籃球鞋用合成革材料性能優(yōu)勢與生產工藝分析

冀琳

摘要：對當前籃球鞋用合成革材料進行分類，著重針對超細纖維合成革在籃球鞋制備領域的性能優(yōu)勢與制備工藝等進行分析，認為超細纖維合成革的線密度通常低于0.55 dtex，遠低于普通合成革;透水汽量為400 mg/（10 cm·24 h）左右，同樣優(yōu)于一般合成革。對超細纖維合成革制備過程中生成的二甲基甲酰胺、甲苯等污染物的回收利用工藝進行歸納，旨在提高超細纖維制備環(huán)保性，降低該材料使用過程中對環(huán)境的負面影響。

關鍵詞：籃球鞋;合成革;聚氨酯;超細纖維

中圖分類號：TS952;TQ323.8 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2022）07-0053-04

Study on performance advantage and production technology of

synthetic leather? material for basketball shoes

JI Lin

（XingZhi College of Xi'an University of Finance and Economics， Xi’an710038， China）

Abstract：The synthetic leather materials used in basketball shoes are classified， and the performance advantages and preparation technology of microfiber synthetic leather in the field of basketball shoes are especially studied. The linear density of microfiber synthetic leather is usually lower than 0.55 dtex， which is much lower than that of ordinary synthetic leather. The water vapor penetration of microfiber synthetic leather is about 400 mg/（10 cm·24 h）， which is also better than that of ordinary synthetic leather. The recycling process of dimethylformamide， toluene and other pollutants generated during the preparation of microfiber synthetic leather was summarized in order to improve the environmental protection of the preparation of microfiber and reduce the negative impact on the environment during the use of the material.

Key words：basketball shoes; synthetic leather. polyurethane; superfine fiber

籃球運動是一項對運動員所穿著籃球鞋性能要求極高的運動類型。在進行籃球訓練或高水平競技時，籃球鞋需要承擔運動員由于劇烈的跑、跳、急停等動作所帶來的極高的壓力，籃球鞋需要有較高的抗扭轉能力、良好的舒適性以及良好的防護性能等。此外，由于運動員在進行劇烈運動時會產生大量的熱量和汗液，籃球鞋還需要具備良好的透氣性和防濕滑能力等。長期以來，籃球鞋的鞋面材料多以牛皮為主，其優(yōu)點為堅固、透氣性良好、穿著舒適性高等。隨著合成革材料生產工藝的不斷優(yōu)化，以無紡布為基底，聚氨酯（PU）等材料為涂層所制備的合成革材料逐漸具備了天然牛皮具備的堅固性、舒適性等優(yōu)勢;同時，還能夠為籃球運動員提供更加輕便的穿著感，因而其逐漸取代天然皮革成為籃球鞋制備領域所使用的主要材料[1-2]。本文針對當前籃球運動鞋類常用合成革材料的性能優(yōu)勢進行分析，對可以進行優(yōu)化的合成革制備工藝進行總結，旨在為籃球鞋制備領域合成革材料的發(fā)展提供借鑒。

1籃球鞋用合成革分類

1.1籃球鞋用合成革基本結構

傳統(tǒng)的籃球鞋鞋面是以牛皮為主的天然皮革制備而成?；@球鞋用合成革為模仿傳統(tǒng)籃球鞋的穿著感，在進行結構設計和產品加工時也多以模擬天然皮革的結構為主要設計方向。如圖1所示，為一種典型模擬天然皮革狀態(tài)下的籃球鞋用PU合成革結構。其中，1層為聚氨酯基人造革層，采用聚氨酯基制備而成，為籃球鞋鞋面的最表層;內側的2層為纖維毛層，采用無紡布制備而成，是合成革材料的最重要基體材料之一;內側3層同樣為聚氨酯基材料，主要作用為連接內側4層的纖維毛層;5層為橡膠層，主要用于提升籃球運動員的穿著舒適性。

1.2合成革分類

當前籃球鞋領域所使用的合成革材料基本均是基于PU材料或者聚氯乙烯材料（即PVC材料）等基體材料，在無紡布、超細纖維基質材料中通過添加有機溶劑、增塑劑等制備而成。圖2所示為當前籃球運動鞋鞋面最常用的合成革材料分類情況。

1.2.1PU合成革

PU合成革是目前籃球運動鞋制備領域最常用的合成革材料之一;同時也是造價較為低廉的普通籃球鞋用材料[3]。PU合成革采用聚氨酯與無紡布材料復合加工而成，質地柔軟、富有彈性，表面可以進行加工。

1.2.2PVC合成革

PVC合成革同樣也是籃球鞋領域應用較為成熟的合成革材料之一。PVC合成革的使用成本與PU合成革相比更為低廉，但質地差、不耐寒、不耐折，僅見于某些低端籃球鞋領域。現在已普遍不使用PVC合成革作為中高端籃球鞋鞋面材料，或必須經過復雜處理以后才會進行使用。

1.2.3乙烯-醋酸乙烯共聚物合成革

乙烯-醋酸乙烯共聚物合成革即EVA合成革，它是一種使用乙酸乙烯共聚物高分子材料為基體制備而成的合成革。EVA材料原本多應用于籃球鞋的中底部位，具有輕便、彈性好、可塑性良好等優(yōu)勢。后因研發(fā)人員使用EVA材料經輻射交聯處理后制備了合成革，代替了傳統(tǒng)的PU、PVC材料與基布進行復合加工，使材料的環(huán)保性能、回彈性能等得到了提升。

1.2.4超細纖維合成革

超細纖維合成革是一種將頭層牛皮的邊角料進行破碎處理以后，按照一定的質量比例加入錦綸超細纖維和聚氨酯經過充分混合處理形成皮漿后，采用機械壓延的方法制成的類似“皮坯”的物質，然后，再經不同顏料的涂飾或經過濕法、干法覆合上PU薄膜加工而成。超細纖維合成革具有典型的三維網絡結構特征，是當前籃球運動鞋領域性能最接近天然牛皮，且與天然牛皮相比質量更輕、結構更均勻、彈性更有規(guī)律的合成革材料之一，已廣泛應用于中高端籃球鞋或職業(yè)籃球鞋制備領域。有學者認為，超細纖維合成革是一種代替天然皮革用于鞋類等制造的最佳材料，具有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿4]。

2超細纖維合成革材料性能優(yōu)勢分析

2.1最接近天然皮革的穿著感

與傳統(tǒng)的PU/PVC合成革相比，超細纖維合成革材料最大的區(qū)別在于所使用的纖維材料為超細纖維而一般合成革使用的為普通纖維。超細纖維的線密度低于0.55分特，而普通合成革所使用的纖維線密度一般要高于1.1分特[5]。在如此低的線密度條件下，超細纖維合成革材料制備的籃球鞋鞋面質地柔軟、耐折性強，能夠為運動員提供最為接近天然皮革的穿著感。這一點遠優(yōu)于一般的PU/PVC合成革。同時，超細纖維合成革材料還能夠克服一般牛皮籃球鞋面體形部位差、厚度不均勻、無法水洗或水洗后變硬等問題。因此，超細纖維合成革材料籃球鞋從穿著感角度來說，能夠接近或超越天然牛革籃球鞋。

2.2比一般合成革更加優(yōu)異的透氣性

籃球鞋大量應用皮革材料做為鞋面主要材料的原因之一，在于皮革材料能夠為籃球運動員的足部提供優(yōu)異的透氣性和吸濕性，在減少鞋內產生異味的同時，能夠改善籃球鞋內部微氣候。吸濕性是表征運動鞋用纖維材料性能的重要指標，然而大部分的合成革所使用的纖維材料均缺乏或沒有足夠的吸濕性親水基，導致制備的合成革籃球鞋面缺乏充分的吸濕性。超細纖維合成革的透水汽量為400 mg/（10 cm²·24 h）左右，與天然的皮革的透水汽量800 mg/（10 cm·24 h）相比仍存在一定差異;但與PU合成革80 mg/（10 cm·24 h）相比存在巨大的透氣性優(yōu)勢[6]。因此，采用超細纖維合成革制備而成的籃球鞋能夠為運動員提供更加理想的透氣性，進一步提升籃球運動員穿著舒適性，保障運動員足部健康。

2.3較高的彈性模量

以錦綸超細纖維合成革為例。該材料中的錦綸纖維與聚氨酯材料緊密連接，錦綸部分以三維網絡狀進行交聯，為合成革提供了骨架和支撐作用。與天然皮革相比，錦綸超細纖維的編織密度更小，基布整體呈空、松狀態(tài)，錦綸超細纖維基布通過支狀交纏形成的三維網絡狀結構與一般天然皮革纖維中的彎曲線狀纖維形成的立體結構相比具有更高的彈性模量[7]。這種較高的彈性模量能夠保證超細纖維合成革擁有更高的材料剛性，從而為籃球運動員提供更為理想的抗扭轉能力和保護性等。

2.4料加工環(huán)節(jié)對天然皮革的依賴性更低

與天然皮革相比，超細纖維合成革所使用的皮革材料多為天然皮革加工剩余的邊角料，對自然界的傷害也更低[8]。同時，超細纖維合成革的生產過程中不會產生固體廢棄物，整體而言，超細纖維皮革材料具有一定的環(huán)保性。但是，由于超細纖維合成環(huán)節(jié)大多需要應用的合成材料，基本均建立在化工原料生產基礎上，在各個生產環(huán)節(jié)仍然會產生一定量的固體廢棄物、廢水、廢氣等，需要通過后續(xù)的生產工藝改良進行優(yōu)化，從而使超細纖維合成革材料具有更高的環(huán)保性能和應用前景。

3超細纖維合成革生產工藝優(yōu)化

3.1生產工藝

超細纖維的生產工藝基本包括：①共混纖維法，也被稱為不定島纖維法。其優(yōu)點是易生產極細的纖維;缺點是需要用溶劑溶解纖維，溶解去除的“?！辈糠諴S將損耗，且“?！钡谋壤撸聘飼r用的聚氨酯比例也高[9]。②海島纖維法。其優(yōu)點是纖維線密度均勻，但如果是PET/PS組分，也需用溶劑處理;如果是PA/CoPET組分，則“?！钡牟糠諧oPET也將損耗[9]。③直接紡法。其無污染、無損耗，且PET部分可循環(huán)使用。④滌錦復合法。人工皮革中保留2種成分，無污染，但是難以完好地分裂2種成分。由于色牢度的原因，滌錦復合法不適合做麂皮絨;另外，生產制備后的合成革中含有PA，不適合工業(yè)應用。本文將以共混纖維法為例對當前籃球鞋制備領域最常用的超細纖維合成革制備工藝進行優(yōu)化分析。

一般共混纖維法制備超細纖維合成革生產工藝主要包括纖維材料制備、樹脂材料制備以及合成革材料的制備等多個步驟，具體如圖3所示。

由圖3可知，較容易產生污染的生產工藝環(huán)節(jié)主要集中在制備超細纖維合成革所排出的含有二甲基甲酰胺的廢水（浸漬環(huán)節(jié)）以及不定島錦綸纖維在進行海島分離時所使用的熱甲苯等（抽出環(huán)節(jié)）。因此，超細纖維合成革生產工藝的優(yōu)化基本圍繞這2點展開。

3.2生產工藝優(yōu)化

3.2.1二甲基甲酰胺回收

在超細纖維合成革中生成的二甲基甲酰胺主要利用精餾塔（主要為泡罩塔板結構蒸餾塔）等設備通過蒸餾、脫水等方法進行分離。粗二甲基甲酰胺中的固體成分在經過蒸餾塔脫水后會生成水、精二甲基甲酰胺以及固體成分等，蒸餾水可以直接排放或經過泡罩塔板進入水循環(huán)系統(tǒng)。精二甲基甲酰胺在紫外線照射儀發(fā)出光線的作用下會被分解成二甲胺和甲醛，加熱到350 ℃左右會分解成二甲胺和一氧化碳[10]。固體成分的處理則較為復雜，主要可分為：①對可溶性固體成分的處理，通常采用逐段濃縮的方法，對不可溶固體成分進行3次以上濃縮后進入蒸發(fā)罐中進行處理;②對不溶性的懸浮物的處理則采用過濾法進行處理，處理后的溶液進入蒸發(fā)罐加熱蒸發(fā)，再次蒸發(fā)，進入蒸餾塔進行脫水等工藝后排入蒸發(fā)罐進行處理。

3.2.2甲苯的回收循環(huán)利用

甲苯的回收循環(huán)利用方法主要包括3個主要部分：①甲苯蒸發(fā)，利用甲苯和水的高揮發(fā)性，通過甲苯蒸發(fā)器對抽出工序所得到的廢水在加熱蛇管中進行加熱，使大部分甲苯能夠被直接冷凝回收，實現甲苯的粗分離，此時的甲苯溶液中含有大量的水分。②甲苯殘渣蒸發(fā)，將第①步處理以后得到的混合聚乙烯以及不揮發(fā)甲苯的殘渣打入甲苯殘渣蒸發(fā)罐中再次進行加熱，使殘渣中的甲苯繼續(xù)進行揮發(fā)回收，此時包含聚乙烯等的殘渣可以直接排出。③水-甲苯蒸餾，甲苯與水蒸發(fā)冷凝后得到的混合液，在組成條件適當時可在85 ℃以下形成共沸物，可以利用蒸餾器將甲苯與水的混合液在低于100 ℃條件下實現沸騰氣化這一特征[9];在甲苯與水的混合液中的甲苯將會以甲苯-水共沸物的生成并餾出，經甲苯殘渣氣液分離器液化以后甲苯與水互不相溶，此時可根據二者之間密度的不同進行分離。

上述2種關于超細纖維制備過程污染物處理方法已經在我國部分制革企業(yè)中得到了應用。例如，福建可利盛超細纖維有限公司，2013年該企業(yè)引入了包括上述二甲基甲酰胺回收和甲苯的回收循環(huán)利用工藝等在內的超細纖維三廢污染物處理工藝，大大提升了企業(yè)在合成革生產過程中生成污染物的處理效率，解決了超細纖維生產過程廢水零排放的技術瓶頸，可以生產出環(huán)境友好型、高質量的定島型超細纖維合成革產品[11]。

4結語

籃球運動所使用籃球鞋對鞋面材料的性能要求極高。隨著現代合成革工藝的不斷發(fā)展，利用PU、PVC等材料制備而成的籃球鞋鞋面由于穿著舒適度不夠、易折損、透氣性差等問題逐漸不再受消費者青睞。本文對籃球鞋用合成革的分類情況進行分析，著重針對超細纖維合成革的性能優(yōu)勢和生產工藝進行研究，并針對超細纖維合成革制備工藝中容易產生污染環(huán)節(jié)的優(yōu)化進行了理論性分析，旨在為籃球鞋用超細纖維合成革的環(huán)保性開發(fā)提供借鑒。

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