑到鞋面革要求革身平整、柔软丰满、有弹性、革面紧实,中和时皮革内外层pH值宜调至5.0~5.5。因为有机氟防水材料呈阴离子性,与阳离子性的皮革纤维相互吸附才能充分发挥防水功效,若浴液中有阳离子性的物质存在,阳离子性的物质会先结合防水剂,导致乳液稳定性破坏,影响功效,因此加防水剂前应预先中和浴中的阳离子物质。另外防水油在pH值5.0~6.5之间时,在皮革中的渗透性最好,因此应预先中和浴液和皮革的pH值,同时考虑到鞋面革的风格要求,应将浴液和皮革内外层pH值中和至5.0~5.5,且中和充分透彻,保证防水材料充分渗透。中和结束可用溴甲酚绿溶液滴定在皮革的截面切口上,若截面切口呈黄色,则说明中和充分;反之则说明中和不充分,要继续加强中和[3]。

4.4填充剂的影响

同上考虑到鞋面革革身平整、柔软丰满、有弹性、革面紧实的要求,在防水处理前后应选用填充剂进行填充处理,使制品看起来更高档。填充过程中所用的填充剂部分是表面活性很强的物质,具有强的亲水性,会不同程度地影响皮革的防水性。在应用于防水生产之前,要检验填充剂对防水性能的影响,筛选亲水性弱一些的填充剂以降低对皮革防水性能的影响,或者在允许的范围内尽量减少填充剂的用量。填充后加强水洗,洗掉多余的表面活性剂和亲水性物质。填充剂对皮革防油和动态防水性能的影响见表2,其工艺流程为:复鞣(4%非糖化栲胶和4%铬粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充-加防水油脂4%和有机氟防水材料4%-第2道填充-染色-酸固定-水洗-铝盐固定(2%)-水洗-烘干。从表2可以看出:填充剂用量影响皮革的防油和动态防水性能,考虑到皮革的整体风格,采用加2道填充剂的方式进行填充,但用量不宜过多,当填充剂总用量为7%时,防油和动态防水都有显著下降。总用量5%的填充剂对防油和动态防水的影响最小,因此第1道填充时用3%的填充剂,第2道填充时用2%的填充剂,效果较好。

4.5染料的影响

染色时为了帮助染料更好地分散和渗透及均匀染色,皮革用染料中也含有分散性和渗透性很强的添加剂,这些物质也具有强的亲水性,也会影响防油和动态防水性能,当然不同染料所含有的添加剂类别和含量不同,亲水性也会有所不同,做防水革应尽量筛选亲水性弱一些的染料,染色后也要加强水洗,洗掉残余的分散剂、渗透剂及匀染剂。

4.6防水材料的影响

前已述及2类防水材料各有优缺点,为达到更好的防油及动态防水性能并保持皮革良好的透气性,尝试2种防水材料配合使用的方法来做防水革。考虑到鞋面革的手感、风格及防水性能,本试验选择兼具加脂作用与防水作用的防水油脂。该防水油脂具有一定的动态防水性能,但没有防油性能,且用量高时对皮革的透气性有影响,因此本试验采用防水油脂加有机氟防水材料相结合的方式,试验结果见表3。其工艺流程为:复鞣(4%非糖化烤胶和4%铬粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充剂3%)加防水油脂4%和有机氟防水材料4%-第2道填充(填充剂2%)-染色-酸固定-水洗-铝盐固定(2%)水洗-烘干。从表3可以看出:单用防水油脂没有防油性能且对动态防水性能也提高有限,用量10%的防水油能达到24569次的动态防水性,但皮革的透气性已显著下降。6%的防水油脂和4%的有机氟防水材料2种助剂同时使用,能达到较好的防油性和动态防水性并能保持良好的透气性。

4.7酸固定与金属盐固定

防水工序完成后要进行酸化处理,以保证皮革纤维充分吸收防水材料,将防水材料固定在皮革纤维里。酸化处理要分次缓慢进行,可采用先加少量酸再逐渐加大酸用量的方法,直至浴液pH值在3.5左右且不再发生变化,同时检验皮革切口的酸化程度,若皮革切口完全酸化,则说明酸化已完成,防水材料在整个皮革切面上均匀固定[3]。酸固定后还需对皮革进行水洗,并再进行金属盐固定,铬粉是常用的防水革固定材料,但对颜色略有影响,不适合白色革和浅色革。白色革和浅色革建议使用铝盐或锆盐固定,一般建议用量为1.5%~3.0%

4.8烘干与整饰

浴中防水加工工序完成后要将皮革烘干至一定程度,并使皮革里层和外层都保持一致的干燥程度。为保持皮革良好的伸展性,应使皮革保持一定的含水率,同时考虑到防油、防水效果,建议含水率保持在4%~8%[1]。因防水革的防油防水原理是用有机氟材料降低皮革纤维的表面张力,若在皮革纤维上再涂饰表面张力高于有机氟材料的物质会降低防水革的防油、防水性,因此为保证良好的防油和动态防水性能,防水革不建议做后道涂饰处理,避免涂饰剂覆盖在皮革表层而影响防油和动态防水效果。

5结论

综合上述结果可以得出,生产防油与动态防水的皮革的工艺为:复鞣(4%的非糖化栲胶加4%铬粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充剂3%)-加防水油脂6%和有机氟防水材料4%-第2道填充(填充剂2%)-染色-酸固定-水洗-铝盐固定(2%)-水洗-烘干。该工艺制成的鞋面革革身平整、柔软丰满、有弹性、革面紧实,具有良好的防油与动态防水性能,且透气性能良好,鞋制品穿着舒适。皮革动态防水性71523次,防油性可达到4级,透气性为571mL/(cm2•h)。总体来说,防水革生产时要充分注意蓝湿革准备与加工条件等。防水材料与皮革整体充分接触并在皮革纤维表面形成均匀致密的排列才能充分发挥防水功效,影响防水材料与皮革纤维充分接触或破坏防水材料在皮革纤维上均匀致密排列的物质如表面活性剂、匀染剂、固色剂等,都可能会影响防水材料的功效发挥。通过合适的中和调整浴液及皮革的pH值,让防水材料充分渗透至皮革内层,通过酸固定和金属盐固定让防水材料固定在皮革纤维上并充分发挥防油和动态防水功效另外为保持皮革批次间的功效稳定性,务必从蓝湿革准备到制备革成品工艺都要严格控制。一般来说应注意以下几个方面:(1)选择结构紧实并且新鲜的蓝湿革,充分去除残留的表面活性剂;(2)检验并选择合适的复鞣剂、染料等,并充分水洗;(3)加防水材料前要充分中和;(4)填充剂添加要适量;(5)防水油和有机氟防水材料配合使用;(6)做好酸固定、水洗与金属盐固定;(7)不建议做后道涂饰处理。

参考文献

[1]金浩,熊丹柳.皮革工艺与应用[M].上海:华东理工大学出版社,2009:227-229.

[2]周亚丽,李闻欣,强西怀.有机氟材料在皮革中的应用[J].西部皮革,2007,29(10):28.

[3]PerterDanisch.防水革的防水性能研究[J].中国皮革,2004,33(3):40-48.

作者:杨俊文 单位:3M中国有限公司

浅谈皮革防油和动态防水工艺责任编辑:张雨    阅读:人次