碱处理对直纺型超纤革透气性能及手感提升研究

摘要：直纺型超纤革是以直纺型超细超短涤纶纤维非织造布为基布，并含浸水性聚氨酯涂料，经过一系列复杂工艺加工而成的新一代人工合成革。针对直纺型超纤革存在透气性能和手感差的问题，采用不同浓度的碱液对其中的涤纶纤维进行刻蚀，探讨了碱液质量分数和碱处理工序对直纺型超纤革透气性能和手感的影响。采用万能材料试验机、透气仪、法宝仪，分别对碱处理后的直纺型超纤革的力学性能、透气性能、相对手感值、柔软度、平滑度、悬垂度进行分析。结果表明：碱处理有利于直纺型超纤革透气性能和手感的提升；先对基布进行碱处理然后含浸水性聚氨酯工序较先含浸水性聚氨酯后进行碱处理工序，有利于直纺型超纤革力学性能的保持，且直纺型超纤革柔软度、透气性和相对手感值等卫生性能更优，当碱质量分数为10%时，与基布相比其力学强度基本保持不变，而柔软度提升了71.7%，透气率提升了67%，相对手感值为17.1%。

关键词：碱处理；超纤革；直纺型超纤革；透气性能；手感

中图分类号： TH145.2+2" " " " " " " " 文献标志码： A文章编号： １６７３－２３４０（２０24）０2－００89－０6

Abstract： Direct spinning microfiber leather is a new generation of artificial synthetic leather made from direct spinning ultra-fine and ultra-short polyester fiber non-woven fabric as the base fabric， containing a water-based polyurethane coating， and processed through a series of complex procedures. This study addresses the issues of poor breathability and tactile sensation in direct spinning microfiber leather. Different concentrations of alkaline solution were used to etch the polyester fibers， and the effects of alkaline solution mass fraction and different alkaline treatment processes on the breathability and tactile sensation of direct spinning microfiber leather were investigated. The mechanical properties， breathability， relative tactile value， softness， smoothness， and drape of alkali-treated direct spinning microfiber leather were analyzed using a universal strength machine， breathability tester， and other instruments. The results show that alkaline treatment improves the breathability and hand feel of direct spinning microfiber leather. Alkali treatment of the base cloth followed by aqueous polyurethane impregnation better retains the mechanical properties of direct-spun microfiber leather compared to impregnation with polyurethane followed by alkali treatment. Furthermore， the hygienic properties of direct spinning microfiber leather， such as softness， breathability， and relative tactile value， are enhanced. When the alkali mass fraction was 10%， the mechanical strength remained basically unchanged compared to the base fabric， while the softness increased by 71.7%， the breathability increased by 67%， and the relative tactile value was 17.1%.

Key words： alkaline treatment; microfiber leather; direct spinning superfiber leather; air permeability; hand feel

超细纤维合成革（超纤革）是以天然皮革为仿真目标，采用超细纤维制备具有三维立体网络结构的基布，再浸渍聚氨酯而形成的复合材料[1]。超纤革在机械强度、耐化学腐蚀性、耐生物性、质量均一性、自动化剪裁加工适应性等方面优于天然皮革[2]，同时较天然皮革拥有强度高、质轻、保形性好等优点，是天然皮革理想的替代品，可广泛应用于工业、民用、军用等领域[3-4]。但超纤革在透气性、手感和柔软性等方面与天然皮革相比仍存在较大差距[5-7]。我国的超纤革是以聚酰胺纤维基布为主，并以聚氨酯为弹性体制成的，其卫生性能提升研究主要集中于水解改性[8-10]、增加活性基团改性[11-15]、亲水剂改性[16-18]等方面。

直纺型超细纤维合成革（直纺型超纤革）以直纺型超细超短涤纶纤维为原料，以纤维集合体增强层为增强体，通过制品仿真结构设计，并采用湿法成网技术和水刺加固复合成形技术制备超细纤维复合材料基布，进而结合后整理技术获得最终制品。由于涤纶超细纤维化学结构稳定且表面没有太多极性基团，传统的改性技术不适用于直纺型超纤革涤纶基布[19-20]。为提升其卫生性能，本文采用不同浓度的碱液分别处理基布和超纤革，探讨碱处理工艺对直纺型超纤革透气性、柔软性和手感的影响，以期为直纺型超纤革的后续开发提供一定的参考。

1" "实验部分

1.1" "实验材料及仪器

直纺型超细纤维合成革基布，工业级，山东昌诺新材料科技有限公司；水性聚氨酯（WPU），工业级，安徽远辰新材料科技有限公司；力厚KW-5211加脂剂，工业级，山东力厚轻工新材料有限公司；氢氧化钠，分析纯，上海麦克林生化科技股份有限公司。

HH-4数显恒温水浴锅，上海力辰邦西仪器科技有限公司；Instron5300万能材料试验机，美国Instron公司；YG461H全自动透气仪，宁波纺织仪器有限公司；FES-3-10法宝仪，美国Nu Cybertek公司。

1.2" "直纺型超纤革碱化工艺

为了考察不同工序对直纺型超纤革碱化后成品的各项性能的影响，本文设计了两种工序进行比较，具体工艺参见图1。

含浸WPU：将直纺型超纤革基布含浸于水性聚氨酯溶液中，后经烘干制备成增量为12%的直纺型超纤革。

碱化：将直纺型超纤革或基布放入碱质量分数分别为0%、2.5%、5%、7.5%、10%、12.5%、15%、20%的氢氧化钠溶液中，水浴加热至70 ℃，恒温水浴1 h。

加脂：将经过不同碱处理后的直纺型超纤革放入加脂剂质量分数为10%的加脂溶液中，水浴加热至50 ℃，恒温水浴0.5 h后100 ℃烘干。

1.3" "测试方法

1.3.1" "力学性能

按照QB/T 4909—2016《水性聚氨酯超细纤维合成革》，使用Instron5300万能材料试验机对试样进行断裂强力、断裂伸长率测试。

1.3.2" "透气性能

按照GB/T 5453—1997《纺织品" 织物透气性的测定》，使用YG461H全自动透气仪对试样进行透气性测试，压降为200 Pa，试验面积为20 cm2。

1.3.3" "织物手感性能

按照T/ZFB 003—2019《纺织品" 相对手感值的测试" 仪器法》，使用FES-3-10法宝仪对试样进行相对手感值、柔软度、平滑度、悬垂度等织物手感性能测试。

2" "结果与讨论

2.1" "碱处理对直纺型超纤革减量率的影响

碱处理与超纤革减量率之间的关系如图2所示。由图2可以看出，碱质量分数与减量率呈正相关关系。随着碱质量分数的增加，工序一超纤革减量率由1%增加到27%，工序二则由3%增加到38%，即工序二减量率明显高于工序一。这是由于工序一的超纤革涤纶表面有水性聚氨酯膜保护，具有一定的耐碱性，从而导致其减量率低于工序二。

2.2" "碱处理对直纺型超纤革力学性能的影响

碱处理对直纺型超纤革力学性能的影响如图3所示。由图3可知，随着碱质量分数的增加，经工序一和工序二处理的超纤革经纬向断裂强力均呈现下降趋势。这是由于随着碱质量分数增加，涤纶纤维无定形区刻蚀愈加严重，进而对单纤的力学强度产生负面影响。同时对于整体而言，碱处理使部分短纤脱落，改变了整体三维立体结构，从而影响了其力学性能。由图3（a）可知，当碱质量分数从2.5%提高到20%时，经工序一处理的超纤革，经向断裂强力由190 N下降至75 N，工序二则由211 N下降至120 N；由图3（b）可知，经工序一处理的超纤革，纬向断裂强力由163 N下降至83 N，工序二则由184 N下降至83 N。从整体趋势和数值上看，工序二的力学性能保持优于工序一。同时，当碱质量分数为10%时，工序一和工序二在力学强度上接近基布，且工序二纬向断裂强力为131 N，相较于基布（113 N）提高了16%。这是由于在直纺型超纤革的整体三维结构中，水性聚氨酯在维持纬向强度方面起到明显作用，工序一碱处理时，碱液会对起黏结作用的水性聚氨酯产生影响，而工艺二中碱液不接触水性聚氨酯，因此对其力学性能产生不了影响。

由图3（a）还可以看出，当碱质量分数从2.5%提高到20%时，经工序一处理的超纤革，经向断裂伸长率由22%下降为12%，下降率高达45%，工序二则由23%下降为19%，下降率为17%。从下降趋势和数值上看，工序二断裂伸长率保持度要明显优于工序一。

综上，工序二的力学性能保持要优于工序一，并且当碱质量分数为10%时其力学性能保持在基布附近。

2.3" "碱处理对直纺型超纤革透气性能的影响

碱处理对直纺型超纤革透气性能的影响如图4所示。由图4可以看出，随着碱质量分数的增加，采用工序一和工序二处理的超纤革，其透气性能均逐步提升。这是由于直纺型超纤革或者直纺型基布经碱处理时，涤纶纤维产生刻蚀现象，从而使纤维之间的空隙增大，同时碱煮时会使部分短纤脱落从而使整体孔隙率上升。随着整体孔隙率上升和整体织物愈加疏松，直纺型超纤革透气率上升。同时，相较于未处理的直纺型超纤革而言，随碱质量分数增加，工序一处理后超纤革的透气率从100 mm/s上升至172 mm/s，提升了72%；工序二处理后超纤革的透气率从100 mm/s上升至227 mm/s，提升了127%。结合力学性能来考虑，当碱质量分数为10%时，工序二处理后的透气率为167 mm/s，提升了67%，工序一处理后的透气率为133 mm/s，提升了33%，工序二的提升率接近工序一的两倍。这是由于工序一涤纶纤维表面部分区域有水性聚氨酯的保护，其碱减量比工序二要低，相应地，其整体的疏松性低，从而其透气性能提升弱于工序二。

2.4" "碱处理对直纺型超纤革相对手感值的影响

碱处理对直纺型超纤革相对手感值的影响如图5所示。由图5可以看出，随着碱质量分数的增加，超纤革相对手感值总体呈上升趋势。从图5中还可以看出，相同的碱用量条件下，工序二的相对手感明显优于工序一。当碱质量分数为10%时，工序二的相对手感值为17.1%而工序一的为14.7%，表明工序二的处理方式优于工序一。

2.5" "碱处理对直纺型超纤革柔软度的影响

碱处理对直纺型超纤革柔软度的影响如图6所示。由图6可以看出，随着碱质量分数的增加，超纤革柔软性能整体呈上升趋势。当碱质量分数从2.5%提高到20%时，经工序一处理的超纤革，柔软度从41 mm提升到50 mm，经工序二处理的超纤革，柔软度从41 mm提升到56 mm。这是由于涤纶纤维减量的增加，其表面刻蚀产生孔洞，甚至发生断裂，维持硬挺的能力降低，从而导致其柔软性能提高。当碱质量分数大于5%时，采用工序二较工序一制备的超纤革柔软度更优。在考虑超纤革力学性能的前提下，当碱质量分数为10%时，采用工序一处理的超纤革，其柔软度为47 mm，而工序二处理的为51 mm，较未经处理超纤革的柔软度（29.7 mm）分别提高了58.2%和71.7%，表明工序二在相同的碱处理条件下能赋予超纤革更好的柔软性能。

2.6" "碱处理对直纺型超纤革平滑度的影响

碱处理对直纺型超纤革平滑度的影响如图7所示。从图7可以看出，随着碱质量分数的增加，工序一和工序二处理的超纤革，平滑度均呈现先减小后增加的趋势，工序一在碱质量分数为12.5%时达到拐点，而工序二在碱质量分数为10%时达到拐点。表明工序二能在较低的碱用量处理下使加脂剂更好地渗透进超纤革的内部。

2.7" "碱处理对直纺型超纤革悬垂度的影响

碱处理对直纺型超纤革悬垂度的影响如图8所示。从图8可以看出，随着碱质量分数的增加，超纤革悬垂度呈下降趋势。影响悬垂度的因素主要有织物的面密度和织物的抗弯刚度。由图2可知，超纤革减量率随着碱质量分数的增加而不断增加，使得织物的面密度不断减小，且纤维直径减小，刚度降低，从而导致超纤革悬垂度呈下降趋势。

3" "结论

不同碱处理强度及碱处理工序，对直纺型超纤革的透气性、相对手感值、柔软度、平滑度、悬垂度等卫生性能具有不同的影响。工序二即先碱处理直纺型基布后制备超纤革的方式要明显优于工序一（先制备超纤革后碱化）的处理方式。当碱质量分数为10%时，工序二直纺型超纤革力学性能未显著下降，但其透气率提高了67%，相对手感值为17.1%，柔软度提高了71.7%，实现了直纺型超纤革透气性能及手感的综合提升。

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（责任编辑：张燕）

收稿日期： 2024-03-10 接受日期： 2024-04-29

基金项目： 山东省重大科技创新工程项目（2020CXGC011101）

第一作者简介： 赵凯迪（1999— ）， 男， 硕士研究生。

* 通信联系人： 张元明（1979— ）， 男， 教授， 博士， 主要研究方向为功能纺织品。E-mail：zhangyuanming001@163.com