纳米二氧化硅在皮革上的作用的研究

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纳米二氧化硅在皮革上的作用的研究
人造革是一种类似真皮革的塑料制品，根据顶层树脂的种类不同，有聚氯乙烯（PVC）人造革，聚氨酯（PU）人造革等。人造革有着类似于真皮的柔软、耐磨等特性，广泛用于制作服装、鞋帽、箱包、装饰品及各种工业配件。

纳米二氧化硅（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）是纳米材料中的重要成员，纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其分子状态呈三维链状结构（或称三维网状结构、三维硅石结构），为球形状，而且耐磨、耐腐蚀。纳米二氧化硅像其它纳米材料一样，表面都存在不饱和的残键以及不同键合状态的羟基，表面因缺氧而偏离了稳态的硅氧结构，因此，纳米二氧化硅才具有很高的活性。纳米二氧化硅具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及高磁阻、非线性电阻等光、电特性，在高温下仍具有高强、高韧、稳定等特性；因而作为添加剂，在氧化锌避雷器、氧化锌压敏电阻器、橡胶、粘结剂和密封胶、涂料、陶瓷制品、纺织工业、生物医学工程、光学领域、抗菌剂、树脂基复合材料改性、抗紫外辐照透明材料、塑料等方面得到广泛应用，对纳米二氧化硅的制备方法进行系统总结，并着重介绍了纳米二氧化硅在皮革中的应用。

纳米二氧化硅在皮革中的应用

1.纳米二氧化硅（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）制备纳米复合皮革涂饰剂

目前使用的皮革涂饰剂主要是2大类高分子材料：丙烯酸树脂和聚氨酯。但制革工业普遍使用的未改性丙烯酸树脂涂饰剂存在不耐溶剂的缺点，使制成的皮革在制鞋与制袋工艺中，因使用含溶剂的胶粘剂而出现皮革表面脱色、涂层粘着不牢等问题，从而严重影响产品的质量与档次。当在其中加入纳米二氧化硅（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）后，可大大增加丙烯酸树脂的耐溶剂性，而且复合涂饰剂可在有机溶剂中长时间作用，涂层不会发生较大的变化。这是由于在复合涂饰剂中，纳米二氧化硅粒子的存在生成无机网络大大限制了聚合物的运动，因而大幅度地提高聚合物膜的耐溶剂性。同时研究发现制备纳米二氧化硅溶胶时，表面活性剂的加入对复合涂饰剂性能的影响较大，其中具有一定长度的烷基阳离子表面活性剂，对复合涂饰剂膜的物理机械性能的提高最为显著，可提高48.66%。

2.纳米二氧化硅鞣革

由于纳米二氧化硅粒子（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）不溶于水，因此采用适当的方法将其引入革纤维中，实现蛋白质-SiO2 有机/无机杂化作用，是实现纳米二氧化硅鞣革的关键步骤。如可根据聚合物基纳米复合材料基本原理，通过2种分散载体，将无机纳米SiO2粒子（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）引入蛋白质纤维间隙中。其一是先制备具有亲水基团的聚合物（如聚丙烯酸或聚氨酯）作为纳米粒子前驱体的分散载体；其二是将油脂改性（引入亲水基团）作为纳米粒子前驱体的分散载体。借助聚合物或改性油脂的分散渗透、扩散作用，将纳米SiO2 粒子前驱体引入革纤维间隙中，然后在特定Ph条件下，前驱体水解原位产生纳米SiO2 粒子，通过纳米 SiO2粒子和蛋白质间的有机/无机杂化，实现对生皮的鞣制作用。这样得到的革制品中无机相为纳米结构，且均一地分散在蛋白质纤维间隙中。此时，蛋白质纤维具有控制纳米颗粒直径和稳定纳米颗粒防止其发生团聚的作用。纳米SiO2微粒由于尺寸小，表面积大，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。这些表面原子处于严重的缺位状态，因此其活性极高，很容易与蛋白质分子链的活性基团键合，从而赋予皮革高的湿、热稳定性能和特殊的物理、化学特性。纳米 SiO2鞣革方法可消除传统工艺对环境的污染，缩短了制革周期，成革性能优良。

3.纳米SiO2（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）改性皮革着色剂

皮革的着色剂是用来使涂饰剂显示各种颜色的材料，主要是各色颜料，但大多数的颜料是不溶于水和不溶于油的有色物质，而且主要是人工合成的无机或有机颜料。在涂层中的主要作用是遮盖皮革表面上的轻微缺陷和皮革的底色，赋予皮革涂层各种颜色，增加涂层的机械强度。为此，要求颜料颗粒细、遮盖力强、耐高温熨烫和耐光。通过添加纳米SiO2对有机颜料进行表面改性处理，不但使颜料抗老化性能大幅提高，而且亮度、色调和饱和度等指标，也均出现一定程度的提高，性能可与进口高档产品相媲美，极大地拓宽了有机颜料的档次和应用范围。

4.纳米SiO2（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）的在皮革中的消光作用

4.1纳米二氧化硅消光剂的原理

二氧化硅消光剂的消光原理皮革消光涂饰常用于皮革的顶层（树脂层），其消光原理可以归结为两种：一是增加涂膜表面粗糙度；二是降低底材的反光强度。增加涂膜表面粗糙度来达到消光效果的机理不难理解：当光线照射到一个绝对光滑的平面，光线会沿着同一个方向完全反射，即发生镜面反射；当光线照射到一个粗糙的表面，光线会沿着各个方向进行反射，即发生弥散反射。

以合成二氧化硅作为消光剂应用的情况为例，当二氧化硅分两相之间会形成一个非均相膜，这会造成折射率的不均匀性，底材的光透过这个不均匀的膜其光线强度必有损耗，这样就会降低底材的反光强度，以此来达到消光效果。在实际使用中，消光效果的实现往往是以上两种效应的协同。

4.2二氧化硅消光剂的应用特点

合成二氧化硅（VK-SP30,VK-SP30D，VK-SR01A）折射指数为1.46，与涂料工业中使用的大部分树脂的折射指数相近，因此应用于清漆中具有良好的光学性能。在皮革涂饰剂中应用时对二氧化硅消光剂的要求包括：适于大多数涂料体系、依所需要的光泽容易调整、容易分散、良好的悬浮性、高透明度和良好的手感。

影响上述使用性能的主要参数有孔体积、粒径分布和表面处理等。对于给定粒径的二氧化硅来说，孔体积越大消光效率越高。二氧化硅的粒径分布对消光起主要作用，粒径大小要与漆膜厚度相符合，若粒径分布过宽会影响表面手感，严重的涂饰后皮革表面会有白色颗粒。表面处理不但影响漆膜手感滑爽程度还会影响漆膜的雾度。

纳米二氧化硅作为纳米材料家族中的重要一员，对其开发和研究具有重要的实际意义。