1  合成革的優異特性媲美天然革

　　隨著世界人口的增長,人類對皮革的需求倍增,數量有限的天然皮革早已不能滿足人們這種需求,人造革、合成皮革的出現,便彌補了天然皮革的不足。通常將PVC樹脂為原料的人造革稱為PVC人造革(簡稱人造革),將PU樹脂為原料的人造革稱為PU人造革(簡稱PU革),將PU樹脂與無紡布為原料生產的人造革稱為PU合成革(簡稱合成革)。

　　科學家們從研究分析天然皮革的化學成分和組織結構開始,從硝化纖維漆布著手,進入到PVC人造革,這是人工皮革的第一代產品。隨著基材和涂層樹脂的改進,合成纖維的無紡布出現針刺成網、粘結成網等工藝,使基材具有藕狀斷面,合成革表層已能做到微細孔結構聚氨酯層,從而使PU合成革的外觀和內在結構與天然革逐步接近,其他物理特性都接近于天然革的指標,而色澤比天然革更為鮮艷,這是人工皮革的第二代產品。超細纖維PU合成革的出現是第三代人工皮革,其三維結構網絡的無紡布為合成革在基材方面創造了趕超天然皮革的條件。該產品結合新研制的具有開孔結構的PU漿料浸漬、復合面層的加工技術,發揮了超細纖維巨大表面積和強烈的吸水性作用,使得超細級PU合成革具有了束狀超細膠原纖維的天然革所固有的吸濕特性,因而不論從內部微觀結構,還是外觀質感及物理特性和人們穿著舒適性等方面,都能與高級天然皮革相媲美了。此外。超細纖維合成革在耐化學性、質量均一性、大生產加工適應性以及防水、防霉變性等方面更超過了天然皮革。

　　實踐證明,合成革的各項優良性能是天然皮革無法取代的,從國內外的市場來看,合成革也已大量取代了資源不足的天然皮革。采用人造革及合成革箱包、服裝、鞋、車輛和家具的裝飾,已日益得到市場的肯定,其應用范圍之廣,數量之大,品種之多,是傳統的天然皮革無法滿足的。

　　2  用于合成革基布的專用滌綸短纖維的生產

　　針刺合成革基布以短纖為原料,為了改善和提高基布的物理性能,選擇專用滌綸短纖維作原料,要求其產品的撕裂強力提高20%～25%,需要滌綸短纖具有較高的強伸度,因纖維強度越高,在相同的針刺工藝的情況下,其剩余的斷裂強度仍保持較高水準。同時還因纖維的伸長大,故柔韌性高,抗彎剛度小。在金屬刺針對其反復穿刺、沖擊、并隨鉤刺不斷地上下運動過程中,纖維斷裂少、短絨少、相互穿插多、纏結牢、織物力學性能高。此外,還要纖維具有良好的抱合性能,這就需要纖維具有較高的卷曲數和卷曲度;疵點含量要少,以免影響基布質量及皮革表面平整度和染色性能。

　　為此,在專用滌綸短纖生產過程中,要采用一等品半消光纖維級聚酯切片作原料,必須控制好干燥條件,保證較低的含水率。紡絲溫度應比紡制普通纖維略高6～8℃,以獲得理想的熔體流動性能,減少出口膨化現象,增加大分子鏈段的可活動性,降低噴絲頭的拉伸應力,減少初生纖維內部大分子的取向,增加初生纖維的自然牽伸倍數,從而可提高成品纖維的強伸度。環吹冷卻風速比生產普通纖維偏低0.2～0.3M/S,以便降低初生纖維的預取向度,增加初生纖維的可拉伸性能,提高成品纖維的斷裂伸長。為了獲得較大伸長的纖維,其卷繞速度要比普通纖維低,降低總的牽伸倍率以便減少應力誘導結晶,總的后牽伸倍率較普通纖維低0.3～0.4,這樣在保持強力上升的前提下,其斷裂伸長可提高15%～20%。保持卷曲個數比普通纖維高4～6個/25MM,定型溫度比普通纖維稍高。

　　通過對以上工藝的調整,專用滌綸短纖的強伸度較普通纖維有明顯的提高,尤其是斷裂伸長上升近20%。較高的斷裂伸長使得纖維在生產過程中不易斷裂,同時還因卷曲數的提高,增加了專用纖維的纏結效果。疵點率也大幅度下降,可以滿足合成革基布的質量要求。

　　3  添加高收縮滌綸纖維以生產高密度合成革基布

　　高收縮滌綸纖維在沸水或空氣作用下,單根纖維會產生收縮,其收縮率可控制在30%～75%范圍內。在水刺無紡布工藝中,混有一定比例高收縮纖維的合成革基布,經過熱風穿透的作用,高收縮纖維在濕熱狀態下沿纖維的長度方向急劇縮短,從而使基布取得收縮致密的效果,一般加高收縮纖維的基布密度可提高10%～20%。具有較高的密度使得基布單位面積上擁有更多的纖維,使基布質地致密,不但合成革具有優良的物理特性和仿真皮效果,而且可以減少漿料的使用量。

　　從基布的性能考慮,如選擇錦綸作為收縮載體,用量為55%～75%,而高收縮滌綸的用量為25%～45%,具體的混合比視不同的產品用途和對手感及密度的要求而定。一般錦綸含量高,手感好、強力高,但密度低;高收縮滌綸含量高,則手感較硬、強力略低,但可獲得較高的密度。由于高收縮纖維在濕熱條件下容易發生收縮,從而喪失其最大的收縮應力,影響收縮質量。為保證產品質量的穩定性,對高收縮纖維的儲存條件和儲存時間有較高的要求,一般要求在干燥的環境中,溫度低于20℃,儲存時間不超過3個月。

　　如選用針刺無紡布生產工藝,針刺密度應保證坯布纏結充分、布面平整,但針密不宜過大,否則會影響收縮效果。針坯兩面松緊相近,為熱水收縮的均勻性和充分收縮打好基礎。為使坯布得到充分均勻的收縮,應在各道工序中盡量減少張力,而且在熱水收縮過程中應有一定的超量喂入。如采用水剌無紡布工藝,開發的高密合成革基布,纖維呈三維致密排列。

　　經聚氨酯含浸處理后,在其內部結構的纖維之間充滿著具有連續微孔結構的聚氨酯,因而具有良好的透氣性、透濕性、柔軟性和彈性,成為從內部結構到外觀手感均酷似真皮的高檔人工皮革。

　　4  超細纖維水刺非織造合成革基布的生產

　　選用具有三維結構的超細纖維水刺非織造布制成的PU合成革,在其內部的纖維之間充滿著具有連續微孔結構的聚氨酯,因而具有良好的透氣性、柔軟性和彈性,成為從內部結構到外觀手感和性能均具有真皮感和性能的高檔人工皮革。

　　在基布加工過程中,纖維的開纖主要在水刺區域完成。經過三道水刺高壓水流的撞擊,復臺纖維被分裂成單絲纖度為O.14 DTEX超細纖維,纖維開纖率的高低對基布的性能影響很大。纖維的開纖率高(大于60%),基布柔軟細膩,均勻致密,可形成連續的微孔結構;纖維的開纖率低,會影響基布的的手感,染色不勻,若是制成人造革麂皮,則會影響其表面的絨毛,,影響PU革的產品性能。

　　在水刺區域內,既要達到纖維的纏結,又要使纖維充分而適時地開纖,第一道水刺壓力一般在設計值的80%左右。若第一道水刺壓力設定低于80%,影響纖維的纏結,對纖維的開纖不利;但過高,則使纖維開纖過多,會在表面形成較為致密的表層,勢必影響第二、三道水刺功能的發揮,造成基布“夾生飯”的現象,尤其是在加工定量為180M2以上的產品時,會使基布表面起毛、分層。

　　超細纖維水刺非織造合成革基布使水刺剝離和水刺成網融為一體,使纖網的加固與纖維的分裂在一次加工中完成,具有工藝流程短的特點。用機械物理的方法取代化學的方法剝離纖維,不僅可省去化學處理工序,節省化學原料,節省能耗,降低成本,而且可避免因化學處理而造成的污染。將水刺技術與裂片纖維的特點相結合是研制超細纖維仿真皮革基布的一種新穎手段。

　　5  選用合適的染料提高超細纖維合成革的染色性能

　　超細纖維合成革的染色技術發展迅猛,市場上已經將皮革加工的后整飾技術,應用到超細纖維合成革上。但超細纖維基布大多數是白色的,在對合成革進行仿真皮涂飾前,必須進行著色處理,以達到超仿真效果。

　　由于超細纖維基布纖維上的活性基團很少,在分子鏈的中間存在大量碳鏈和酰胺基,無側鏈,僅在分子鏈的末端才具有羧基和氨基,因此,大多數染料難于上染,而且僅靠染料自身的沉積作用使纖維上色,其水洗堅牢度很差,考慮到需要涂飾的超細纖維合成革,染色的要求不是很高,所以選擇染料時只需考慮染料的滲透性和結合性。選擇上染率高的染料,使染色廢液基本上達到環保要求,并且在超細纖維基布的后續加工過程中,染料的顏色不隨PH值變化而變化。而對于絨面革,不但要考慮上染率、結合牢度,還要考慮色澤的均勻性、飽和度以及耐擦和耐洗性。

　　 一般而言,酸性和中性染料比較適合超細纖維合成革的染色。酸性染料染色后,結合牢度與顏色有關,偏紅色和偏棕色染料的結合性較好,顏色也較飽滿,偏黃色、紫色和偏黑色的酸性染料結合性較差,這與染料分子結構上親水基團的數目有關。中性染料染色后,基布的耐水洗程度較好,但顏色比較淺淡,適合于淺色的超細纖維合成革的染色,但其價格較昂貴。使用直接性染料染色,染料吸收程度較好,但染出的顏色偏淺,不飽滿,可以和其它染料搭配使用。活性染料染色后,基布的耐水洗程度較差,不適用于超細纖維合成革的染色。

　　對染液吸收好的基布其耐水洗程度也好,染料加入量在3%～4%間最為合適,吸收好的染料在染色后染液基本澄清。若染料加入量較少,染液雖然澄清,但染出的顏色偏淺,不飽滿;若染料加入量較多,不僅會影響染液的吸收,還會使耐水洗性受到一定影響。

　　6  采用聚乙烯醇上漿整理改善合成革的透氣性

　　為了改善合成革的舒適性能,對合成革的柔軟性和透氣性提出了更高的要求,一方面選擇柔軟的非織造布基布,另一方面開發出許多濕法處理工藝,其中一種就是采用經聚乙烯醇(PVA)上漿的非織造布基布,經聚氨酯(PU)樹脂液浸漬后,再浸入水中將粘著在非織造布纖維表面的PVA適量溶掉,降低纖維與PU界面的粘著力,并且形成許多微孔,從而提高PU革的柔軟性,改善透氣性,成為高檔合成革的首選基布。

　　PVA對水刺基布的上漿工藝,要根據加工不同纖維材料選用適當的堿化度和聚合度的PVA,同時漿液的濃度也直接影響到產品的強度、手感等物理指標,水刺布用PVA上漿整理,一般都是在生產線上進行,其工藝流程為:成網一水刺加固一PVA上漿整理一烘燥一卷繞成品。水刺布上漿一般都選用部分堿化PVA,調漿時,根據工藝濃度先放入定量水,然后通入蒸汽邊攪拌邊徐徐加入PVA,直到全部變成透明漿液。

　　上漿方式有兩種,即帶漿輥法和飽和浸漬法。其中帶漿輥法讓水刺布在壓輥和上漿輥之間通過,上漿輥將漿槽中的PVA漿液帶起并轉移到水刺布上。壓漿輥表面包覆橡膠,對水刺布進行擠壓,把一部分漿液壓入水刺布內部,使其分布均勻,并把多余的漿液擠去。調節壓漿輥與上漿輥之間的間隙,可以控制水刺布的上漿率。帶漿輥法由于生產速度快、帶漿量少、漿液滲透時間短,水刺布吃漿量少,適合薄型水刺布的上漿。如用于厚型水刺布會出現浸透不好現象,成品兩面手感有差異。

　　飽和浸漬法讓水刺布進入漿槽,由浸沒輥使水刺布完全浸入漿液內,由于布在漿槽里浸透時間長,且吸收的漿液充分,因此PVA在纖維中分布均勻。該法上漿量大,成品的柔軟度較帶漿輥法上漿稍硬。總體而言,合成革廠家根據對基布的特性要求,可以通過選擇不同的工藝對水刺布采取PVA上漿整理,以提高合成革的透氣和舒適性能。

　　7  生產有益人體健康的負離子聚氨酯合成革

　　醫學研究證明,負離子產品對人體健康有保健作用,選用奇冰石超細粉末作為無機填料添加到聚氨酯樹脂中,制成負離子合成革,可持續釋放較高濃度的空氣負離子,對人體健康產生有益的作用。

　　例如,在180質量份額的PU溶液中加入10%的奇冰石粉末,奇冰石粉末實際加入量為18份。工藝流程為:糊樹脂+奇冰石粉末一攪拌一刮涂面層一烘干一刮涂粘合層一貼基布一烘干一剝離一PU革。其中,攪拌時間為20～30 MIN,烘箱溫度為130～140℃,烘燥時間為2～3MIN。實踐證明,在PU溶液中奇冰石粉末混入比例為10%時,負離子革的發射濃度為1.49萬個/CM3,相當于城市郊外田野中的負離子濃度,可以滿足人體健康的需要。

　　隨奇冰石粉末混人比例的增加,所得試樣發射負離子的濃度也呈增加趨勢,但到一定比例后,發射濃度增加的趨勢變緩。這樣可以確定材料的最佳混入比例,為PU樹脂工作溶液中加入10%～13%奇冰石粉末(即每100份PU樹脂需加人18～23.4份奇冰石粉末)。超過這一比例后材料的負離子發射濃度不再明顯增加,可能是因為糊樹脂中超細奇冰石粉末比例太大,粉末之間發生較強烈的團聚,導致粉末發射負離子的功能下降。

　　總體而言,奇冰石超細粉末可以作為一種功能性無機填料添加到聚氨酯樹脂中制成負離子聚氨酯合成革,最佳混入比例為100份PU樹脂中加入18—23.4份奇冰石粉末,這種負離子革能夠發射出高濃度空氣負離子,從而生產出對人體十分有益的健康合成革。

　　8  化纖合成革生產過程中的清潔環保措施

　　合成革生產過程產生的污染物包括廢水、廢氣和廢渣。生產工藝不同,污染物的產生情況會有所不同。廢水主要來自濕法生產線凝固槽、水洗槽等非定期的工作廢水,廢氣來源主要為有機溶劑的揮發,廢渣來源主要有邊角料、廢離型紙、PU桶殘留干料、漿料過濾殘渣,以及廢水回收產生的精餾殘渣和污水處理產生的污泥等。

　　為了減少污染物的產生,首先要改進配料工藝,原始的配料操作是將樹脂漿料、溶劑、顏料、木質素等原料直接加入配料釜內攪拌混合,大多敞開操作,造成廢氣大量揮發。采用配料車間全封閉、物料管道輸送、配料釜封閉的清潔生產措施,則可大大降低廢氣的排放。在涂臺上方安裝吸風罩,并改變人工加料為氣泵管道自動加料,可以減少溶劑的揮發,并使溶劑最大限度地收集回收。濕法車間凝固槽排放的廢水中含DMF,濃度為18%～22%,直接排放不但污染環境,增加末端治理的負擔,而且造成資源的浪費,可以對其進行回收利用,連同干法車間的DMF廢氣吸收廢液一起回收。一般采用精餾塔回收DMF的技術,從回收初期的單塔回收工藝發展到現在的三塔回收工藝。

　　樹脂漿料配料進行過濾,可以除去其中的顆粒狀雜質。過濾形成的濾渣除了含輕質碳酸鈣、木質素外,還還有一定量的DMF溶劑,將其裝入網袋,用水浸泡,可以回收部分DMF。

　　干法生產線離型紙可循環使用,一般可使用二三十次,服裝革可使用8O次以上。廢水精餾回收過程產生精餾殘渣,呈粘稠狀,處理比較困難,殘渣中還有約30%～40%的DMF,干燥處理后可將其中的DMF回收。

　　總體而言,在PU合成革生產過程中,大力推廣環保措施和清潔生產技術,可從源頭、生產過程中減輕污染,改善操作環境,挖掘廢物回收利用的潛力,減輕末端治理的負擔,大大減少廢物的排放,有利于提高資源的利用率,進而獲得較好的效益。