加脂劑在超細(xì)纖維合成革仿真皮中的應(yīng)用研究

強濤濤, 王楊陽, 任龍芳, 王學(xué)川, 鄭書杰

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安　710021; 2.天津中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆旖颉?00270)

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加脂劑在超細(xì)纖維合成革仿真皮中的應(yīng)用研究

強濤濤1, 王楊陽1, 任龍芳1, 王學(xué)川1, 鄭書杰2

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710021; 2.天津中石油昆侖燃?xì)庥邢薰荆旖?00270)

摘要：采用鋁鞣劑作為交聯(lián)劑，選用常用加脂劑對超細(xì)纖維合成革基布進(jìn)行后整理，以提高仿真皮性能.通過考察整理前后基布柔軟度、吸濕性、透水汽性、抗張強度及撕裂強度，優(yōu)化加脂劑種類及用量.與未處理基布相比，處理后的基布柔軟度明顯增大，吸濕性提高50%～90%，透水汽性提高6%～30%，機械性能也有不同程度的提高.采用水接觸角、AFM、SEM 和比表面積對處理前后的基布進(jìn)行檢測，結(jié)果表明處理后基布潤濕性降低，纖維表面微觀形貌明顯發(fā)生變化，纖維間隙變大，基布比表面積增大.

關(guān)鍵詞：加脂劑；超細(xì)纖維合成革基布；鋁鞣劑；衛(wèi)生性能；仿真皮

0引言

超細(xì)纖維合成革是由日本研制出來的一種人工革，它是采用線密度低于0.55 dtex的聚酰胺纖維制成具有三維結(jié)構(gòu)的非織造基布并填充聚氨酯，再經(jīng)后加工處理而成的[1,2].但是超細(xì)纖維合成革具有如基布手感扁薄，懸垂性較差，透水汽性差等缺點.

加脂是指在一定工藝條件下用加脂劑處理坯革，使油脂填充坯革而賦予革一定的柔軟度、良好衛(wèi)生和機械性能的過程[3,4].將皮革加脂劑應(yīng)用于超細(xì)纖維合成革加工過程，加脂劑可通過物理和化學(xué)作用使革內(nèi)纖維間被油脂包裹起來，從而改善合成革的柔軟性、衛(wèi)生性能及機械強度等，以期達(dá)到真皮性能[5,6].

本文主要通過將皮革加脂劑用于超細(xì)纖維合成革基布后整理階段，提高合成革的真皮感.以合成革基布為原材料，使用鋁鞣劑為交聯(lián)劑，采用九種不同加脂劑對基布進(jìn)行加脂.通過化學(xué)檢測與儀器表征確定加脂劑的種類和用量.

1實驗部分

1.1主要試劑與儀器

(1)主要試劑：超細(xì)纖維合成革基布(工業(yè)品，浙江中匯合成革基布有限責(zé)任公司)；鋁鞣劑TJ-T4325(工業(yè)品，四川亭江新材料股份有限公司)，甲酸(AR，天津市天力化學(xué)試劑有限公司)；碳酸氫鈉(AR，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司).

實驗選用的加脂劑如表1所示.

表1　實驗選用加脂劑

(2)主要儀器：紅外染色小樣機(IRE-24，佛山市華高自動化設(shè)備有限公司)；柔軟度測試儀(YN-L-051，東莞市優(yōu)諾檢測設(shè)備有限公司)；恒溫恒濕箱(HWS-150B，天津市泰斯特儀器有限公司)；電子萬能試驗機(UTM2102，深圳三思縱橫科技有限公司).

1.2超細(xì)纖維合成革基布加脂工藝

分別使用九種加脂劑對超細(xì)纖維合成革基布進(jìn)行加脂，其用量分別為0%、2%、10%、20%、30%、40%，采用的工藝如表2所示.

表2　超細(xì)纖維合成革基布加脂工藝

備注：所有化料用量百分比均以干態(tài)基布質(zhì)量計.

1.3性能檢測

參照QB/T 2707-2005[7]對基布試樣進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)；參照QB/T 1811-1993[8]測定透水汽性；參照QB/T 1811-1993[8]測定吸濕性；參照皮革檢測法[9]測定柔軟度；參照QB/T 2710-2005[10]測定抗張強度；參照QB/T 3812.6-1999[11]測定撕裂強度.

1.4儀器表征

1.4.1水接觸角檢測

使用德國OCA 20型接觸角測定儀對基布試樣的潤濕性進(jìn)行檢測.

1.4.2原子力顯微鏡檢測

使用日本理學(xué)SPI3800N/SPA400型原子力顯微鏡，對基布試樣的表面形貌進(jìn)行觀察.

1.4.3掃描電子顯微鏡檢測

取試樣進(jìn)行噴金處理，使用美國FEI Q45型掃描電子顯微鏡觀察基布試樣的纖維形貌.

1.4.4比表面積檢測

使用麥克默瑞提克儀器有限公司Gemini VII2390型比表面積分析儀，通過BET法對基布試樣的比表面積進(jìn)行檢測.

2結(jié)果與討論

2.1加脂劑對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

圖1為加脂劑用量對超細(xì)纖維合成革基布柔軟度的影響.由圖1可以看出，隨著每種加脂劑用量的增加，基布的柔軟度總體呈上升趨勢，但增長速率不同，到達(dá)一定用量后，柔軟度保持穩(wěn)定.這是因為加脂通過物理和化學(xué)作用使聚酰胺纖維被油脂包裹起來，纖維受到潤滑作用，表面能量受到平衡，同時降低了纖維受力時的剪切力，增強了聚酰胺纖維間的可移動性，從而使基布變得柔軟.

圖1　加脂劑用量對超細(xì)纖維合成革基布柔軟度的影響

表3～11為加脂劑用量對合成革基布透水汽性、吸濕性、抗張強度及撕裂強度的影響.

表3　德賽寶LQ-5用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表4　德賽寶QL用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表5　德賽寶SK-70用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表6　德賽寶SO用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表7　科萊恩NLM用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表8　力厚WK用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表9　亭江羊毛脂用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表10　亭江合成牛蹄油用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

表11　贊成磺化油SS用量對超細(xì)纖維合成革基布性能的影響

由表3～表11可以看出，在一定范圍內(nèi)，加脂劑用量增大，吸濕性與透水汽性也會明顯改善，用量到達(dá)一定值，吸濕性與透水汽性最佳.德賽寶LQ-5用量為20%，德賽寶QL用量為30%，德賽寶SK-70用量為10%，德賽寶SO用量為30%，科萊恩NLM用量為30%，力厚WK用量為2%，亭江羊毛脂用量為20%，亭江合成牛蹄油用量為10%，贊成磺化油SS用量為20%時，基布衛(wèi)生性能最佳.繼續(xù)增大加脂劑用量，基布的吸濕性及透水汽性改善不明顯.主要是因為加脂劑主要起到潤滑纖維的作用，且其對基布有一定鞣制和填充作用，由于大分子加脂劑填充在聚酰胺纖維間，使纖維束內(nèi)纖維間隙變大，有利于水汽的通過，另外交聯(lián)劑分子上的活性基團有利于提高吸濕和透水汽性能，所以在一定范圍內(nèi)，加脂劑用量越多，吸濕性、透水汽性改善越明顯，當(dāng)加脂劑用量到達(dá)一定值，衛(wèi)生性能最佳；加脂劑用量繼續(xù)增大，基布中過量的親油基團反而不利于吸濕性和透水汽性的提高，另外，基布含油量過大，其孔率變小，堵塞水蒸氣傳遞通道，影響水蒸汽傳遞，使吸濕性和透水汽性降低.因此選擇合適的加脂劑與用量，能有效改善基布衛(wèi)生性能.

抗張強度是指纖維沿受力方向取向程度的大小，撕裂強度是指沿截面上一個點切入后，在這條線上纖維分布的均勻程度[12].由表3～表11看出，基布的抗張強度縱向總體大于橫向，撕裂強度相反，橫向總體大于縱向，這是由于超細(xì)纖維基布中纖維的排列方式不同造成的.而不同類型的加脂劑對基布機械強度的影響存在差異，德賽寶LQ-5、德賽寶SK-70、德賽寶SO、亭江羊毛脂及贊成磺化油SS這幾種加脂劑，隨著其用量的增大，基布的抗張強度、撕裂強度呈先增大后降低的趨勢，德賽寶QL隨著用量的增大，機械性能呈增大趨勢，而科萊恩NLM、力厚WK及亭江合成牛蹄油這幾種加脂劑，隨其用量的增大，抗張強度有減小趨勢.這是因為加脂劑對纖維有潤滑作用，能夠有效地降低纖維間的摩擦力，有利于纖維在受力方向上的取向，使得纖維形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了基布的機械強度；加脂劑過量反而會破壞纖維穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使機械性能降低.因此在超細(xì)纖維合成革的加脂處理中，選擇合適的加脂劑及用量，有利于改善其機械性能.

2.2加脂前后基布的表征

不同加脂劑的用量對超細(xì)纖維合成革基布的影響程度不同，其中德賽寶SO、科萊恩NLM及亭江合成牛蹄油對合成革基布的衛(wèi)生性能改善最大.德賽寶SO加脂后基布吸濕性提高50.97%，透水汽性提高6.28%；科萊恩NLM加脂后基布吸濕性提高90.97%，透水汽性提高29.30%；亭江合成牛蹄油加脂后基布吸濕性提高97.42%，透水汽性提高28.95%.

選取以上三種加脂劑處理的基布，對其進(jìn)行加脂前后的儀器表征.

2.2.1水接觸角表征

圖2(a)、(b)、(c)、(d)分別為空白基布、德賽寶SO加脂基布、科萊恩NLM加脂基布和亭江合成牛蹄油加脂基布的接觸角檢測圖.由圖2可以看出，經(jīng)過加脂劑處理后的基布比未加脂的空白基布接觸角大，這是因為油脂分子具有疏水性，因此基布表面的接觸角變大.

(a)空白基布 (b)德賽寶SO加脂劑 (c)科萊恩NLM加脂劑 (d)亭江合成牛蹄油加脂劑圖2　加脂基布的接觸角

2.2.2原子力顯微鏡表征

圖3(a)、(b)、(c)、(d)分別為空白基布、德賽寶SO加脂基布、科萊恩NLM加脂基布和亭江牛蹄油加脂基布的三維等高AFM圖.由圖3可以看出，經(jīng)過加脂劑處理后的基布與未加脂的空白基布相比，其表面結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化.這是因為基布纖維間的空隙填充了大量的油脂，平衡了纖維的表面能量，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，這也側(cè)面反映了加脂劑能夠均勻填充在基布內(nèi).

(a)空白基布 (b)德賽寶SO加脂劑 (c)科萊恩NLM加脂劑 (d)亭江合成牛蹄油加脂劑圖3　加脂基布的AFM圖

2.2.3掃描電子顯微鏡表征

圖4(a)、(b)、(c)、(d)分別為空白基布、德賽寶SO加脂基布、科萊恩NLM加脂基布和亭江合成牛蹄油加脂基布放大1 000倍的SEM圖.對比

四張圖可發(fā)現(xiàn),經(jīng)加脂劑處理過的基布其纖維更加分散，纖維間隙增大，而纖維束排列比較規(guī)整.因為經(jīng)過加脂劑處理后，基布纖維被具有潤滑作用的油脂包裹，有利于纖維變得分散[13]，有利于水汽的傳遞和吸收，基布柔軟度和手感更佳.

(a)空白基布 (b)德賽寶SO加脂劑 (c)科萊恩NLM加脂劑 (d)亭江合成牛蹄油加脂劑圖4　加脂基布的SEM圖

2.2.4比表面積表征

基布的比表面積越大，其單位質(zhì)量的吸附量越大.圖5及表12是基布試樣的N2吸附比表面積測試結(jié)果.結(jié)果表明，空白基布的單層飽和吸附量為0.202 6 cm3/g，BET比表面積為0.881 8 m2/g，而加脂基布的單層飽和吸附量分別為0.256 3 cm3/g、0.229 7 cm3/g和0.261 1 cm3/g，其BET比表面積分別為1.115 6 m2/g、0.999 9 m2/g和1.136 8 m2/g.可見加脂基布的單位質(zhì)量吸附量大于未加脂基布的單位質(zhì)量吸附量，這也從微觀上佐證了基布吸濕性有所增加的規(guī)律.

圖5　加脂基布的BET比表面積曲線

3結(jié)論

(1)將鋁鞣劑作為交聯(lián)劑，采用加脂劑對超細(xì)纖維合成革基布進(jìn)行柔軟處理，能有效地改善合成革基布衛(wèi)生性能.當(dāng)?shù)沦悓歋O用量為30%時，基布吸濕性提高50.97%，透水汽性提高6.28%；當(dāng)科萊恩NLM為30%時，基布吸濕性提高90.97%，透水汽性提高29.30%；當(dāng)亭江合成牛蹄油用量為10%時，基布吸濕性提高97.42%，透水汽性提高28.95%，且最優(yōu)條件下三種加脂劑有利于合成革基布抗張強度與撕裂強度的提高.

(2)基布經(jīng)水接觸角、AFM、SEM和比表面積檢測后表明，基布潤濕性略微降低，纖維表面形貌發(fā)生明顯變化，纖維間隙變大，基布比表面積增大.

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Application research of fatliquor in microfiber synthetic leather imitate leather

QIANG Tao-tao1，WANG Yang-yang1，REN Long-fang1，

WANG Xue-chuan1，ZHENG Shu-jie2

(1.College of Light Industry Science and Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Tianjin PetroChina Kunlun Gas Go., Ltd., Tianjin 300270, China)

Abstract:The leather fatliquor was selected to finish microfiber synthetic leather base to improve the skin-imitated properties,in which aluminium tanning agent was as a cross-linking agent.The softness, moisture absorption,water vapor permeability,tensile strength and tear strength of base were investigated,the type and dosage of fatliquor was optimized.Compared with that of blank base, the softness of the base increased obviously,the moisture absorption of the base which was treated by fatliquor increased by 50%～90%,the water vapor permeability increased by 6%～30% and the mechanical properties have varying degrees of increase.The bases before and after being fatliquoring were characterized by water contact angle, atomic force microscopy,scanning electron microscopy and specific surface area.The results showed that the wettability of bases decreased,the fiber surface structure changed obviously,the fiber gap became larger and the specific surface area increased.

Key words:fatliquor；microfiber synthetic leather base；aluminum tanning agent；sanitary properties；imitated leather

*收稿日期:2016-03-22

基金項目：陜西省科技廳重點科技創(chuàng)新團隊項目(2013KCT-08); 陜西省教育廳專項科研計劃項目(14JK1090); 陜西科技大學(xué)科研創(chuàng)新團隊計劃項目(TD12-04); 陜西科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項目

作者簡介:強濤濤(1980-)，男，陜西西安人，副教授，博士，研究方向：合成革與皮革綠色化學(xué)品的制備及其作用機理

文章編號：1000-5811(2016)04-0021-05

中圖分類號：TS102

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A