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超纤革中阴离子加脂剂的应用实验探究
摘要：超纤革在结构和性能方面接近真皮,但真皮在卫生性能、手感、软度等方面都优于超纤革,因此改善超纤革性能是主要的研究方向。文章主要通过实验阴离子型加脂剂在改性与未改性2种超纤革基布上的应用,确定最佳的加脂剂质量分数和加脂时间,最终确定最佳加脂工艺。通过分析产品的透气性、透湿性等卫生性能及剥离强力、撕裂强力、断裂伸长等力学性能发现经过加脂处理后超纤革手感、软度均有提高,卫生性能也得到提升。
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超细纤维合成革无论在外观、手感还是内部结构上已经非常接近天然皮革，是目前代替天然皮革的最理想产品，其市场占有率越来越大。同时，国内超纤革制备技术水平不断创新，已经接近国际先进水平，开发了一系列中、高端超纤革系列产品，应用领域不断扩大。但是，其与真皮相比在卫生性能以及产品的柔软度方面仍存在一定的差距，改性超纤革基布是开发超纤革产品的重要研究方向。针对真皮与超纤革二者共同的结构基础和类似的加工流程，将真皮工艺应用到超纤革中是改性超纤革的主要方法。
本文分别在普通超纤革基布和改性超纤革基布上采用阴离子加脂剂进行实验，确定最佳的加脂时间以及加脂剂质量分数，最终确定最佳工艺。对比研究制成样品的手感及透气性、透湿性等卫生性能指标，剥离强力、撕裂强力、断裂伸长等力学性能指标，分析两种工艺的加脂效果。
1、实验
1.1材料与器材
实验材料：常规基布（PA6与LDPE制成的针刺非织造布）；改性基布（具体工艺为体积分数为8%的HCl酸解30min）；阴离子型LBSII植物油加脂剂（巴尔莫皮革化工有限公司，工业品）。
实验器材：SF-400C电子天平（恒泰电子股份有限公司）；325型烘箱（山东精鹰设备有限公司）；Phenom飞纳台式扫描电镜（复纳科学仪器（上海）有限公司）；8005-GTEV透水汽检测仪（上海高铁检测仪器有限公司）；厚度仪（日本凤凰）；GT-303皮革柔软度测试仪（上海高铁检测仪器有限公司）；WR-1恒温水浴振荡仪（上海思尔达科学仪器有限公司）。
1.2加脂工艺
真皮生产过程中根据产品的性能、品质等不同的要求，选择的加脂剂种类也不同，主要使用的有阴离子加脂剂、阳离子加脂剂以及非离子加脂剂3种。本文采用阴离子加脂剂进行实验，一方面因为改性基布经过酸处理，基布偏酸性，与阴离子加脂剂结合效果好；另一方面是超纤革中的酰胺键等电点在5.6左右，选用阴离子加脂剂结合效果最佳。
具体的加脂工艺如下：（1）加脂工序在振荡仪内进行，使用振荡频率为120Hz，温度为45℃；（2）改性基布和未处理基布，分别放入质量分数为5%、20%、50%、100%的加脂剂中，在振荡仪中振荡10、30、60min，对比基布的克重变化等，选择最佳的加脂工艺，后期进行物性指标以及透湿等卫生性能指标的检测分析，对比效果。
1.3性能测试
参照皮革分析检测法对样品增厚率及软度进行测定；分别采用透湿系数检测仪GT-7005-EV和皮革动态防水试验机GT-7071-DW，按照标准ENISO20344:2011《Personal protective equipment-testmeth odsfor footwear》测试样品的透湿系数和吸水率；使用GT-AI-3000U60系统拉力机，按照按照QB/T2888—2007《聚氨酯束状超细纤维合成革》测试样品的力学性能。
2、实验结果与讨论
2.1加脂时间的验证实验
加脂历程为：加脂时，加脂剂乳液渗透到皮革内部，加脂剂分子和纤维内部结构单元相互作用，使加脂乳液破乳，造成乳液分离，油脂被吸附在结构单元表面形成油膜，使革纤维相互分离，并产生润滑作用。加脂剂的效果不仅取决于加脂剂的种类和性能，也取决于加脂剂的质量分数、加脂时间等条件。加脂的时间与产品的种类、厚度等因素有关，合理选择加脂时间，不仅能够提高效果，还能降低生产成本。
实验结果见图1。从图1中可以看出，不同质量分数的加脂剂与加脂时间变化曲线基本一致，均为先增加后降低，在30min时出现峰值。加脂时间太短，加脂剂渗透不好，导致油脂结合不完全；时间太长，会导致手感变硬，这是因为加脂过程完成后，加脂乳液中加脂剂吸收，致使水分占据多数，长时间作用导致加脂剂的散失，最终重量下降手感变硬。综合分析对比可以确定加脂时间30min效果最佳。
图1不同质量分数加脂剂在不同加脂时间的重量变化
2.2加脂剂质量分数的验证实验
图2为加脂剂质量分数对产品的重量影响。从图2中可以看出，不同质量分数的加脂剂在不同加脂时间下，变化趋势呈现一致，基本为先增加，中间变缓，最后下降。在加脂剂质量分数为20%～50%时变化平缓，峰值出现在加脂剂质量分数为50%左右，随后出现下降。这表明加脂剂质量分数太高，对产品性能影响未必最佳，高质量分数加脂剂接触到纤维会迅速结合，附着在表面，阻止加脂剂渗透到基布内部，无法顺利完成破乳结合的过程，导致内部纤维无法完成加脂，从而减少了与加脂剂的结合。
图2不同质量分数加脂剂的重量变化
从生产成本与效果方面综合评估，加脂剂质量分数控制在20%，既能够最大效果实现产品性能，又能降低生产成本，实现利益最大化。综合分析选择20%的加脂剂质量分数最为适宜。
2.3卫生性能对比研究
超纤革与真皮的差距主要体现在卫生性能方面。卫生性能指标的衡量是通过产品的防水、透水汽性能指标。样品的防水和透水汽性能如表1所示。
表1防水及透水汽性能测试结果
从表1中可以看出，改性基布加脂后吸水率和透水汽性约为未加脂的3倍，未改性基布加脂后其吸水率和透水汽性也提升2倍左右。这表明经过阴离子加脂剂加脂后产品卫生性能明显提高，增加了产品的舒适度。改性基布纤维内部氨基离子和羧基离子数量增多，有效地与加脂剂中的离子相互作用结合，提高了基布的卫生性能；另一方面加脂剂中带有的亲水基团也协助水汽排出，增加基布的透水汽性能，提高产品的卫生性能，这也是未改性基布加脂能够提升卫生性能的原因之一。
2.4加脂剂对力学性能的影响
力学性能主要包含断裂强力、断裂伸长率、撕裂强力以及剥离强力等指标，主要测定方法如下。
(1）撕裂强力的测定
按照QB/T2888—2007《聚氨酯束状超细纤维合成革》的规定进行撕裂强力的测定，记录试样撕裂时负荷强力。
(2）拉伸负荷及断裂伸长率的测定
按照QB/T2888—2007《聚氨酯束状超细纤维合成革》的规定进行测试，记录试样拉伸负荷及断裂伸长率。
(3）剥离强力的测定
剥离强力是通过测试表面涂层与底材黏结的牢固性数值大小来衡量产品物理性能的一个重要指标。通常情况下，将两块试样的干法膜面通过使用黏合剂黏合在一起，在轧车内挤压使涂层充分黏合，然后放于温度为120℃的烘箱内烘干，等待黏合剂充分固化后，用具有固定尺寸的模具切取样品，冷却至室温后用拉力强力机进行测试，记录样品剥离强力的最大值，取每组样品的平均值，精确到1N。
加脂完成后，油脂均匀地分布在纤维中间，增强了纤维间可移动性，降低了纤维间摩擦阻力，因而会影响基布的力学性能。加脂前后基布的力学性能方面的变化如表2所示。
表2加脂前后物理性能变化
从表2中数据可以得到以下结论：（1）针对断裂强力、断裂伸长率以及撕裂强力3个指标，改性基布加脂后效果最好，未改性基布加脂性能较未加脂基布也有相应提高。改性基布内部分散纤维经过缠绕连结，相互间作用力增强，提高了产品的物性指标；另一方面改性后基布纤维中氨基离子、羧基离子数量增多，与加脂剂所带离子基团以离子键的形式结合，进一步提高产品性能，未改性基布由于内部少量离子也会与加脂剂结合，同时加脂剂粒子间也可以以氢键的形式结合，所以性能也会相应提高。（2）剥离强力与断裂强力、断裂伸长率及撕裂强力呈相反的变化趋势。这是由于部分油脂会在纤维表面附着，测试时会增加润滑作用，降低产品的剥离强力。这要求加脂时间和加脂剂质量分数做好调节，加强渗透效果，减少加脂剂的表面附着。综合对比加脂虽影响产品的剥离强力，但是剥离强力指标仍然符合要求。
2.5加脂对柔软度的影响
加脂的目的之一是改变超纤革的手感、软度，使产品更加接近真皮效果。手感软度可以通过直观有效的方法评判产品差异性。表3是不同工艺的柔软度手感对比。
表3加脂前后柔软度的变化
从表3中可看出，基布经过加脂处理后软度有了明显提高，改性基布的效果优于未改性基布，手感丰满有弹性，改善了超纤革手感干瘪的问题。
3、结论
本文探讨了改性基布使用阴离子加脂剂的加脂工艺，对比分析阴离子加脂剂对改性基布和未改性基布的影响，确定了最佳的加脂参数。通过测定加脂后基布的软度、透水汽等卫生性能和物理机械性能等指标的变化，分析研究了阴离子加脂剂对超纤革的影响，得出以下结论。
(1）加脂工艺条件为加脂剂质量分数20%，温度45℃，加脂时间30min，生产可以根据样品的效果进行工艺的轻微调整；
(2）改性基布的加脂效果>未改性基布加脂效果>未加脂基布，加脂后超纤革的防水透湿等卫生性能得到明显提高；产品的断裂强力、断裂伸长率以及撕裂强力等物性指标得到明显提升；另外超纤革经过阴离子加脂剂处理后，从手感软度方面明显的改善，更接近真皮。
参考文献：
[1]曲建波.合成革工艺学[M].北京:化学工业出版社,2010.
[2]俞从正,丁绍兰,孙根行.皮革分析检验技术[M].北京:化学工业出版社,2005.
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王霏霏,冯国飞,王乐智.阴离子加脂剂在超纤革中应用的探究实验[J].纺织导报,2020(06):81-83.
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期刊名称：西部皮革
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主管单位：四川省经济和信息化厅
主办单位：四川省皮革学会,四川省皮鞋行业协会,四川恒丰皮革有限责任公司
出版地方：四川
专业分类：工业
国际刊号：1671-1602
国内刊号：51-1624/TS
邮发代号：62-216
创刊时间：1978年
发行周期：半月刊
期刊开本：大16开
见刊时间：10-12个月
影响因子：0.364
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2020-07-01
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