鞋用合成革性能及发展前景展望

五月

合成革技术的发展使其具备优良的性能而广泛应用于制鞋行业。本文介绍了聚氨酯合成革和超细纤维合成革代替天然皮革在鞋用方面的情况。提出了鞋用合成革的要求, 列举了合成革在耐磨性及功能综合性提升方面的研究案例, 对鞋用合成革的发展做了展望。

鞋用材料种类广泛而多样。在现代鞋用材料中, 天然皮革、以合成材料为主的人造皮革和纯棉或化纤类纺织品是三种主要的鞋面材料。天然皮革是一种特性优良的高分子材料, 在所有的制鞋材料中以其特有的、优良的综合性能成为制鞋的上好材料。但随着世界人口的增长, 社会需求的不断增加, 数量有限的天然皮革不能满足人们日益增长的需求。

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几十年前, 为了弥补天然皮革的不足, 科学家们即开始研究开发人造革、合成革。现代成熟的制革技术下, 风格多样、性能优良的仿革材料层出不穷。技术的发展推动材料的广泛应用, 使得革制品焕发出蓬勃的时代生机, 仿革材料多样的风格诠释和功能演绎在鞋靴产品上大放异彩。

1 鞋用合成革1.1 聚氨酯合成革

我国聚氨酯合成革工业发展近40年, 经历了最为迅速的阶段, 在产量和质量两方面都有了长足的进步。以无纺布为底基、聚氨酯为涂层的聚氨酯合成革, 接近天然皮革丰满柔软的手感, 外观漂亮、加工性能优良, 具有强度高、透气、耐磨、耐寒、耐老化、耐溶剂、耐撕裂、耐微生物性能等优点, 在制鞋上应用广泛, 逐渐取代了透气性和吸湿性都相对较差、难以降解的聚氯乙烯人造革, 成为代替天然皮革较为理想的仿革制品。

1.2 超细纤维合成革

以三维网络结构超细纤维非织造布为基布的聚氨酯合成革是近年发展起来的新一代合成革。由于发挥了超细纤维巨大的比表面积和强烈的吸水性作用, 使得超细纤维合成革具有了吸湿特性, 因而从内部结构、外观质感、物理特性和穿着舒适性等方面, 都可与天然皮革相媲美[1]。许多高档鞋用超纤革的手感、美观度、透气性等都不亚于真皮。实践证明, 合成革以其各项优良性能大量取代了资源不足的天然皮革, 满足了鞋业应用。

2 鞋用革的要求

现代生活中, 聚氨酯合成革 (PU) 在高品质男女鞋、童鞋、运动休闲鞋上的应用越来越广泛, 鞋靴技术、工艺的革新等都对PU革提出了愈来愈多的、更高的要求[2]。

(1) 时尚休闲类鞋靴用PU革多强调手感、视觉感:要求真皮感强, 丰满、柔软、触感好, 回弹性优越, 曲折皱折小;花色品种多样、新颖时尚、风格独特;

(2) 专业运动功能鞋靴通常要求鞋材具有轻质、薄型和舒适的特点;制成品轻盈、灵动, 强韧, 既能够保证产品优良的功能, 又符合对穿着舒适的要求, 如优越的防水、透气、吸湿等性能

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(3) 防护鞋靴要求鞋材具备卓越的物理性能和综合性能:剥离强度、撕裂强度、拉断强度、顶破强度及缝合强度高, 能为鞋靴提供极佳的防护效果;色泽稳定, 耐久耐用, 可具有优异的耐磨耐刮、耐黄变、耐老化、耐寒、耐溶剂、耐水解性能, 能够满足在湿热、极端、恶劣环境穿用的要求;

(4) 特定作业环境下穿用的鞋靴或部分职业鞋靴通常要求具备特殊的功能性和多功能性:如具备易去污、阻燃、绝缘、防水防油、抗菌防霉等单项或多项功能, 有利于人体健康、安全、卫生和舒适, 提高消费者的生活和健康水平;

(5) 制鞋大生产对材料加工性能的要求:易裁剪、尺寸稳定、不易变形, 加工成型定型效果好, 充分满足鞋类加工要求;成品穿着不易变形, 满足休闲、运动等活动特性的需求;

(6) 此外, 环保性能卓越的鞋材有望被更多采用:兼具低碳、环保功能和时尚概念的生态功能性新材料有待被更多地开发。

为满足上述要求, PU革技术需要在制备工艺、涂层功能、原料选用等方面不断改进和提升, 创造出满足多方面需求的高性能材料。鞋用聚氨酯合成革发展的趋势从基本的向天然皮革特性靠拢, 使其具有天然皮革自然的粒纹、柔软丰满有弹性的手感、优良的物理机械性能和卫生性能, 也向更多功能性发展。

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3 鞋用革性能提升的研究3.1 耐磨性

鞋面材料的耐磨性能是反映鞋产品质量优劣的重要指标之一[3]。在穿用过程中, 鞋跟随人脚的活动常会与外界环境产生刮蹭和摩擦, 如果鞋面材料不具备良好的耐磨性能, 就会引起鞋面材料褪色、起毛、起球、表面涂层脱落或破损等, 从而影响鞋的穿用寿命[4]。

耐磨耗性是评价鞋面用PU革耐用性的一个重要物理指标。梁飞飞等[5]制备了一种高弹性水性聚氨酯, 满足了皮革/合成革涂层耐磨性的要求。研究以硅烷偶联剂作为后扩链和交联剂, 能明显提高聚氨酯膜的力学强度、伸长率以及回弹性能, 产生的硅氧烷在聚氨酯表面富集能有效降低涂层的摩擦阻力, 进而提高水性聚氨酯涂层的耐磨性。王海峰[6]通过有机硅改性无溶剂双组分聚氨酯制备环保型无溶剂聚氨酯合成革, 研究表明, 有机硅引入降低了聚氨酯的表面能, 表面的干涩程度减轻, 耐磨性能得到提高;此外, 还提高了低温耐折牢度性能和剥离强度, 使得制备的环保型无溶剂聚氨酯合成革能够满足运动鞋合成革的综合性能要求。罗晓民[7]等制备了粒径呈多元分布的高固含量水性聚氨酯, 并将其用作超细纤维合成革涂层, 研究结果表明, 高固含量有利于提高涂层力学性能、耐磨性、耐水性等, 提高面层水性聚氨酯涂饰材料的固含量, 可大大提高超细纤维合成革的耐用性。

3.2 功能综合性

刘凤兰等[11]研究了在聚氨酯涂层胶中添加汉麻杆粉, 通过直接刮涂的方式涂覆在织物表面制备出一种综合性能较高的、轻便舒适的鞋面材料, 其具备透气性和舒适性、防水和耐刷洗性、抗菌和高强性能, 达到了鞋材面料防水透湿、抗菌、补强的特性要求和轻便舒适的实用性要求。

研究发现[12]适量添加石墨烯可以改善水性聚氨酯的力学性能和电学性能, 提高涂层的耐磨性。石墨烯因其特殊的单层、二位纳米尺度结构;高硬、透明、导电、导热等特殊性能用于皮革、合成革的制造, 可望给予皮、革特殊的耐磨耐刮、抗静电、导电导热、抗菌防霉、抗UV老化、阻燃抑烟、电磁屏蔽等高物性和功能性, 全面提升皮革、合成革的等级。颜俊等[13]制得的石墨烯增强型超细纤维具有断裂强度高、抗静电、抑菌、耐老化等优异性能, 为高性能超纤合成革的开发提供了新的思路。

纳米材料[14]具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质, 呈现常规材料不具备的特性。纳米涂层技术科技含量高, 涂层无毒无害。借助于传统的涂层技术, 添加纳米材料, 可使传统涂层的功能得到飞跃式提高。在硬度高的、耐磨涂层中添加纳米相, 可进一步提高涂层的硬度和耐磨性能, 并保持较高的韧性, 从而提高鞋材的耐磨性。传统的涂饰系统经常碰到涂层粘结不牢的问题, 而纳米氧化钛涂饰过的皮革呈现出更好的粘着性能, 它增加了皮革表面与涂层之间的分子间交联[15]。

鞋用革所要求的多方面的性能, 不是单一的、独立的, 如此之多的性能要求集中与合成革一身, 是极具技术挑战性的。在应用时, 可根据具体穿用环境的需要, 有针对性地做出必要的取舍和平衡统一。

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4 展望

本文从鞋用角度分析了合成革材料, 对合成革发展提出以下展望:

(1) 随着皮革化工原料的改进和皮革制作技术的革新, 鞋革花色品种日益增多, 其手感、卫生性能、舒适性等都有了很大的提升。中高档、高附加值的超细纤维鞋类合成革将随其不断开发和消费需求的不断增加而快速增长。随着新材料和新技术的进一步探究, 超纤革将在某些鞋类产品上逐步替代天然皮革和低端人造革。

(2) 随着环保意识的提高, 合成革行业正在朝着生态环保的方向发展。生态功能性合成革拥有独特的优势, 将具有广阔的发展空间[16]。采用环保水性和功能化改性材料制备高性能、多功能涂层是现阶段合成革行业重点发展的高新技术[12]。水性涂饰技术具有较好的经济和环境效益, 符合清洁生产要求, 能够提升我国合成革产业的整体水平, 具有较好的应用前景。

(3) 功能综合性鞋用革将具有广阔的应用空间。鞋革生产应当重视技术研究, 不断开发新的材料、新的工艺方法、功能多样性的高附加值产品, 满足应用产品的需求。