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  1. 水性树脂在超纤革上的应用原理以及未来发展
  2. 2012-08-23 15:45:49 来源:中国合成革网 点击:
一、问题的提出
  超细纤维合成革是由超纤基布、粘合层及面层树脂组成的类似真皮性能的一类高档人工皮革。超纤产业的诞生和发展,首先来自于日本,至今已有三、四十年的历史。2000年之前,在这一产业的发展过程中,不论是技术还是产业规模,日本一直是该产业的霸主。欧美及韩国等国际市场上,高档超纤革及制品几乎都是日本货。2000年以后,我国的合成革、超纤革产量大幅上升,普通合成革产能跃为世界第一。然而,在超纤合成革方面,还远远不敢称雄,究其原因是因为这一产业的技术霸主地位仍然被日本占据着。
  那么,日本超纤革因技术上的优势而确立霸主地位又是凭什么样的技术呢?在超纤革基布可以做得足够软、足够轻、足够薄和足够有强度的今天,不难想象日本人提升超纤革品质的关键技术点不完全在于生产超纤基布技术方面,而在于面层以及面层树脂的性状和超纤基材的最佳配合的研究上。
  二、技术的瓶颈
  提升超纤革的品质有许多技术难点,但目前最大的难点却在于超纤基材和表面处理的最佳组合选择上。
  毫无疑问,超纤革基布具有许多优异的物性,如优异的透气透湿性,优异的耐折耐撒裂性,轻柔的手感以及优良的耐化学性等等。这些优良的物性已经超过真皮的纤维牢度和强度,因此,超纤的物理性能、实用性能已经超过真皮性能。然而,超纤基布经表面处理后,情形就大为不同了,表现为:
  1、由于经传统的面层和粘结层处理,超纤革的透气透湿性便消失殆尽。一般来说,超纤革的面层树脂选用的是TPU或油性PU树脂,这类树脂成膜性能优异,但涂膜不透气、不透湿。由于受制于这类表处材料,超纤特有的优异的透气透湿性便毫无利用价值。
  2、由于传统的面层和粘合层处理,超纤革的手感摆脱不了塑料的感觉。真皮是由富有胶原蛋白的纤维组成的,柔软富有弹性,表面仅作轻整饰处理,故而手感非常舒适。而超纤革表层必须经过至少两层的重整理,因此超纤的手感,除了超纤基材影响外,很大程度上要靠表面的触感来体现。然而,在我国目前的处理工艺上,常采用的是TPU或普通油性PU树脂。用这类物质在作厚厚的表面处理后,胶膜的塑料感觉便明显地暴露出来了。由于摆脱不了这种技术工艺,塑感的因素一下子就把超纤革同真皮的距离拉大了。故有人早已断言过,超纤革表面的僵化性和死板性,是永远无法取代真皮的皮肤感觉的。也就是说,超纤做得再软也没有多大意义。
  3、由于经传统的面层和粘合层处理,超纤革摆脱不了生态性的要求。一般来说,超纤基材在整个工艺上控制得当后,是可以实现生态环保性的。然而,由于在超纤基材上必须处理粘合层和表面层,最终产品确都是非生态性的。我们知道,表面及粘合层的树脂里面,均含有大量的DMF、MEK等有毒有害溶剂,这些溶剂一部分会残留在超纤基布的空隙中,很难排除。因此,就出现了超纤革物性很高,价格不低,却档次不高的状态、即超纤革不是生态环保型产品,不能符合当今人们追求生态、环保的消费观念。
  以上这些问题导致的致命缺陷,正是目前我国超纤合成革未能摆脱的技术瓶颈问题,这些问题的存在,严重制约着我国超纤合成革的品质提高,阻碍着超纤革生产大国向品质和生产大国的转型步伐。
  三、解决的对策
  显而易见,解决问题的主要方面应该在表面层和中间层的处理方式上,突破点是改变传统的表面处理材料技术,即用水性树脂代替油性树脂。
  1、只有水性树脂应用,才能完全实现超纤革的生态环保性。
  生态合成革的定义包涵四个方面:一是制革加工过程中达到清洁生产,无环境污染;二是合成革产品不含有毒有害物质及残留;三是革制品加工过程中无毒环保;四是废旧合成革保留有可生物降解性。根据这一定义,就基本把目前国内超纤革划定为非生态合成革。即按照目前的加工工艺,只要用溶剂性的树脂加工超纤合成革就很难定义为真正意义上的生态革。其一是因为油性树脂中一般都有含有0.5-2.5%NCO残留,即异氰酸酯残留。这些残留物具有很大的毒性,在生产应用过程中,这些物质对操作工来说,就是毒源和接触到的致命物质。其二是油性树脂中含有大量的有机溶剂,这些有机溶剂也是有毒有害的,它不仅在生产过程中危害人体、污染环境,而且还残留在革的空隙中,其制品也有害于人体。
  而水性树脂的应用,使这个问题得到迎刃而解。
  首先水性树脂不含游离异氰酸酯,树脂本身无毒;
  第二水性树脂通常可以做到不含重金属元素,没有铬、铅、锡等对人体有伤害的各种重金属元素;
  第三,水性树脂的分散介质绝大部分是水。因此,水性树脂相对油性树脂来说,是绝对环保和生态的。
  2、只有水性树脂的应用,才能使超纤革拥有类似真皮一样的透气透湿性。
  从理论上讲,高分子链上主要有亲水基团,且只要亲水基团含量和排列合适,则它们便可以和水分子作用,借助氢键和其它分子间作用力,在高湿度一侧吸附水份后,通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸。因此,透湿实质上是一个“吸附一扩散―转移―解吸”的过程。亲水基团称之为“化学阶梯石”,在存在压力差的情况下,水份由一侧定向地向另一侧转移。这个过程也就是透湿过程。由于水性树脂本身具有大量的亲水基团,所以客观上就具备了透湿功能。同时,由于水性树脂中通常会带有大量侧位基团,故在成膜过程中,不论大分子是卷曲的还是伸展的 ,均可以留有大量的微孔,故为透气性创造了条件。因此,从分子学观点上讲,只有水性树脂形成的膜,才具备较高的透气透湿性。因此,超纤合成革制造过程中,只有使用拥有这类特定功能的水性面层和粘合层树脂,才能保持超纤基材的透气透湿性,才能实现同真皮一样的使用卫生性能。
  3、只有对水性树脂的全面改良和全面应用,才能提升超纤革的各种物理化学性能
  全面提升超纤革的物化性能通常可以在以下三个方面衡量。一是皮膜的抗磨耐刮性;二是皮膜的低温柔软性即真皮一样的触感;三是耐化学品性,即耐酸碱和耐溶剂性。
  从提升皮膜的抗磨耐刮性来讲,这一物性的提升,主要靠高分子材料的本身物性来解决。因此,不论是油性树脂还是水性树脂,均能通过合理筛选高分子材料来提升皮膜的抗磨耐刮性。从皮膜的低温柔软度来讲,通常水性树脂具有更好的特性。因为,在水性树脂的加工过程中,分子中一定会设计有大量的侧位基团,这些侧位基团的大量存在,使皮膜更富有弹性,更具有耐折耐磨性。特别是低温柔软性方面更为明显。一般来说,用水性树脂加工的皮膜,塑感轻,手感细腻,因此真皮感强烈。从耐化学品方面来讲,由于水性树脂通常是交联结构的,在高分子材料合成过程中,通过多次交联以及内外结构性交联的组合,使高分子材料实现了真正意义上的网状结构,成膜后不论是耐酸、耐碱以及耐溶剂都有很大的提高。而油性树脂的交联度通常是很难达到很高的要求的,因为它必然是油溶性的,故而油性树脂的耐油性是不能和高度交联的水性树脂相提并论的。
  水性树脂的这些独特性能,正是同超纤基材的优异性能实现完美组合的最佳拍档。
  四、应用的探索
  尽管水性树脂拥有许多特性可以同超纤进行最佳的性能互补,但在应用过程和组合过程中仍有许多要点和难点,需要研究解决。
  1、 正确选择树脂
  一般来说,应针对不同的制革工艺、合成革的使用物性要求来选择树脂。
  从工艺上来说,封低用的树脂选择一定要软,不能有因封底后出现死板僵硬的感觉;粘结层树脂应选择结合牢度强,耐水解高的树脂,这样才能有效防止遇水脱胶或剥离强度不高的状况发生;中层树脂宜软性好、弹性足;面顶层树脂则按合成革的使用要求综合各种因素进行考察选择。顶层树脂选择不当,则合成革的风格特点将会完全改变。因此,选择树脂,重点是选择顶层树脂。
  通常,鞋革需选择水性高模量树脂,需要水性树脂具有耐磨、耐刮、耐折性能,如果是做浅色或白色革运动鞋时,应选择高模量耐黄变水性树脂。沙发革需选择水性中模量树脂,这类树脂应具备抗磨耐刮性能以外,还要具备良好的耐脏抗污性,具有较好的手感特别是真皮一样的触感。服装及软包革则应选择低模量的树脂,这类树脂,必须具有低温柔软性好,富有弹性,触感类似于真皮,同时应具备可以进行干洗和水洗要求,即耐水和耐溶剂性能要求特别高。
  2、 正确选择工艺
  超纤革加工一般是选择合成革的纯干法工艺,尽管工艺单一,但由于革面要求不同,革的使用性能不同,其加工工艺的选择同样十分重要,
  根据革面纹路确定工艺。超纤基布含有一定的纤维松散在表面,这些纤维如果不进行一定的封底或填充处理,在超纤细花纹革尤其是超纤镜面革上,会造成表面不平整、影响光亮度、影响视觉感。因此,如果生产细花纹或镜面革时,通常要进行超纤基布的封底处理。同时,在干法生产工艺上,一般选择二刀以上的上浆工艺,用增加涂膜的厚度来提高革面的视觉效果。深花纹的超纤革,上浆次数和上浆量以不露沟底为基本标准。
  根据不同合成革的使用性能确定不同工艺。一般来说,鞋革需要的是较高强度的表面,因此,表面应保持较高的厚度,中层可以薄些,沙发革既要有较好的表面物性,又要有较好的触感和弹性,故顶层和中层树脂选择相当的量。而服装革和手袋革等,更注重的是弹性和手感,故应注意中层的上浆量加大,同时,粘贴层树脂必须是低模量高用量。
  3.应用实例参考
  ①超纤服装革
  封底:unkpu-100,上浆量100g;表层:unkpu-230,上浆量80g;中层:unkpu- 150,上浆量120-150g;粘贴层:unkpu-350A,上浆量120g;
  ②超纤沙发革
  封底:unkpu-100,上浆量100g;表层:unkpu-5050,上浆量100-120g;中层:unkpu- 150  ,上浆量100-120g;粘贴层unkpu-350A,上浆量100-120g;
  ③超纤鞋革
  封底:unkpu-100,上浆量100g;表层:unkpu-600,上浆量120-150g;中层:unkpu- 150  ,上浆量80-100g;粘贴层:unkpu-380,上浆量100-120g;
  本组推荐使用的水性树脂是浙江优耐克水性树脂科技沙龙国际生产的合成革用水性聚氨酯树脂,该系列产品具有优良的耐水解性能,出色的耐磨抗刮性能,特别是耐化学品及耐污性能方面,具有国际领先水平。
  五、未来的发展
  任何产品及工艺技术的发展是不断向前的,人们对物质生活质量的追求也是无止境的。因此,超纤革的水性化发展也是无限的。
  一是向水性高固化方向发展。水性高固树脂代表着一类树脂的发展方向,这不仅可以在固化过程中减少能耗,节约树脂运输成本,更主要的是高固产品性能优越,可以制作类似于汽车革、优质鞋革等高强度、高物性产品。因此,水性高固产品在未来的超纤合成革生产上,将会有很大的市场。
  二是向水性发泡技术方向发展。柔软度一般来自于低密度,水性发泡的研究方向是发泡体的低密度、高强度和稳定性的有效结合。沙发革、球革等产品需要较好的手感和弹性,水性发泡技术的成熟必将在超纤合成革领域上大有用武之地。
  三是低模量抗粘型树脂的进一步研发应用。软而不粘是一对矛盾的两方面,通常低模量树脂软度好,但同时会发粘。一但发粘手感较差,也就失去了软的意义。作为未来超纤革发展的重大市场,超纤服装革需要的表面手感就是软、柔、滑富有弹性、类似真皮。应该说超纤服装革的发展方向一定是更注重垂感、更注重轻薄透的功能。因此,超纤服装革的表处理可能会如同真皮一样的处理方式,即采用轻整饰技术,这样就会对树脂的柔软物性要求更高。
  四是功能型的水性树脂将进一步开发。应该说水性树脂具有同油性树脂同样的功能。目前,水性变色、水性疯马、水性龟裂等产品已陆续开始登场,随着未来的发展,这些功能性水性树脂必将被用在超纤产品上,使未来的超纤革领域产品更加丰富多彩,功能更加齐全多样,性能更加体现人性化要求。
  水性树脂在超纤合成革上的应用尽管刚开始或者还处在研究阶段,但其无与伦比的优越性决定着水性树脂在超纤上的应用趋势和发展速度是不容置疑的。相信随着树脂开发研究人员的进一步努力,在应用工程技术人员的积极配合下,水性树脂和超细纤维二个方面的众多优越性能将会快速地得到结合,并形成强大的优质产品结构群,以满足人们向更高层次的物质生活的追求。随着水性树脂在超纤上研究的不断深入和积极推进应用,我国超纤革生产技术大国的地位也会快速得到真正意义上的确立。(谢镇铭)

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