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化纤合成革基布生产和性能改进

发布时间:2015-11-10

1合成革的优异特性媲美天然革

随着世界人口的增长,人类对皮革的需求倍增,数量有限的天然皮革早已不能满足人们这种需求,人造革、合成皮革的出现,便弥补了天然皮革的不足。通 常将PVC树脂为原料的人造革称为PVC人造革(简称人造革),将PU树脂为原料的人造革称为PU人造革(简称PU革),将PU树脂与无纺布为原料生产的 人造革称为PU合成革(简称合成革)。

科学家们从研究分析天然皮革的化学成分和组织结构开始,从硝化纤维漆布着手,进入到PVC人造革,这是人工皮革的第一代产品。随着基材和涂层树脂 的改进,合成纤维的无纺布出现针刺成网、粘结成网等工艺,使基材具有藕状断面,合成革表层已能做到微细孔结构聚氨酯层,从而使PU合成革的外观和内在结构 与天然革逐步接近,其他物理特性都接近于天然革的指标,而色泽比天然革更为鲜艳,这是人工皮革的第二代产品。超细纤维PU合成革的出现是第三代人工皮革, 其三维结构网络的无纺布为合成革在基材方面创造了赶超天然皮革的条件。该产品结合新研制的具有开孔结构的PU浆料浸渍、复合面层的加工技术,发挥了超细纤 维巨大表面积和强烈的吸水性作用,使得超细级PU合成革具有了束状超细胶原纤维的天然革所固有的吸湿特性,因而不论从内部微观结构,还是外观质感及物理特 性和人们穿着舒适性等方面,都能与高级天然皮革相媲美了。此外。超细纤维合成革在耐化学性、质量均一性、大生产加工适应性以及防水、防霉变性等方面更超过 了天然皮革。

实践证明,合成革的各项优良性能是天然皮革无法取代的,从国内外的市场来看,合成革也已大量取代了资源不足的天然皮革。采用人造革及合成革箱包、 服装、鞋、车辆和家具的装饰,已日益得到市场的肯定,其应用范围之广,数量之大,品种之多,是传统的天然皮革无法满足的。

2用于合成革基布的专用涤纶短纤维的生产

针刺合成革基布以短纤为原料,为了改善和提高基布的物理性能,选择专用涤纶短纤维作原料,要求其产品的撕裂强力提高20%~25%,需要涤纶短纤 具有较高的强伸度,因纤维强度越高,在相同的针刺工艺的情况下,其剩余的断裂强度仍保持较高水准。同时还因纤维的伸长大,故柔韧性高,抗弯刚度小。在金属 刺针对其反复穿刺、冲击、并随钩刺不断地上下运动过程中,纤维断裂少、短绒少、相互穿插多、缠结牢、织物力学性能高。此外,还要纤维具有良好的抱合性能, 这就需要纤维具有较高的卷曲数和卷曲度;疵点含量要少,以免影响基布质量及皮革表面平整度和染色性能。

为此,在专用涤纶短纤生产过程中,要采用一等品半消光纤维级聚酯切片作原料,必须控制好干燥条件,保证较低的含水率。纺丝温度应比纺制普通纤维略 高6~8℃,以获得理想的熔体流动性能,减少出口膨化现象,增加大分子链段的可活动性,降低喷丝头的拉伸应力,减少初生纤维内部大分子的取向,增加初生纤 维的自然牵伸倍数,从而可提高成品纤维的强伸度。环吹冷却风速比生产普通纤维偏低0.2~0.3M/S,以便降低初生纤维的预取向度,增加初生纤维的可拉 伸性能,提高成品纤维的断裂伸长。为了获得较大伸长的纤维,其卷绕速度要比普通纤维低,降低总的牵伸倍率以便减少应力诱导结晶,总的后牵伸倍率较普通纤维 低0.3~0.4,这样在保持强力上升的前提下,其断裂伸长可提高15%~20%。保持卷曲个数比普通纤维高4~6个/25MM,定型温度比普通纤维稍 高。

通过对以上工艺的调整,专用涤纶短纤的强伸度较普通纤维有明显的提高,尤其是断裂伸长上升近20%。较高的断裂伸长使得纤维在生产过程中不易断裂,同时还因卷曲数的提高,增加了专用纤维的缠结效果。疵点率也大幅度下降,可以满足合成革基布的质量要求。

3添加高收缩涤纶纤维以生产高密度合成革基布

高收缩涤纶纤维在沸水或空气作用下,单根纤维会产生收缩,其收缩率可控制在30%~75%范围内。在水刺无纺布工艺中,混有一定比例高收缩纤维的 合成革基布,经过热风穿透的作用,高收缩纤维在湿热状态下沿纤维的长度方向急剧缩短,从而使基布取得收缩致密的效果,一般加高收缩纤维的基布密度可提高 10%~20%。具有较高的密度使得基布单位面积上拥有更多的纤维,使基布质地致密,不但合成革具有优良的物理特性和仿真皮效果,而且可以减少浆料的使用 量。
从基布的性能考虑,如选择锦纶作为收缩载体,用量为55%~75%,而高收缩涤纶的用量为25%~45%,具体的混合比视不同的产品用途和对手感及密度的 要求而定。一般锦纶含量高,手感好、强力高,但密度低;高收缩涤纶含量高,则手感较硬、强力略低,但可获得较高的密度。由于高收缩纤维在湿热条件下容易发 生收缩,从而丧失其最大的收缩应力,影响收缩质量。为保证产品质量的稳定性,对高收缩纤维的储存条件和储存时间有较高的要求,一般要求在干燥的环境中,温 度低于20℃,储存时间不超过3个月。

如选用针刺无纺布生产工艺,针刺密度应保证坯布缠结充分、布面平整,但针密不宜过大,否则会影响收缩效果。针坯两面松紧相近,为热水收缩的均匀性 和充分收缩打好基础。为使坯布得到充分均匀的收缩,应在各道工序中尽量减少张力,而且在热水收缩过程中应有一定的超量喂入。如采用水剌无纺布工艺,开发的 高密合成革基布,纤维呈三维致密排列。

经聚氨酯含浸处理后,在其内部结构的纤维之间充满着具有连续微孔结构的聚氨酯,因而具有良好的透气性、透湿性、柔软性和弹性,成为从内部结构到外观手感均酷似真皮的高档人工皮革。

4超细纤维水刺非织造合成革基布的生产

选用具有三维结构的超细纤维水刺非织造布制成的PU合成革,在其内部的纤维之间充满着具有连续微孔结构的聚氨酯,因而具有良好的透气性、柔软性和弹性,成为从内部结构到外观手感和性能均具有真皮感和性能的高档人工皮革。
在基布加工过程中,纤维的开纤主要在水刺区域完成。经过三道水刺高压水流的撞击,复台纤维被分裂成单丝纤度为O.14DTEX超细纤维,纤维开纤率的高低 对基布的性能影响很大。纤维的开纤率高(大于60%),基布柔软细腻,均匀致密,可形成连续的微孔结构;纤维的开纤率低,会影响基布的的手感,染色不匀, 若是制成人造革麂皮,则会影响其表面的绒毛,,影响PU革的产品性能。

在水刺区域内,既要达到纤维的缠结,又要使纤维充分而适时地开纤,第一道水刺压力一般在设计值的80%左右。若第一道水刺压力设定低于80%,影 响纤维的缠结,对纤维的开纤不利;但过高,则使纤维开纤过多,会在表面形成较为致密的表层,势必影响第二、三道水刺功能的发挥,造成基布“夹生饭”的现 象,尤其是在加工定量为180M2以上的产品时,会使基布表面起毛、分层。

超细纤维水刺非织造合成革基布使水刺剥离和水刺成网融为一体,使纤网的加固与纤维的分裂在一次加工中完成,具有工艺流程短的特点。用机械物理的方 法取代化学的方法剥离纤维,不仅可省去化学处理工序,节省化学原料,节省能耗,降低成本,而且可避免因化学处理而造成的污染。将水刺技术与裂片纤维的特点 相结合是研制超细纤维仿真皮革基布的一种新颖手段。
5选用合适的染料提高超细纤维合成革的染色性能

超细纤维合成革的染色技术发展迅猛,市场上已经将皮革加工的后整饰技术,应用到超细纤维合成革上。但超细纤维基布大多数是白色的,在对合成革进行仿真皮涂饰前,必须进行着色处理,以达到超仿真效果。

由于超细纤维基布纤维上的活性基团很少,在分子链的中间存在大量碳链和酰胺基,无侧链,仅在分子链的末端才具有羧基和氨基,因此,大多数染料难于 上染,而且仅靠染料自身的沉积作用使纤维上色,其水洗坚牢度很差,考虑到需要涂饰的超细纤维合成革,染色的要求不是很高,所以选择染料时只需考虑染料的渗 透性和结合性。选择上染率高的染料,使染色废液基本上达到环保要求,并且在超细纤维基布的后续加工过程中,染料的颜色不随PH值变化而变化。而对于绒面 革,不但要考虑上染率、结合牢度,还要考虑色泽的均匀性、饱和度以及耐擦和耐洗性。

一般而言,酸性和中性染料比较适合超细纤维合成革的染色。酸性染料染色后,结合牢度与颜色有关,偏红色和偏棕色染料的结合性较好,颜色也较饱满, 偏黄色、紫色和偏黑色的酸性染料结合性较差,这与染料分子结构上亲水基团的数目有关。中性染料染色后,基布的耐水洗程度较好,但颜色比较浅淡,适合于浅色 的超细纤维合成革的染色,但其价格较昂贵。使用直接性染料染色,染料吸收程度较好,但染出的颜色偏浅,不饱满,可以和其它染料搭配使用。活性染料染色后, 基布的耐水洗程度较差,不适用于超细纤维合成革的染色。

对染液吸收好的基布其耐水洗程度也好,染料加入量在3%~4%间最为合适,吸收好的染料在染色后染液基本澄清。若染料加入量较少,染液虽然澄清,但染出的颜色偏浅,不饱满;若染料加入量较多,不仅会影响染液的吸收,还会使耐水洗性受到一定影响。
6采用聚乙烯醇上浆整理改善合成革的透气性

为了改善合成革的舒适性能,对合成革的柔软性和透气性提出了更高的要求,一方面选择柔软的非织造布基布,另一方面开发出许多湿法处理工艺,其中一 种就是采用经聚乙烯醇(PVA)上浆的非织造布基布,经聚氨酯(PU)树脂液浸渍后,再浸入水中将粘着在非织造布纤维表面的PVA适量溶掉,降低纤维与 PU界面的粘着力,并且形成许多微孔,从而提高PU革的柔软性,改善透气性,成为高档合成革的首选基布。

PVA对水刺基布的上浆工艺,要根据加工不同纤维材料选用适当的碱化度和聚合度的PVA,同时浆液的浓度也直接影响到产品的强度、手感等物理指 标,水刺布用PVA上浆整理,一般都是在生产线上进行,其工艺流程为:成网一水刺加固一PVA上浆整理一烘燥一卷绕成品。水刺布上浆一般都选用部分碱化 PVA,调浆时,根据工艺浓度先放入定量水,然后通入蒸汽边搅拌边徐徐加入PVA,直到全部变成透明浆液。

上浆方式有两种,即带浆辊法和饱和浸渍法。其中带浆辊法让水刺布在压辊和上浆辊之间通过,上浆辊将浆槽中的PVA浆液带起并转移到水刺布上。压浆 辊表面包覆橡胶,对水刺布进行挤压,把一部分浆液压入水刺布内部,使其分布均匀,并把多余的浆液挤去。调节压浆辊与上浆辊之间的间隙,可以控制水刺布的上 浆率。带浆辊法由于生产速度快、带浆量少、浆液渗透时间短,水刺布吃浆量少,适合薄型水刺布的上浆。如用于厚型水刺布会出现浸透不好现象,成品两面手感有 差异。

饱和浸渍法让水刺布进入浆槽,由浸没辊使水刺布完全浸入浆液内,由于布在浆槽里浸透时间长,且吸收的浆液充分,因此PVA在纤维中分布均匀。该法 上浆量大,成品的柔软度较带浆辊法上浆稍硬。总体而言,合成革厂家根据对基布的特性要求,可以通过选择不同的工艺对水刺布采取PVA上浆整理,以提高合成 革的透气和舒适性能
7生产有益人体健康的负离子聚氨酯合成革

医学研究证明,负离子产品对人体健康有保健作用,选用奇冰石超细粉末作为无机填料添加到聚氨酯树脂中,制成负离子合成革,可持续释放较高浓度的空气负离子,对人体健康产生有益的作用。

例如,在180质量份额的PU溶液中加入10%的奇冰石粉末,奇冰石粉末实际加入量为18份。工艺流程为:糊树脂+奇冰石粉末一搅拌一刮涂面层一 烘干一刮涂粘合层一贴基布一烘干一剥离一PU革。其中,搅拌时间为20~30MIN,烘箱温度为130~140℃,烘燥时间为2~3MIN。实践证明,在 PU溶液中奇冰石粉末混入比例为10%时,负离子革的发射浓度为1.49万个/CM3,相当于城市郊外田野中的负离子浓度,可以满足人体健康的需要。

随奇冰石粉末混人比例的增加,所得试样发射负离子的浓度也呈增加趋势,但到一定比例后,发射浓度增加的趋势变缓。这样可以确定材料的最佳混入比 例,为PU树脂工作溶液中加入10%~13%奇冰石粉末(即每100份PU树脂需加人18~23.4份奇冰石粉末)。超过这一比例后材料的负离子发射浓度 不再明显增加,可能是因为糊树脂中超细奇冰石粉末比例太大,粉末之间发生较强烈的团聚,导致粉末发射负离子的功能下降。总体而言,奇冰石超细粉末可以作为 一种功能性无机填料添加到聚氨酯树脂中制成负离子聚氨酯合成革,最佳混入比例为100份PU树脂中加入18—23.4份奇冰石粉末,这种负离子革能够发射 出高浓度空气负离子,从而生产出对人体十分有益的健康合成革
8化纤合成革生产过程中的清洁环保措施

合成革生产过程产生的污染物包括废水、废气和废渣。生产工艺不同,污染物的产生情况会有所不同。废水主要来自湿法生产线凝固槽、水洗槽等非定期的 工作废水,废气来源主要为有机溶剂的挥发,废渣来源主要有边角料、废离型纸、PU桶残留干料、浆料过滤残渣,以及废水回收产生的精馏残渣和污水处理产生的 污泥等。

为了减少污染物的产生,首先要改进配料工艺,原始的配料操作是将树脂浆料、溶剂、颜料、木质素等原料直接加入配料釜内搅拌混合,大多敞开操作,造 成废气大量挥发。采用配料车间全封闭、物料管道输送、配料釜封闭的清洁生产措施,则可大大降低废气的排放。在涂台上方安装吸风罩,并改变人工加料为气泵管 道自动加料,可以减少溶剂的挥发,并使溶剂最大限度地收集回收。湿法车间凝固槽排放的废水中含DMF,浓度为18%~22%,直接排放不但污染环境,增加 末端治理的负担,而且造成资源的浪费,可以对其进行回收利用,连同干法车间的DMF废气吸收废液一起回收。一般采用精馏塔回收DMF的技术,从回收初期的 单塔回收工艺发展到现在的三塔回收工艺。

树脂浆料配料进行过滤,可以除去其中的颗粒状杂质。过滤形成的滤渣除了含轻质碳酸钙、木质素外,还还有一定量的DMF溶剂,将其装入网袋,用水浸泡,可以回收部分DMF。

干法生产线离型纸可循环使用,一般可使用二三十次,服装革可使用8O次以上。废水精馏回收过程产生精馏残渣,呈粘稠状,处理比较困难,残渣中还有约30%~40%的DMF,干燥处理后可将其中的DMF回收。

总体而言,在PU合成革生产过程中,大力推广环保措施和清洁生产技术,可从源头、生产过程中减轻污染,改善操作环境,挖掘废物回收利用的潜力,减轻末端治理的负担,大大减少废物的排放,有利于提高资源的利用率,进而获得较好的效益。

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