加脂剂在超细纤维合成革仿真皮中的应用研究

强涛涛, 王杨阳, 任龙芳, 王学川, 郑书杰

(1.陕西科技大学 轻工科学与工程学院，陕西 西安　710021; 2.天津中石油昆仑燃气有限公司，天津　300270)



加脂剂在超细纤维合成革仿真皮中的应用研究

强涛涛1, 王杨阳1, 任龙芳1, 王学川1, 郑书杰2

(1.陕西科技大学 轻工科学与工程学院，陕西 西安710021; 2.天津中石油昆仑燃气有限公司，天津300270)

摘要：采用铝鞣剂作为交联剂，选用常用加脂剂对超细纤维合成革基布进行后整理，以提高仿真皮性能.通过考察整理前后基布柔软度、吸湿性、透水汽性、抗张强度及撕裂强度，优化加脂剂种类及用量.与未处理基布相比，处理后的基布柔软度明显增大，吸湿性提高50%～90%，透水汽性提高6%～30%，机械性能也有不同程度的提高.采用水接触角、AFM、SEM 和比表面积对处理前后的基布进行检测，结果表明处理后基布润湿性降低，纤维表面微观形貌明显发生变化，纤维间隙变大，基布比表面积增大.

关键词：加脂剂；超细纤维合成革基布；铝鞣剂；卫生性能；仿真皮

0引言

超细纤维合成革是由日本研制出来的一种人工革，它是采用线密度低于0.55 dtex的聚酰胺纤维制成具有三维结构的非织造基布并填充聚氨酯，再经后加工处理而成的[1,2].但是超细纤维合成革具有如基布手感扁薄，悬垂性较差，透水汽性差等缺点.

加脂是指在一定工艺条件下用加脂剂处理坯革，使油脂填充坯革而赋予革一定的柔软度、良好卫生和机械性能的过程[3,4].将皮革加脂剂应用于超细纤维合成革加工过程，加脂剂可通过物理和化学作用使革内纤维间被油脂包裹起来，从而改善合成革的柔软性、卫生性能及机械强度等，以期达到真皮性能[5,6].

本文主要通过将皮革加脂剂用于超细纤维合成革基布后整理阶段，提高合成革的真皮感.以合成革基布为原材料，使用铝鞣剂为交联剂，采用九种不同加脂剂对基布进行加脂.通过化学检测与仪器表征确定加脂剂的种类和用量.

1实验部分

1.1主要试剂与仪器

(1)主要试剂：超细纤维合成革基布(工业品，浙江中汇合成革基布有限责任公司)；铝鞣剂TJ-T4325(工业品，四川亭江新材料股份有限公司)，甲酸(AR，天津市天力化学试剂有限公司)；碳酸氢钠(AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司).

实验选用的加脂剂如表1所示.

表1　实验选用加脂剂

(2)主要仪器：红外染色小样机(IRE-24，佛山市华高自动化设备有限公司)；柔软度测试仪(YN-L-051，东莞市优诺检测设备有限公司)；恒温恒湿箱(HWS-150B，天津市泰斯特仪器有限公司)；电子万能试验机(UTM2102，深圳三思纵横科技有限公司).

1.2超细纤维合成革基布加脂工艺

分别使用九种加脂剂对超细纤维合成革基布进行加脂，其用量分别为0%、2%、10%、20%、30%、40%，采用的工艺如表2所示.

表2　超细纤维合成革基布加脂工艺

备注：所有化料用量百分比均以干态基布质量计.

1.3性能检测

参照QB/T 2707-2005[7]对基布试样进行空气调节；参照QB/T 1811-1993[8]测定透水汽性；参照QB/T 1811-1993[8]测定吸湿性；参照皮革检测法[9]测定柔软度；参照QB/T 2710-2005[10]测定抗张强度；参照QB/T 3812.6-1999[11]测定撕裂强度.

1.4仪器表征

1.4.1水接触角检测

使用德国OCA 20型接触角测定仪对基布试样的润湿性进行检测.

1.4.2原子力显微镜检测

使用日本理学SPI3800N/SPA400型原子力显微镜，对基布试样的表面形貌进行观察.

1.4.3扫描电子显微镜检测

取试样进行喷金处理，使用美国FEI Q45型扫描电子显微镜观察基布试样的纤维形貌.

1.4.4比表面积检测

使用麦克默瑞提克仪器有限公司Gemini VII2390型比表面积分析仪，通过BET法对基布试样的比表面积进行检测.

2结果与讨论

2.1加脂剂对超细纤维合成革基布性能的影响

图1为加脂剂用量对超细纤维合成革基布柔软度的影响.由图1可以看出，随着每种加脂剂用量的增加，基布的柔软度总体呈上升趋势，但增长速率不同，到达一定用量后，柔软度保持稳定.这是因为加脂通过物理和化学作用使聚酰胺纤维被油脂包裹起来，纤维受到润滑作用，表面能量受到平衡，同时降低了纤维受力时的剪切力，增强了聚酰胺纤维间的可移动性，从而使基布变得柔软.

图1　加脂剂用量对超细纤维合成革基布柔软度的影响

表3～11为加脂剂用量对合成革基布透水汽性、吸湿性、抗张强度及撕裂强度的影响.

表3　德赛宝LQ-5用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表4　德赛宝QL用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表5　德赛宝SK-70用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表6　德赛宝SO用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表7　科莱恩NLM用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表8　力厚WK用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表9　亭江羊毛脂用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表10　亭江合成牛蹄油用量对超细纤维合成革基布性能的影响

表11　赞成磺化油SS用量对超细纤维合成革基布性能的影响

由表3～表11可以看出，在一定范围内，加脂剂用量增大，吸湿性与透水汽性也会明显改善，用量到达一定值，吸湿性与透水汽性最佳.德赛宝LQ-5用量为20%，德赛宝QL用量为30%，德赛宝SK-70用量为10%，德赛宝SO用量为30%，科莱恩NLM用量为30%，力厚WK用量为2%，亭江羊毛脂用量为20%，亭江合成牛蹄油用量为10%，赞成磺化油SS用量为20%时，基布卫生性能最佳.继续增大加脂剂用量，基布的吸湿性及透水汽性改善不明显.主要是因为加脂剂主要起到润滑纤维的作用，且其对基布有一定鞣制和填充作用，由于大分子加脂剂填充在聚酰胺纤维间，使纤维束内纤维间隙变大，有利于水汽的通过，另外交联剂分子上的活性基团有利于提高吸湿和透水汽性能，所以在一定范围内，加脂剂用量越多，吸湿性、透水汽性改善越明显，当加脂剂用量到达一定值，卫生性能最佳；加脂剂用量继续增大，基布中过量的亲油基团反而不利于吸湿性和透水汽性的提高，另外，基布含油量过大，其孔率变小，堵塞水蒸气传递通道，影响水蒸汽传递，使吸湿性和透水汽性降低.因此选择合适的加脂剂与用量，能有效改善基布卫生性能.

抗张强度是指纤维沿受力方向取向程度的大小，撕裂强度是指沿截面上一个点切入后，在这条线上纤维分布的均匀程度[12].由表3～表11看出，基布的抗张强度纵向总体大于横向，撕裂强度相反，横向总体大于纵向，这是由于超细纤维基布中纤维的排列方式不同造成的.而不同类型的加脂剂对基布机械强度的影响存在差异，德赛宝LQ-5、德赛宝SK-70、德赛宝SO、亭江羊毛脂及赞成磺化油SS这几种加脂剂，随着其用量的增大，基布的抗张强度、撕裂强度呈先增大后降低的趋势，德赛宝QL随着用量的增大，机械性能呈增大趋势，而科莱恩NLM、力厚WK及亭江合成牛蹄油这几种加脂剂，随其用量的增大，抗张强度有减小趋势.这是因为加脂剂对纤维有润滑作用，能够有效地降低纤维间的摩擦力，有利于纤维在受力方向上的取向，使得纤维形成稳定的三维网络结构，从而提高了基布的机械强度；加脂剂过量反而会破坏纤维稳定的网络结构，使机械性能降低.因此在超细纤维合成革的加脂处理中，选择合适的加脂剂及用量，有利于改善其机械性能.

2.2加脂前后基布的表征

不同加脂剂的用量对超细纤维合成革基布的影响程度不同，其中德赛宝SO、科莱恩NLM及亭江合成牛蹄油对合成革基布的卫生性能改善最大.德赛宝SO加脂后基布吸湿性提高50.97%，透水汽性提高6.28%；科莱恩NLM加脂后基布吸湿性提高90.97%，透水汽性提高29.30%；亭江合成牛蹄油加脂后基布吸湿性提高97.42%，透水汽性提高28.95%.

选取以上三种加脂剂处理的基布，对其进行加脂前后的仪器表征.

2.2.1水接触角表征

图2(a)、(b)、(c)、(d)分别为空白基布、德赛宝SO加脂基布、科莱恩NLM加脂基布和亭江合成牛蹄油加脂基布的接触角检测图.由图2可以看出，经过加脂剂处理后的基布比未加脂的空白基布接触角大，这是因为油脂分子具有疏水性，因此基布表面的接触角变大.

(a)空白基布 (b)德赛宝SO加脂剂 (c)科莱恩NLM加脂剂 (d)亭江合成牛蹄油加脂剂图2　加脂基布的接触角

2.2.2原子力显微镜表征

图3(a)、(b)、(c)、(d)分别为空白基布、德赛宝SO加脂基布、科莱恩NLM加脂基布和亭江牛蹄油加脂基布的三维等高AFM图.由图3可以看出，经过加脂剂处理后的基布与未加脂的空白基布相比，其表面结构发生明显变化.这是因为基布纤维间的空隙填充了大量的油脂，平衡了纤维的表面能量，导致表面结构发生显著变化，这也侧面反映了加脂剂能够均匀填充在基布内.

(a)空白基布 (b)德赛宝SO加脂剂 (c)科莱恩NLM加脂剂 (d)亭江合成牛蹄油加脂剂图3　加脂基布的AFM图

2.2.3扫描电子显微镜表征

图4(a)、(b)、(c)、(d)分别为空白基布、德赛宝SO加脂基布、科莱恩NLM加脂基布和亭江合成牛蹄油加脂基布放大1 000倍的SEM图.对比

四张图可发现,经加脂剂处理过的基布其纤维更加分散，纤维间隙增大，而纤维束排列比较规整.因为经过加脂剂处理后，基布纤维被具有润滑作用的油脂包裹，有利于纤维变得分散[13]，有利于水汽的传递和吸收，基布柔软度和手感更佳.

(a)空白基布 (b)德赛宝SO加脂剂 (c)科莱恩NLM加脂剂 (d)亭江合成牛蹄油加脂剂图4　加脂基布的SEM图

2.2.4比表面积表征

基布的比表面积越大，其单位质量的吸附量越大.图5及表12是基布试样的N2吸附比表面积测试结果.结果表明，空白基布的单层饱和吸附量为0.202 6 cm3/g，BET比表面积为0.881 8 m2/g，而加脂基布的单层饱和吸附量分别为0.256 3 cm3/g、0.229 7 cm3/g和0.261 1 cm3/g，其BET比表面积分别为1.115 6 m2/g、0.999 9 m2/g和1.136 8 m2/g.可见加脂基布的单位质量吸附量大于未加脂基布的单位质量吸附量，这也从微观上佐证了基布吸湿性有所增加的规律.

图5　加脂基布的BET比表面积曲线

3结论

(1)将铝鞣剂作为交联剂，采用加脂剂对超细纤维合成革基布进行柔软处理，能有效地改善合成革基布卫生性能.当德赛宝SO用量为30%时，基布吸湿性提高50.97%，透水汽性提高6.28%；当科莱恩NLM为30%时，基布吸湿性提高90.97%，透水汽性提高29.30%；当亭江合成牛蹄油用量为10%时，基布吸湿性提高97.42%，透水汽性提高28.95%，且最优条件下三种加脂剂有利于合成革基布抗张强度与撕裂强度的提高.

(2)基布经水接触角、AFM、SEM和比表面积检测后表明，基布润湿性略微降低，纤维表面形貌发生明显变化，纤维间隙变大，基布比表面积增大.

参考文献

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【责任编辑：蒋亚儒】

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

基金项目：陕西省科技厅重点科技创新团队项目(2013KCT-08); 陕西省教育厅专项科研计划项目(14JK1090); 陕西科技大学科研创新团队计划项目(TD12-04); 陕西科技大学研究生创新基金项目

作者简介:强涛涛(1980-)，男，陕西西安人，副教授，博士，研究方向：合成革与皮革绿色化学品的制备及其作用机理

文章编号：1000-5811(2016)04-0021-05

中图分类号：TS102

文献标志码：A