防水皮革(三)
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童
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功肓巨皮革系列之
防水皮革(三)
王康建 ,王讳 ,但年华 ,郝燕玲 ,但卫华
(I四川大学制革清洁生产技术国家工程实验室,四川成都61 00 6 5;2际华三五一二皮革服
装有限公司,甘肃兰州,7 3 0 0 4 6;3际华三五一四制革制鞋有限公司,河北石家庄,0 5 0 081)
摘 要:详细介绍了皮革防水的概念、基本原理、皮革防水机理与防水方法、影响皮革防水处 理的因素、皮革防水材料、皮革防水产品、皮革防水椅测与标准等。 关键词:防水皮革;防水机理;防水剂 中图分类号:TS 544 文献标识码:A
【续前篇】
7.皮革防水材料
皮革防水主要是通过外加材料达到目的笔者认为.可将防
水剂分为填充阻塞防水剂、表面疏水防水剂亲水防水剂三大类。
7.1填充阻塞
最早使用的皮革防水剂为填充阻塞早期用的是高级脂肪酸 及其衍生物石蜡碳氢化台物油脂橡胶及其衍生物 树脂等
后期包括阴离子油脂.石蜡乳液.同可溶性金属盐在皮内反应生
成的不溶性化台物。这些物质含有疏水的长链脂肪烃分子中缺
少极性基团分子量大.不溶于水。通过物理机械作用将其引人
到皮革中阻塞皮革纤维的空隙封闭皮革中的微孔.防止水的 透过。这种物理填充的方法历史悠久.材料价廉易得.经其处理
的皮革在获得防水性的同时能赋予皮革特殊手感身骨和静态
防水性 】。市面上常见的有德国Baye r公司的Xeroderm D、美国
Atlas公司的Atlasol KLT、AtlasenelO0等 由于采取填充的方式
必须大量使用这些材科才能有效防水 从而导致成革油腻感重
皮革的透水汽性、透气性隔热性大大降低卫生性能差皮革
遇冷变硬.遇热吸油而且还很容易使皮革失去天然质地所以
已逐渐被其它防水剂所取代+只有在特殊情况下才使用 如用于 鞋底革的漫溃填充处理以改善基底耐磨性防水性对于气表
用革隔膜革和垫圈用革等也可采用此方法I l。
7.2表面疏水
7 2
这类皮革防水剂主要是脂肪盐酸金属盐f皂)RC00 Me I R 长链烃基)。除钾钠碱金属盐与铵基盐外 一般都具有 水不溶性与不同程度的疏水防水性能。防水性是由于其具
有憎水性长链的脂肪酸根通过水解作用而络合 并在纤维
上形成一层憎水的分子而得到。本类防水材料通常是用石
蜡氧化生产合成脂肪酸的副产物高级碳脂肪酸或硬脂酸制 成。如.
RCOOH+Me^OH—RCOOMeA+H2O RCOOMeA 4-MerCI=RCOOMea l+Me CI 注:№ 钾钠碱金属与铵基,№ 一铬、铝、锆和镁等。
常用三种方法将材料引入皮革中。第一种方法 即先以脂肪
酸的钾铀或铵盐水溶液使湿革吸收再用金属(Me。)的硫酸或氯化
盐水溶液处理在革纤维上及革纤维闻形成疏水性的脂肪酸金属
(M 】盐在皮革整个面积和厚度上的分布都较均匀获得很好
的防水效果但在制革生产中须增加工序操作比较复杂。第二 种方法m 就是用(非乳化)油脂混合物加脂时将脂肪酸金属【Me l
盐I皂)溶八油脂中进行加脂.不增加操作工序。第三种方法是将
脂肪酸金属(Mea)盐(皂)用醇溶液溶解后浸透皮革.随着溶剂的挥
发+脂肪酸金属盐f皂)即存留于革内.并赋予成革防水性。
国内相关产品如天津轻工皮革技术所的cR(硬脂酸氯化铬络
合物):还有湖南轻工研究所的AC和AZ c硬脂酸铬铝络台物).CAZ
为脂肪酸铬铝锆络合物” 。国外相关产品有汽巴一嘉基公司的
IRGAPEL C山德士公司的OMBROPHOBC.明镜公司的UMBRELLIT30 等。此外.英国专利还发现壬二酸.癸二酸直链的含C ,~C ,
的二元羧酸双油酸、双亚油酸的碱金属盐或铵盐对皮革均有防
水性 如产品Ba r813 D等0 I。
・+作者简介王康建,男,湖北宜昌人,在读博士生. …通讯作者:但卫华.男,湖北赤壁人,博导,教授
90 BEIJING…h。r 师承但卫华教授,主要从事功能皮革和绿色皮革化学品的研究 主要从事生态皮革和生物医用材料的研究。
7 2 1 1硬脂酸铬铝防水剂(AC防水剂)
A C防水剂属于 韦纳 脂肪酸铬铝类阳离子合成产物
c即硬脂酸铬铝类) 这类防水剂的憎水机理是:铬原子戚铬
酸时为六价化合物.还原后成三价金属盐 除了具有三个电
价键以外并有留个配位键.在用醇类做反应介质的条件下
能与脂肪族羧酸或环羧酸形威配位.配位数及分子量大小 取决于反应物的配比 反应条件等因素。在此种条件下有如
下结构.
在水溶液中电离呈阳离子
f 尸一譬 广
式中Me代表^】“或c
憎水机理:
r 卜一 卜删
脱去2H O
o 。一I/
一 尸
” 一 夕
\O
其中Me表示^I 或c r
A C防水剂为阳离子性物质.适用于植鞣革.也适用于
矿物鞣革的防水处理。A C防水剂有润湿皮纤维作用 在客 观上能起到一定的加脂作用,在反绒革上AC防水剂用量4%
较适宜在染色加脂后换新水加八.温度5 0 C~¨。C处
理后的皮革兼有柔软和耐磨性能 处理后绒面革手感好起
绒均匀细致手感柔软2 4 h吊水试验不透水且对被处理
皮革的透气性.透水汽性没有影响。 7 2 1 2硬脂酸氧化铬防水剂I CR防水剂) 1 9 7 2年,天津轻工皮革技术所等单位进行了疏水防水
剂C R的研制及应用” I。C R防水剂属于硬脂酸氯化铬类.它
可用于绒面革和其它铬鞣革的防水处理.用它处理后的皮
革吸水比原来减少5 0%以上。
硬脂酸氯化铬防水剂是借助于在醇溶液中氯化铬与硬脂
酸盐之间的交换反应而制取的络台物 它的结构式如下:
它的憎水性是决定于它的水解氯离子而形成
c” j 。/t -v 一— /≮…
在处理绒面草的过程中.强烈的水解是一个重要因素.
此种络台物可与革纤维进行化学结合.而且还能渗透到皮
革内部。
7 2 1 3硬脂酸络铬铝锆防水剂{CAR防水剂) C A z防水剂是硬脂酸铬铝锆的络台物。德国产品 昂波
罗C 防水剂就是硬脂酸铬铝锆络合物的醇溶液 该防水剂
使皮革防水的机理是 硬脂酸铬铝锆的络合物中带有羟基
的铬铝锆原子与皮纤维中的肽链产生络台 使憎水的碳链
朝外.形成一层拒水膜使皮革拒水而不影响革的透气性和
透水汽性。该防水剂一旦与革结合就不易洗掉.既耐皂洗又
耐干洗 这种防水剂制备原理与硬脂酸铬铝络台物基本相 同 ’ 。
这类防水剂用于猪绒服装革、手套革 绒面鞋面革、猪 修面革的防水处理成革手感丰满、柔软.防水效果好.有
丝光感 用其处理的鞋面革与手套革的动态防水指标达到
烯基琥珀酸防水剂的水平.用其处理的服装革静态吸水率
低.防雨性能好。
脂肪酸金属络台物类防水剂原料来源广泛工艺 工艺制
备简单.使用方便+成本低廉.在大多数制革工艺中比较适 用。脂肪酸金属络合物防水剂中带有羟基的铬 铝锆能与
皮纤维中的活性基团(如羧基等)产生配位.不能结合的非极
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性憎水碳链朝外 从而在纤维上定向排列形成一层拒水膜
因而既具防水性和结合性 又能保证皮革的透气性和透水 汽性。这类防水剂适用于各种重革及绒面革 防水处理后的
成革柔软丰满.有丝光感 防水性持久 但这类防水剂稳定 性差 不耐碱 强酸和高温 易水解颜色较深会影响染色
色泽 抗张强度会稍有下降。
7 2 2有机硅防水齐 洲
有机硅化台物是由Si和0原子交替结合成硅氧烷链无机骨 架并在硅原子上接有甲基或苯基等有机基团的聚合物 包括
硅油硅橡胶硅树脂和硅烷偶联剂。硅氧键的主要特点是键角
宽.键长长,键能强 如聚--Ep基硅氧烷主链骨架Si一0一Si键
的键角为160 f-ep醚键角为111。),呈螺旋形线状分子与Si 相连的两个Ep基处在垂直于两个相邻氧原子连接线的平面上且
可以绕硅氧键键轴自由旋转(所需能量几乎为零)振动而甲基
上的三个氢原子就像re ̄l,撑开的 防水保护伞“ 在甲基的旋转
中占据较大的空间从而增加了相邻分子问的距离 分子间作用
力小.主链十分柔顺。其表面张力比相同分子量的碳氧化合物的 表面张力小[甲基硅油为(I6--21)mN/m.矿物油为I 30--35)mN/
m+水为72mN/m]。其柔顺性还从很低的玻璃化温度Tg{一1 23’C I
上表现出来。硅氧键的键能c121Kcal/mo[)比碳碳键能(82 6Kcal/
mo1)大得多.因而具有耐热稳定性和耐候性。上述特点决定了有
机硅具有极好的疏水性 优异的柔软性和滑爽丝绸手感.优越的 耐磨性耐高低温性耐久性和耐洗性.且不影响皮革的 呼吸
性能。有机硅化台物固化交联后.在皮革纤维外面形成具有一定
强度的弹性膜.经聚甲基硅氧烷定向.硅氧烷偶极转向皮面.而
疏水的甲基向外从而使处理后的皮革具有良好的疏水性如图 6-1所示 国外20世纪7O年代就开始研究及应用有机硅进行防水处理
聚硅氧烷皮革防水剂的发展经历了三代m 。第一代是溶剂产品.
将硅油溶解于汽油或卤代烃等溶剂中制成 常以帘幕涂饰方式使
用 这代产品操作复杂危害健康.污染环境成本高.还存在
降低涂层粘接牢度的弊端 第二代是水分散产品。1 986年BAs[ 公司的Bay Herbert等人于发明了N一酰基肌氨酸钠为外乳化剂制
备硅氧烷乳液的方法.主要选择的是1%~2%甲基被巯丙基或氨
丙基取代的二甲基硅油或平均每个分子含有2~10个羧基基团
的硅油 但外乳化会影响革的防水性。1990年Herb ̄t等人又申请
了端基为羧酸酐 聚合度为2 0~40的聚硅氧烷防水剂专利. 它能在水中自乳化 不用金属鞣剂固定就能与皮革相互作
用产生一定防农性能。1 996年BASF公司的KnelP MichaeI
等人发明了《用羧基以梳状方式官能化的聚硅氧烷对皮革
和毛皮的防水处理的方法》。选用了结构更为特殊的含羧基
92 BEIJIHaL.~ ◇ c/ \c/ \C/
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图6・1有机硅防水机理示意图
聚硅氧烷羧基通过间隔基团键台于聚合物的主链上.间隔
基团是线性的或支化的C。~C 亚烷基.在主链上呈梳状排 列 F ri ed rich Holger等人于2000年申请了《羧酰胺聚硅氧烷
用于防水革》专利.以黏度为50 cP~5OOcp的氨基聚硅氧烷
和丁二酸酐为原科 制备了分子量为2.000~6.0OO、具有
自乳化特性的羧酰胺聚硅氧烷。为了获得好的防水性能,往 往需要金属鞣剂(常用铬鞣剂)固定 会影响革的颜色 还导 致废铬液的排放 存在环境污染。第三代是无金属I铬)盐固
定的防水荆 2002年Schafe r WaIle r等人发明了《赋予疏水
性的羧基聚硅氧烷》的专利 在含羧基聚硅氧烷的乳化过程
中引八了含氰脲基的 自抑制乳化剂 这种阴离子乳化剂 在干燥和失去其反离子时 化合物形成水不溶性二聚或低
聚体 失去离子特性的同时失去乳化性能.从而发生沉积。
含氰脲基的聚硅氧烷乳液具备p H敏感相分离的特性 与双
亲聚丙烯酸酯分散体和蜡乳液三者复台制成防水剂 如 Rohm—Hass公司的Lubritan WP只需要酸固定{pH值2 5~4