淺談皮革防油和動態防水工藝范文

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摘要:介紹了皮革防油和動態防水的機理與防水劑分類,從理論與實際應用2個方面研究了影響皮革防油和動態防水的因素。總結了皮革防油和動態防水的生產工藝與注意事項,包括藍濕革準備與皮革加工工藝等方面。指出藍濕革的狀態、復鞣劑的種類和用量、中和pH值、填充劑的用量、染料的種類和防水材料的選用等因素都會對皮革防油和防水性能產生影響。

關鍵詞:皮革;防油;動態防水;防水材料;制革工藝

前言

天然皮革主要由膠原蛋白質纖維組成,纖維之間有很多天然的孔隙,加工的皮革制品具有天然的透氣性和吸汗性,穿著舒適性好。但皮革本身含有許多羧基、氨基、羥基等親水性基團,如果不做特殊處理,其制品在日常穿著過程中容易吸水并且不易護理,因而對皮革進行防油和防水處理具有顯著的實用價值。

1皮革防水加工的常用方法

皮革防水的方法有2種,1種是用疏水性物質堵塞皮革纖維間的孔隙,使皮革變得更緊實,水分難以通過皮革制品外層達到里層,這種方式常用的化學品有2類,一類是油脂、石蠟、羊毛脂等疏水性物質,這類物質使用時用量大,同時會增加皮革的重量,目前已較少使用;另一類是自乳化的油包水型防水油,這類物質加工后其中油性疏水物質沉積在皮革纖維之間,當皮革與水接觸時在皮革表面形成油包水型乳液,由于油脂尺寸變大發生膨脹,以致封閉皮革纖維間的孔隙,從而阻止水的滲透,這類物質常用于皮革鞣制過程中和加脂劑一起使用,能賦予皮革較好的靜態防水性能,同時賦予一定的動態防水性能。這2類物質都會一定程度上阻止水汽透過皮革里層到達外層,用量多時會影響皮革的透氣性和制品的舒適性,因而有一定的局限性[1]。另1種方法是降低皮革纖維的表面張力,使水性液體或油性液體停留到皮革表層,不滲透到皮革里層,目前這種方法所使用的助劑有2類,1類是有機硅酮類材料,另1類是有機氟類材料。這2類物質都是在皮革纖維表層形成一層無形的保護層,不會堵塞皮革纖維之間的孔隙,因而不會影響皮革制品的透氣性。有機硅酮類材料常用于皮革的頂層涂飾中,降低皮革的表面張力,同時賦予皮革一定的耐磨性。由于有機硅酮類材料的表面張力仍然高于油的表面張力,因而有機硅酮類材料處理的皮革并不能防油。相對于硅酮類材料,有機氟材料的表面張力更低,能將皮革的表面張力降低到油以下,從而能發揮較好的防水、防油、防污性能[2]。皮革用有機氟類防水材料的有溶劑型和水性型2類,溶劑型產品主要用于噴涂處理,水性產品既可用于鞣制和染色階段,也可用于噴涂處理。這2種方法加工的皮革各有優缺點,第1種方法處理的皮革具有一定的動態防水性能,但沒有防油防污性能,且用量高對皮革的透氣性有影響,第2種方法中有機氟材料處理的皮革具有較好的靜態防水性和防油性能。若能將2種方法結合起來,發揮各自的優點,其制成的皮革性能會大大提高。本文將自乳化的防水油和有機氟防水材料2種防水助劑結合起來使用,研究了皮革防油和動態防水的生產工藝。

2試驗材料

藍濕革,英國牛鞋面革;有機氟防水材料,短碳鏈有機氟皮革保護劑,美國3M公司。

3試驗工藝與測試方法

工藝:復鞣-水洗-中和-填充-防水處理-填充-染色-酸固定-水洗-鋁鹽固定-水洗-烘干藍濕革親水測試參考織物親水性測試方法AATCC79-2010,皮革防油測試參考織物防油測試方法AATCC118-2012,皮革動態防水測試參照ASTMD2099,皮革透氣測試參照QB/T2799-2006。

4影響皮革防油和動態防水的因素

4.1藍濕革的影響

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張力,任何親水物質或提高皮革表面張力的物質都會影響皮革的防水性。從生皮到藍濕革的制作過程中會使用大量親水性的表面活性劑,若這些表面活性劑殘留在藍濕革上,使藍濕革具有很強的瞬間親水性能,那么該藍濕革就不適合做防水革,因此做防水革時首先要檢驗坯革的親水性能,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以上的停頓時間,則適合做防水革,反之則要先對藍濕革做充分水洗,去除親水物質后再做防水加工[1]。同時坯革的松緊結構也會影響皮革的動態防水性能,結構越緊實,動態防水性能越好,結構越松弛,動態防水性能越差。另外也要用新鮮藍濕革,以達到最佳的防油和動態防水效果。

4.2復鞣劑的影響

復鞣過程中所用的復鞣劑大部分是表面活性很強的物質,具有一定的親水性,會不同程度地影響皮革的防水性。合適的復鞣劑會對防油和動態防水性能有正面的影響,不合適的復鞣劑會降低防油及動態防水性能。在應用于防水革生產之前,要檢驗復鞣劑對防水性能的影響,篩選合適的復鞣劑以降低對皮革防水性能的影響,并在允許的范圍內減少復鞣劑的用量。復鞣后加強水洗,洗掉多余的表面活性劑和親水性物質。研究復鞣劑種類和用量對皮革防油和動態防水性能的影響,結果見表1。其工藝流程為:復鞣-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充劑3%)-加防水油脂4%和有機氟防水材料4%-第2道填充(填充劑2%)-染色-酸固定-水洗-鋁鹽固定(2%)-水洗-烘干,文中材料用量均以藍濕革質量為基準。從表1可看出:復鞣劑的種類會影響皮革的防油和動態防水性能,非糖化栲膠鞣劑的親水基團較少,對皮革纖維表面張力的影響較小,因此用非糖化栲膠做復鞣劑的皮革,具有良好的防油性能和動態防水性能。糖化栲膠具有更多的親水基團,對皮革纖維表面張力的影響較大,因此用糖化栲膠做復鞣劑的皮革,不能達到理想的防油和動態防水性能。鉻粉對表面張力基本沒有影響,因此良好并均勻的鉻粉復鞣后的皮革,能達到良好的防油和動態防水性能。考慮到鞋面革的整體風格要求,采用對革質量4%的非糖化栲膠加4%鉻粉作為復合復鞣劑,最后制成的皮革具有良好的防油和動態防水性能,且革身平整、柔軟豐滿、有彈性、革面緊實。

4.3中和pH值的影響

考慮到鞋面革要求革身平整、柔軟豐滿、有彈性、革面緊實,中和時皮革內外層pH值宜調至5.0~5.5。因為有機氟防水材料呈陰離子性,與陽離子性的皮革纖維相互吸附才能充分發揮防水功效,若浴液中有陽離子性的物質存在,陽離子性的物質會先結合防水劑,導致乳液穩定性破壞,影響功效,因此加防水劑前應預先中和浴中的陽離子物質。另外防水油在pH值5.0~6.5之間時,在皮革中的滲透性最好,因此應預先中和浴液和皮革的pH值,同時考慮到鞋面革的風格要求,應將浴液和皮革內外層pH值中和至5.0~5.5,且中和充分透徹,保證防水材料充分滲透。中和結束可用溴甲酚綠溶液滴定在皮革的截面切口上,若截面切口呈黃色,則說明中和充分;反之則說明中和不充分,要繼續加強中和[3]。

4.4填充劑的影響

同上考慮到鞋面革革身平整、柔軟豐滿、有彈性、革面緊實的要求,在防水處理前后應選用填充劑進行填充處理,使制品看起來更高檔。填充過程中所用的填充劑部分是表面活性很強的物質,具有強的親水性,會不同程度地影響皮革的防水性。在應用于防水生產之前,要檢驗填充劑對防水性能的影響,篩選親水性弱一些的填充劑以降低對皮革防水性能的影響,或者在允許的范圍內盡量減少填充劑的用量。填充后加強水洗,洗掉多余的表面活性劑和親水性物質。填充劑對皮革防油和動態防水性能的影響見表2,其工藝流程為:復鞣(4%非糖化栲膠和4%鉻粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充-加防水油脂4%和有機氟防水材料4%-第2道填充-染色-酸固定-水洗-鋁鹽固定(2%)-水洗-烘干。從表2可以看出:填充劑用量影響皮革的防油和動態防水性能,考慮到皮革的整體風格,采用加2道填充劑的方式進行填充,但用量不宜過多,當填充劑總用量為7%時,防油和動態防水都有顯著下降。總用量5%的填充劑對防油和動態防水的影響最小,因此第1道填充時用3%的填充劑,第2道填充時用2%的填充劑,效果較好。

4.5染料的影響

染色時為了幫助染料更好地分散和滲透及均勻染色,皮革用染料中也含有分散性和滲透性很強的添加劑,這些物質也具有強的親水性,也會影響防油和動態防水性能,當然不同染料所含有的添加劑類別和含量不同,親水性也會有所不同,做防水革應盡量篩選親水性弱一些的染料,染色后也要加強水洗,洗掉殘余的分散劑、滲透劑及勻染劑。

4.6防水材料的影響

前已述及2類防水材料各有優缺點,為達到更好的防油及動態防水性能并保持皮革良好的透氣性,嘗試2種防水材料配合使用的方法來做防水革。考慮到鞋面革的手感、風格及防水性能,本試驗選擇兼具加脂作用與防水作用的防水油脂。該防水油脂具有一定的動態防水性能,但沒有防油性能,且用量高時對皮革的透氣性有影響,因此本試驗采用防水油脂加有機氟防水材料相結合的方式,試驗結果見表3。其工藝流程為:復鞣(4%非糖化烤膠和4%鉻粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充劑3%)加防水油脂4%和有機氟防水材料4%-第2道填充(填充劑2%)-染色-酸固定-水洗-鋁鹽固定(2%)水洗-烘干。從表3可以看出:單用防水油脂沒有防油性能且對動態防水性能也提高有限,用量10%的防水油能達到24569次的動態防水性,但皮革的透氣性已顯著下降。6%的防水油脂和4%的有機氟防水材料2種助劑同時使用,能達到較好的防油性和動態防水性并能保持良好的透氣性。

4.7酸固定與金屬鹽固定

防水工序完成后要進行酸化處理,以保證皮革纖維充分吸收防水材料,將防水材料固定在皮革纖維里。酸化處理要分次緩慢進行,可采用先加少量酸再逐漸加大酸用量的方法,直至浴液pH值在3.5左右且不再發生變化,同時檢驗皮革切口的酸化程度,若皮革切口完全酸化,則說明酸化已完成,防水材料在整個皮革切面上均勻固定[3]。酸固定后還需對皮革進行水洗,并再進行金屬鹽固定,鉻粉是常用的防水革固定材料,但對顏色略有影響,不適合白色革和淺色革。白色革和淺色革建議使用鋁鹽或鋯鹽固定,一般建議用量為1.5%~3.0%

4.8烘干與整飾

浴中防水加工工序完成后要將皮革烘干至一定程度,并使皮革里層和外層都保持一致的干燥程度。為保持皮革良好的伸展性,應使皮革保持一定的含水率,同時考慮到防油、防水效果,建議含水率保持在4%~8%[1]。因防水革的防油防水原理是用有機氟材料降低皮革纖維的表面張力,若在皮革纖維上再涂飾表面張力高于有機氟材料的物質會降低防水革的防油、防水性,因此為保證良好的防油和動態防水性能,防水革不建議做后道涂飾處理,避免涂飾劑覆蓋在皮革表層而影響防油和動態防水效果。

5結論

綜合上述結果可以得出,生產防油與動態防水的皮革的工藝為:復鞣(4%的非糖化栲膠加4%鉻粉)-水洗-中和(pH值5.0~5.5)-第1道填充(填充劑3%)-加防水油脂6%和有機氟防水材料4%-第2道填充(填充劑2%)-染色-酸固定-水洗-鋁鹽固定(2%)-水洗-烘干。該工藝制成的鞋面革革身平整、柔軟豐滿、有彈性、革面緊實,具有良好的防油與動態防水性能,且透氣性能良好,鞋制品穿著舒適。皮革動態防水性71523次,防油性可達到4級,透氣性為571mL/(cm2•h)。總體來說,防水革生產時要充分注意藍濕革準備與加工條件等。防水材料與皮革整體充分接觸并在皮革纖維表面形成均勻致密的排列才能充分發揮防水功效,影響防水材料與皮革纖維充分接觸或破壞防水材料在皮革纖維上均勻致密排列的物質如表面活性劑、勻染劑、固色劑等,都可能會影響防水材料的功效發揮。通過合適的中和調整浴液及皮革的pH值,讓防水材料充分滲透至皮革內層,通過酸固定和金屬鹽固定讓防水材料固定在皮革纖維上并充分發揮防油和動態防水功效另外為保持皮革批次間的功效穩定性,務必從藍濕革準備到制備革成品工藝都要嚴格控制。一般來說應注意以下幾個方面:(1)選擇結構緊實并且新鮮的藍濕革,充分去除殘留的表面活性劑;(2)檢驗并選擇合適的復鞣劑、染料等,并充分水洗;(3)加防水材料前要充分中和;(4)填充劑添加要適量;(5)防水油和有機氟防水材料配合使用;(6)做好酸固定、水洗與金屬鹽固定;(7)不建議做后道涂飾處理。

參考文獻

[1]金浩,熊丹柳.皮革工藝與應用[M].上海:華東理工大學出版社,2009:227-229.

[2]周亞麗,李聞欣,強西懷.有機氟材料在皮革中的應用[J].西部皮革,2007,29(10):28.

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

作者：楊俊文 單位：3M中國有限公司