皮革防水防油性能測(cè)試方法的研究進(jìn)展

賴喜慶+劉海華+趙可淪

摘 要：文章介紹了國(guó)內(nèi)關(guān)于皮革防水性能的六種主要測(cè)試方法及一種皮革防油測(cè)試方法，系統(tǒng)分析了六種防水測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)及使用限制。研究結(jié)果表明，要使皮革樣品防水（防油）性能測(cè)試的結(jié)果更具有說(shuō)服力，通常需結(jié)合動(dòng)態(tài)防水和靜態(tài)防水測(cè)試并考慮皮革制品的制造加工工藝特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：皮革；防水；防油；表面張力；吸水率

中圖分類號(hào)：TH145.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0171-02

1 概述

皮革透水包括3個(gè)過(guò)程：（1）水與皮革表面接觸，在表面鋪展、濕潤(rùn)；（2）水在皮革內(nèi)部滲透，皮革吸收水分；（3）水從皮革的一面透過(guò)另一面。因此，皮革防水性主要包括以下三層理解：（1）不潤(rùn)濕性：防止皮革表面被水潤(rùn)濕的性能，國(guó)外稱Water Repellency；（2）不吸水性：阻止皮革吸收水分，同時(shí)阻止水分在皮革內(nèi)部滲透，國(guó)外稱Water Resistance；（3）不透水性：阻止水分從皮革的一面滲透到皮革的另一面，國(guó)外稱Waterproof。

當(dāng)前，手表（腕表）已經(jīng)不僅僅為一種簡(jiǎn)單的時(shí)計(jì)工具，更是一種具有文化內(nèi)涵和時(shí)尚品味的產(chǎn)品。因此，購(gòu)買(mǎi)腕表產(chǎn)品不僅要考慮腕表的走時(shí)質(zhì)量和外觀設(shè)計(jì)，還要考慮腕表的品牌文化、精密工藝以及佩戴用途等諸多因素。皮革表帶以其佩戴舒適且低調(diào)儒雅的氣質(zhì)逐漸成為進(jìn)一步提升佩戴者品味形象的必需品。

從皮革自身結(jié)構(gòu)來(lái)講，皮革是膠原纖維和鞣劑以及其他化工產(chǎn)品所構(gòu)成的復(fù)合體，具有較強(qiáng)的親水性。因此，皮革產(chǎn)品若不經(jīng)過(guò)防水（疏水）處理，將表現(xiàn)出較差的適應(yīng)性和耐候性。目前，鐘表行業(yè)常用的皮革表帶分為表層、中間層和防水底層；其中，表層皮革基本不防水，中間層主要是纖維狀填充物、具有很強(qiáng)的親水性，防水處理底層多為其表層皮防水劑處理。同時(shí)，業(yè)內(nèi)常用防水皮革表帶主要為表面進(jìn)行了適當(dāng)防水處理，僅具備靜態(tài)防水效果，還是無(wú)法做到真正意義的防水（疏水）功能，包括動(dòng)態(tài)防水等。上述兩方面因素是皮革表帶成品的縫制線和表扣預(yù)留孔位的間隙造成其內(nèi)部吸水的主要原因。此外，通常情況下，皮革表帶的耐磨性能不佳也制約了其使用效果。

防水（疏水）皮革以其柔軟、豐滿、舒適的手感和獨(dú)有的疏水性、透水汽性、隔熱保溫性等衛(wèi)生性能而深受消費(fèi)者青睞。普通皮革表面的防水處理一般是通過(guò)涂飾工藝完成，其所用的防水涂飾劑主要以硅氧烷類聚合物或含氟丙烯酸酯類聚合物組成。首先，這些涂飾劑涂覆在皮革表面的涂層會(huì)將皮革表面的膠原纖維及皮革表面的毛細(xì)孔完全遮蓋，大大影響了天然皮革的衛(wèi)生性能（主要是透水汽性能）。其次，這些涂飾劑的合成過(guò)程復(fù)雜并且需要加熱固化，導(dǎo)致整體工藝成本偏高。同時(shí)，皮革表帶與人體接觸的手汗還具有酸性和油性物質(zhì)，這將嚴(yán)重減弱普通疏水皮革的適應(yīng)性和耐侯性。為進(jìn)一步提升皮革表帶使用性能，我們基于其構(gòu)造加工特點(diǎn)開(kāi)發(fā)新型皮革表帶表面防護(hù)處理工藝，不僅要滿足其染色、加油、粘接壓制、干燥整理及縫合工藝需求，并具備工藝簡(jiǎn)易、環(huán)保、成本低廉的技術(shù)特點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)無(wú)色、無(wú)味且疏水性、疏油性、透氣性和耐磨性優(yōu)良的皮革表帶新型表面處理技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。

皮革疏（防）水是指皮革表面不被水潤(rùn)濕及滲透的性能。從理論上說(shuō)，皮革表面被水潤(rùn)濕的問(wèn)題，可以歸結(jié)為固體表面的浸潤(rùn)性問(wèn)題。皮革的疏（防）水處理途徑主要包括：（1）充分除去皮革中親水物質(zhì)，封閉皮革上的親水基團(tuán)：在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)水洗，盡量除去鹽等親水性物質(zhì)；盡量避免引入親水性物質(zhì)，如表面活性劑；封閉親水性基團(tuán)，減少或封閉皮革空隙。（2）引入疏水材料（疏水材料包括有機(jī)氟類化合物、有機(jī)硅類化合物、環(huán)氧樹(shù)脂類化合物、聚氨酯類化合物和無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料）：（1）表面疏水處理：通常是將疏水材料借助于噴、淋、刷、涂或者浸漬等方式，轉(zhuǎn)移到已干燥處理的皮革表面，使其表面具有一定抗水（拒水）能力。嚴(yán)格意義上講，這種方法屬于皮革表面涂飾的范疇。該方法應(yīng)用最為廣泛，盡管這種方法處理的皮革其表面是疏水的，但其革內(nèi)部疏水性取決于坯革自身特性。若坯革本身已有一定疏水性，則處理后各項(xiàng)疏水指標(biāo)均提高；若坯革自身不具有疏水性，則其表面噴涂后，靜態(tài)疏水性好但動(dòng)態(tài)疏水性差。（2）復(fù)鞣疏水處理：這一方法是采用具有疏水功能的復(fù)鞣材料，填充皮革的同時(shí)賦予其良好的疏水性。例如，國(guó)內(nèi)的WPT-S、FRT等，國(guó)外的同類產(chǎn)品如Rohm & Haas 公司的Lubritan-WP等。（3）加脂疏水處理：這種方法是選用疏水型加脂劑對(duì)皮革進(jìn)行加脂，同時(shí)使皮革在整個(gè)截面上具有疏水性。例如，德國(guó)的Bayer公司Xeroderm系列和BASF公司Densodrin系列產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)多功能亞硫酸化羊毛脂加脂劑和SCF結(jié)合加脂劑等，都是集加脂和疏水于一體的材料。

2 測(cè)試方法

目前，國(guó)外關(guān)于皮革防水性能的測(cè)試方法主要包括以下幾種：

2.1 Bally滲透測(cè)試法[1，2]

Bally滲透測(cè)試法是歐洲的主要測(cè)試方法。此方法主要用于皮革表帶動(dòng)態(tài)防水性能的測(cè)試，檢測(cè)設(shè)備為透水測(cè)試儀（瑞士BALLY），測(cè)試時(shí)將皮革樣品固定在水浴中，伸展其長(zhǎng)度，記錄下水滲透時(shí)的時(shí)間，記錄動(dòng)態(tài)透水時(shí)間（分），計(jì)算透水時(shí)吸水率（%）和指定曲折時(shí)間的吸水率（%）。該測(cè)試方法是由國(guó)際皮革工藝師和化學(xué)師協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)物理檢測(cè)委員會(huì)制定的。

2.2 Maeser-Tests[3]

Maeser-Tests是北美的主要測(cè)試方法。此方法是國(guó)際皮革工藝師和化學(xué)師協(xié)會(huì)聯(lián)合會(huì)物理檢測(cè)委員會(huì)制定的方法：將表面加上鐵片、鐵球的皮革樣品放置在水槽中，并在此皮革樣品底下放水，安裝好并啟動(dòng)耐曲折測(cè)試儀，進(jìn)行曲折測(cè)試，通過(guò)鐵的易導(dǎo)電性及水的導(dǎo)電性，當(dāng)檢測(cè)到電流時(shí)，記錄下曲折次數(shù)，此時(shí)的皮革已透水。水的滲透（彎曲次數(shù)）和動(dòng)態(tài)吸水量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）決定了皮革樣品的防水性能，皮革樣品防水性合格的彎曲次數(shù)為>15000次水不滲透。endprint

2.3 靜態(tài)吸水法

此方法是ISO 2417：2016規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法：將庫(kù)伯爾皿A部分在下、B部分在上并加入固定溫度的蒸餾水或去離子水；將皮革樣品放入庫(kù)伯爾皿的B部分并記錄其刻度值，傾斜庫(kù)伯爾皿使該樣品被蒸餾水或去離子水完全浸沒(méi)；該樣品浸泡到規(guī)定時(shí)間后，抬起庫(kù)伯爾皿B部分使水全部流入A部分讀取其刻度值；通過(guò)計(jì)算水的吸收量對(duì)比皮革的防水性。通常當(dāng)皮革在6～24h內(nèi)伸縮幅度為15%，吸水率小于20%，說(shuō)明皮革的防水性良好。簡(jiǎn)化的測(cè)試方式為（浸泡法）：將固定規(guī)格的皮革樣品稱重后浸入蒸餾水中放置2h后，取出皮革樣品并用濾紙擦去皮革樣品表面的水，稱取其重量，通過(guò)皮革浸泡前后的重量變化計(jì)算出皮革的吸水率（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）進(jìn)而評(píng)價(jià)其防水性能。

2.4 沉浮法[4]

沉浮法是利用臨界表面張力和防水性能之間的關(guān)系，以臨界表面張力的大小評(píng)估皮革的防水性等級(jí)，該法通過(guò)測(cè)試液（水-正丁醇溶液）和邊長(zhǎng)為1～2mm的皮革顆粒的多個(gè)面接觸，來(lái)表征皮革的使用表面的斥水性能，廣泛應(yīng)用于日本紡織行業(yè)。

2.5 噴淋法

此方法是ISO 4920：2012以及美國(guó)化學(xué)師和印染師協(xié)會(huì)的AATCC22-2014美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定紡織品纖維防水性的檢測(cè)方法：將250ml蒸餾水，從固定于一定高度的噴頭內(nèi)噴淋于纖維樣品表面，噴頭噴嘴與該樣品表面成45°角，將纖維樣品經(jīng)噴淋后留下的水跡圖樣與標(biāo)準(zhǔn)比樣卡的圖例比較，即可測(cè)出該纖維樣品的防水等級(jí)。

2.6 防水-液滴試驗(yàn)法

此方法是ISO 23232：2009及美國(guó)化學(xué)師和印染師協(xié)會(huì)的AATCC193-2009美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定紡織品纖維防水性的檢測(cè)方法。按測(cè)試試劑溶液（不同體積分?jǐn)?shù)的異丙醇水溶液）的表面張力不同分為0～10個(gè)等級(jí)，將不同表面張力的測(cè)試試劑溶液液滴，滴于皮革樣品表面（間距為5mm），當(dāng)某個(gè)等級(jí)的測(cè)試溶液不能潤(rùn)濕該皮革樣品表面（通過(guò)觀察測(cè)試液滴的表面形貌及其接觸角），則表明該皮革表面張力小于測(cè)試溶液的表面張力，通過(guò)該等級(jí)測(cè)試；更換高一級(jí)的測(cè)試溶液進(jìn)行測(cè)試，至該皮革表面被潤(rùn)濕為止（根據(jù)液滴的表面形貌及其接觸角），則選取其最后通過(guò)的等級(jí)作為該纖維的防水等級(jí)。

2.7 防油-液滴試驗(yàn)法

此方法是ISO 14119：2010及美國(guó)化學(xué)師和印染師協(xié)會(huì)的AATCC118-2013美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定紡織品纖維防油性的檢測(cè)方法，皮革可參考使用。由于不同類型的油脂類分析純?cè)噭┚哂胁煌谋砻鎻埩?，按表面張力不同分?～8個(gè)等級(jí)，不同等級(jí)的油脂類分析純?cè)噭?，間距5mm滴于皮革樣品表面，當(dāng)某個(gè)等級(jí)的油脂類分析純?cè)噭┎荒軡?rùn)濕該皮革樣品表面（根據(jù)液滴的表面形貌及其接觸角），即說(shuō)明該皮革表面張力小于測(cè)試試劑的表面張力，通過(guò)該等級(jí)測(cè)試；再用高一級(jí)的試劑試驗(yàn)，直至該纖維表面潤(rùn)濕（根據(jù)液滴的表面形貌及其接觸角），則選取其最后通過(guò)的等級(jí)作為該纖維的防油等級(jí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）Bally滲透測(cè)試法和Maeser-Tests受到皮革的密度、部位差、厚度等影響，因此存在一定的不確定性；相對(duì)而言，Maeser-Tests的測(cè)試更準(zhǔn)確，因?yàn)闇y(cè)試是在樣品激烈地伸展條件下進(jìn)行，符合其實(shí)際使用狀態(tài)。（2）浮沉法測(cè)試皮革的臨界表面張力與Bally滲透測(cè)試法有較好的一致性；并且靜態(tài)吸水浸泡法和動(dòng)態(tài)吸水率有較好的一致性，盡管無(wú)彎曲作用，但不失為一種簡(jiǎn)便易行的方法，然而必須保持皮革樣品在水中的狀態(tài)和水深度的恒定。（3）噴淋法和液滴試驗(yàn)法可以精確表征皮革使用表面的防水情況，但和Bally滲透測(cè)試法無(wú)相關(guān)性；然而液滴試驗(yàn)法已經(jīng)成為防水/疏水（防油）自清潔表面改性材料研究領(lǐng)域廣泛采用的表面測(cè)試方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]ISO 5404：2011（IULTCS/IUP 11）Leather-Physical test methods-Determination of water resistance of heavy leathers.

[2]ISO 5403-1：2011（IULTCS/IUP 10-1）Leather-Determination of water resistance of flexible leather-Part 1： Repeated linear compression （Penetrometer）.

[3]ISO 5403-2：2011（IULTCS/IUP 10-2）Leather-Determination of water resistance of flexible leather-Part 2： Repeated angular compression （Maeser）.

[4]張廷有，許艷玲，丁克毅.皮革防水性的測(cè)定方法[J].中國(guó)皮革，1998，27（4）：23-25.endprint