超细纤维合成革的发展展望

东霖先生

1现有生产工艺技术的优化

撇开企业的生产管理水平与能力不谈,产品质量与性能的提高以及产品的生产成本与原材料、生产设备、生产工艺流程与技术的水平密切相关。
例如,现有的生产设备、工艺流程组织和工艺条件制定是否合理?现行的工艺条件可否进一步优化?海岛纤维的两种组分PA6/PE或PA6(PET)/EHDPET的组成比例能否改变?通过改变EHDPET的化学结构能否降低生产成本?一些公司将PA6/PE共混物更换为PET/PE,可改善合成革的性能,又可降低生产成本,但生产工艺流程应如何调整,工艺条件应当如何修订?这些新问题都需科学系统地解决。
2现有产品的升级换代
随着人们生活水平的提高,需求的增长,对原有合成革产品的性能也提出了更新、更高的要求。对现有产品的更新或升级换代主要是依据市场的不同需求不断提高合成革的性能,增加品种,赋予合成革一种或多种必要的功能性,使它越发接近天然革的性能或在某些方面优于天然革。
2.1防水透气超细纤维合成革
防水、透气合成革,也有称“可呼吸合成革”,尤其在制造光面革时,要保证贴面的PU层具有防水透气性。通常可采用以下方法改善和提高合成革的防水、透气功能。
(1)提高非织造布的密度。使单纤间的间隙小到可以阻止水滴通过,但可使气态水排出。
(2)薄膜层压法。将具有防水透气功能的微孔薄膜(例如聚四氟乙烯微孔薄膜),采用特殊的粘合剂,层压或粘接到织物上,获得防水透气的效果。我国的研究者们研究了将聚四氟乙烯与聚氨酯的复合膜粘结于织物骨架材料,再进行双向拉伸,使聚四氟乙烯与聚氨酯的复合膜上同时形成微孔,从而获得防水透气的效果。
(3)织物涂层法。用直接法或转移法将涂层材料涂覆于织物表面,将织物表面孔隙封闭,获得防水性;而在成形过程中使涂层内部形成大量微孔,保证其透气性。
(4)聚氨酯膜法。采用微多孔聚氨酯成膜法(又称湿法),控制PU成膜时形成大量直径小于 2 ?m的微孔。成膜方式主要包括湿法凝固形成微多孔、油包水(W/O)乳液法(又称干法)、泡沫涂层法等 3 种,其中泡沫涂层法因形成的孔隙较大,透气性较高,但防水性不够好。
(5)聚氨酯无孔薄膜。这是一种兼具防水和透气性的加工方法,透气机理与微孔薄膜明显不同。采用含有亲水性基团的PU,这些亲水性基团能够以氢键形式“捕获”人体散发的水汽分子U大分子链段的热运动形成了瞬时孔隙,同时以内、外水汽压差为推动力,使水汽从接触皮肤的一侧传递到周围环境,达到透气、舒适的目的。这类涂层织物还应作拒水整理,以免被雨淋湿后在表面形成水膜,影响透气性。据测试,该类材料的透气量可达 4 500 g/(m2?24h),耐水压可达数十万帕,但透气性随涂层膜厚度的不同而异。
(6)氨基酸改性聚氨酯技术。使用氨基酸和多元醇的混合物与二异氰酸酯进行无规或嵌段共聚制成的聚氨酯作为涂层或薄膜,可有效提高合成革的透气性。如日本三菱化成工业公司生产的Excepor–U,其最大透湿量可达 7 000 g/(m2?24 h)。
(7)两种类型的聚氨酯复合。将亲水性聚氨酯制成多孔状,或将非亲水性聚氨酯的多孔结构进行亲水处理,利用亲水性与微孔结构的协同作用,获得更佳的透气效果。
2.2添加剂改性超细纤维合成革
在PU涂层剂中添加其它物质,不但可以提高PU薄膜的透气性,而且还能赋予其功能性(如杀虫、灭菌等),以及优良的手感。例如,可在PU涂层剂中掺入一定量的甲壳质,利用甲壳质较高的吸湿性和抗微生物性,使汗液、体液保持清洁并具有一定的医疗保健作用;还可在涂层剂中加入羊毛屑、蚕丝屑、鳞质粉、纤维素粉等,添加这些粉末时温度较高,待冷却固化后,体积缩小,发生相分离,从而在涂层膜内部及粉屑周围形成微隙,增加透湿性。
在保持原有防水透湿性的前提下,将金属粉末掺入PU树脂形成金属层,可反射人体辐射热,减少热量散失。用这种方法制成的合成革适用于冬季高寒地区的服装及登山运动服。当PU中掺入具有较高远红外发射率的陶瓷粉后,这种涂层能够吸收阳光的能量或人体热量,具有向人体辐射远红外线的功能,可提高织物的保暖性,促进人体血液微循环。此外,一些陶瓷还具有吸收氨、硫化氢等异味的功能。
2.3调温功能聚氨酯
相变材料(例如PEG等)具有温度调节功能。若使用PEG作为聚氨酯合成的多元醇组分,合理选择和设计PEG的聚合度和含量,控制相变温度,使其恰好在人体感觉最舒适的温度范围。当环境温度高于PEG的熔融温度时,PU涂层中的PEG链段熔融并吸热,使人体有凉爽感;当环境低于结晶温度时,PEG链段结晶,PU涂层放热,感觉温暖。

东霖先生

3水性PU树脂的应用
以往水性PU的含浸是采用拉幅式干燥,PU溶液中的固体成分会随着水分的蒸发向基布的上、下表面迁移,使基布内部PU含量减少,外层含量升高,材料手感硬板;且由于水性PU中含有大量水分,因而蒸发过程中耗能较大,时间较长,生产效率较低。采用微波照射法,浸胶后的基布平铺式地从弯曲状的微波加热器的中间狭缝中通过,超高频的微波进入加热器,使基布内部迅速升温,促进PU树脂的固化,并在加热室内通入蒸汽彻底防止PU水乳液的迁移。之后可用轧车挤干多余物,既提高了可操作性,又降低了生产成本。
水溶性聚氨酯是超细纤维合成革行业的发展趋势,开发使用无毒、无污染、节能的水性PU浆料,扩大功能性聚氨酯材料在合成革中的应用,是我国合成革产业发展的重点。
目前,国内外已有多家水性PU树脂生产商,所产树脂具有不同结构和性能,主要有离子型和非离子型 2 类,包括酯型和醚型、不同模量、不同含固量等多个品种,下游企业采购时可依据需求任选。随着绿色环保的呼声愈来愈高,除水性PU外,粉状PU的研发工作同样引人注目,据分析,将交联型热塑性聚氨酯弹性体研磨成粉状后使用可能更为适合,既不用有机溶剂,也不用水溶解。
随着合成革在汽车内饰中的使用范围不断扩大,革的应用越来越细化,对PU也提出更多的功能性要求1)阻燃处理的PU涂层;(2)形状记忆聚氨酯;(3)高透湿性聚氨酯;(4)聚氨酯“四防”涂层,即防火、防水、防油、抗静电涂层;(5)自洁性防水拒油整理聚氨酯涂层;(6)抗菌整理PU涂层;(7)高耐久性聚碳酸酯型,具有独特的真皮触感、外观;等等。
4双组分超细纤维纺粘水刺非织造布的应用
双组分超细纤维纺粘水刺非织造布(一般为中空橘瓣型长丝超细纤维)也将是超细纤维合成革的方展方向。如将这种超细纤维非织造布制成革基布,可用于高级仿真皮、高密度高性能的合成革,具有很好的回弹性和柔软性。
与双组分超细纺粘水刺非织造布相比,海岛型超细纤维非织造布的优点是:纤维更细,且可以发展到 640 岛和1 000 岛,这是橘瓣型目前无法比拟的。目前大多数橘瓣中空型纤维的纤度只能达到 0.125 D。但橘瓣型长丝非织造布也有其优势,主要包括以下几个方面。
(1)橘瓣型长丝非织造布的强力一般比短纤非织造布高出 1/3 左右,且吸水量、吸湿速度及透气量较为理想。
(2)海岛型超细纤维非织造布的工艺流程较长,一般包括五大工序,即纺丝、针刺非织造布生产、PU涂层、溶去“海”组分、皮革后整理,而橘瓣长丝制革则只包括纺粘水刺工序、PU涂层和皮革整理三大工序。
(3)海岛超细纤维制革在溶去“海”组分时需使用烧碱及其他化学品以及大量的水,易造成环境污染,因此还必须配备污水处理设备,而纺粘水刺超细纤维非织造布则基本没有环境污染问题,无需加装污水处理装置,经济效益较高。
(4)海岛纤维中的“海”和“岛”组分约各占 50%,因此其制成率仅为 50%,而橘瓣型纺粘水刺非织造布则不存在这个问题,制成率几乎可达 100%。
当前,非织造布是一种正在崛起的复合技术,作为人造革合成革的主要支撑材料,所占比例近年不断上升,不同类型超细纤维材料的应用促进了行业的技术革命。人造合成革基布总的发展趋势在于:非织造布超细纤维化,织物复合化,非织造布功能性化;采用差别化纤维经后整理的方法赋予革基布特定的功能。
我国的人造革合成革行业在获得快速发展的同时,也面临着结构性产能过剩的瓶颈。一方面PVC人造革和PU合成革产品的比重过大,且以普通产品为主,同质化竞争严重,市场供过于求;另一方面,国内的差异化、功能化和高档产品数量有限,供不应求,尚需大量进口。
鉴于行业发展的需要,以及当前国际形势与国家产业调整与振兴规划带来的压力和机遇,7月9日,中国产业用纺织品行业协会与中国塑料加工工业协会人造革合成革专业委员会等 3 家单位在北京联合主办了“第二届中国超细纤维合成革产业高新技术与发展论坛”。在论坛上,中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒进一步明确了超细纤维合成革作为产业用纺织品六大重点支持方向的特殊装饰用纺织品的重要地位。中国塑料加工工业协会会长廖正品也提出,在当前的形势下,我国的超细纤维合成革行业及生产企业应重点关注推进生态化进程,功能化发展以及规范化、标准化的进一步升级。各企业应当下功夫注重生产技术的积累,加强产学研合作,注重培养技术人才,特别是在超细纤维的原料类别、配比、纤度和加工方式上,借鉴日本的成功经验,开发具有自主知识产权的技术。此外,还需研究推广清洁生产和节能、减排工作,注意生产过程的环保性。
现阶段,一些企业已着手进行功能性合成革的开发和研究,表明企业对市场和科技开发认识的不断提高,但同时也应注意知识产权的保护,以便更好地推动我国超细纤维合成革行业的进步与发展。