超細纖維合成革的發展展望

1現有生產工藝技術的優化

撇開企業的生產管理水平與能力不談,產品質量與性能的提高以及產品的生產成本與原材料、生產設備、生產工藝流程與技術的水平密切相關。

例如,現有的生產設備、工藝流程組織和工藝條件制定是否合理?現行的工藝條件可否進一步優化?海島纖維的兩種組分PA6/PE或PA6(PET)/EHDPET的組成比例能否改變?通過改變EHDPET的化學結構能否降低生產成本?一些公司將PA6/PE共混物更換為PET/PE,可改善合成革的性能,又可降低生產成本,但生產工藝流程應如何調整,工藝條件應當如何修訂?這些新問題都需科學系統地解決。

2現有產品的升級換代

隨著人們生活水平的提高,需求的增長,對原有合成革產品的性能也提出了更新、更高的要求。對現有產品的更新或升級換代主要是依據市場的不同需求不斷提高合成革的性能,增加品種,賦予合成革一種或多種必要的功能性,使它越發接近天然革的性能或在某些方面優于天然革。

2.1防水透氣超細纖維合成革

防水、透氣合成革,也有稱“可呼吸合成革”,尤其在制造光面革時,要保證貼面的PU層具有防水透氣性。通常可采用以下方法改善和提高合成革的防水、透氣功能。

(1)提高非織造布的密度。使單纖間的間隙小到可以阻止水滴通過,但可使氣態水排出。

(2)薄膜層壓法。將具有防水透氣功能的微孔薄膜(例如聚四氟乙烯微孔薄膜),采用特殊的粘合劑,層壓或粘接到織物上,獲得防水透氣的效果。我國的研究者們研究了將聚四氟乙烯與聚氨酯的復合膜粘結于織物骨架材料,再進行雙向拉伸,使聚四氟乙烯與聚氨酯的復合膜上同時形成微孔,從而獲得防水透氣的效果。

(3)織物涂層法。用直接法或轉移法將涂層材料涂覆于織物表面,將織物表面孔隙封閉,獲得防水性;而在成形過程中使涂層內部形成大量微孔,保證其透氣性。

(4)聚氨酯膜法。采用微多孔聚氨酯成膜法(又稱濕法),控制PU成膜時形成大量直徑小于 2 μm的微孔。成膜方式主要包括濕法凝固形成微多孔、油包水(W/O)乳液法(又稱干法)、泡沫涂層法等 3 種,其中泡沫涂層法因形成的孔隙較大,透氣性較高,但防水性不夠好。

(5)聚氨酯無孔薄膜。這是一種兼具防水和透氣性的加工方法,透氣機理與微孔薄膜明顯不同。采用含有親水性基團的PU,這些親水性基團能夠以氫鍵形式“捕獲”人體散發的水汽分子;PU大分子鏈段的熱運動形成了瞬時孔隙,同時以內、外水汽壓差為推動力,使水汽從接觸皮膚的一側傳遞到周圍環境,達到透氣、舒適的目的。這類涂層織物還應作拒水整理,以免被雨淋濕后在表面形成水膜,影響透氣性。據測試,該類材料的透氣量可達 4 500 g/(m2?24h),耐水壓可達數十萬帕,但透氣性隨涂層膜厚度的不同而異。

(6)氨基酸改性聚氨酯技術。使用氨基酸和多元醇的混合物與二異氰酸酯進行無規或嵌段共聚制成的聚氨酯作為涂層或薄膜,可有效提高合成革的透氣性。如日本三菱化成工業公司生產的Excepor–U,其最大透濕量可達 7 000 g/(m2?24 h)。

(7)兩種類型的聚氨酯復合。將親水性聚氨酯制成多孔狀,或將非親水性聚氨酯的多孔結構進行親水處理,利用親水性與微孔結構的協同作用,獲得更佳的透氣效果。

2.2添加劑改性超細纖維合成革

在PU涂層劑中添加其它物質,不但可以提高PU薄膜的透氣性,而且還能賦予其功能性(如殺蟲、滅菌等),以及優良的手感。例如,可在PU涂層劑中摻入一定量的甲殼質,利用甲殼質較高的吸濕性和抗微生物性,使汗液、體液保持清潔并具有一定的醫療保健作用;還可在涂層劑中加入羊毛屑、蠶絲屑、鱗質粉、纖維素粉等,添加這些粉末時溫度較高,待冷卻固化后,體積縮小,發生相分離,從而在涂層膜內部及粉屑周圍形成微隙,增加透濕性。

在保持原有防水透濕性的前提下,將金屬粉末摻入PU樹脂形成金屬層,可反射人體輻射熱,減少熱量散失。用這種方法制成的合成革適用于冬季高寒地區的服裝及登山運動服。當PU中摻入具有較高遠紅外發射率的陶瓷粉后,這種涂層能夠吸收陽光的能量或人體熱量,具有向人體輻射遠紅外線的功能,可提高織物的保暖性,促進人體血液微循環。此外,一些陶瓷還具有吸收氨、硫化氫等異味的功能。

2.3調溫功能聚氨酯

相變材料(例如PEG等)具有溫度調節功能。若使用PEG作為聚氨酯合成的多元醇組分,合理選擇和設計PEG的聚合度和含量,控制相變溫度,使其恰好在人體感覺最舒適的溫度范圍。當環境溫度高于PEG的熔融溫度時,PU涂層中的PEG鏈段熔融并吸熱,使人體有涼爽感;當環境低于結晶溫度時,PEG鏈段結晶,PU涂層放熱,感覺溫暖。

3水性PU樹脂的應用

以往水性PU的含浸是采用拉幅式干燥,PU溶液中的固體成分會隨著水分的蒸發向基布的上、下表面遷移,使基布內部PU含量減少,外層含量升高,材料手感硬板;且由于水性PU中含有大量水分,因而蒸發過程中耗能較大,時間較長,生產效率較低。采用微波照射法,浸膠后的基布平鋪式地從彎曲狀的微波加熱器的中間狹縫中通過,超高頻的微波進入加熱器,使基布內部迅速升溫,促進PU樹脂的固化,并在加熱室內通入蒸汽徹底防止PU水乳液的遷移。之后可用軋車擠干多余物,既提高了可操作性,又降低了生產成本。

水溶性聚氨酯是超細纖維合成革行業的發展趨勢,開發使用無毒、無污染、節能的水性PU漿料,擴大功能性聚氨酯材料在合成革中的應用,是我國合成革產業發展的重點。

目前,國內外已有多家水性PU樹脂生產商,所產樹脂具有不同結構和性能,主要有離子型和非離子型 2 類,包括酯型和醚型、不同模量、不同含固量等多個品種,下游企業采購時可依據需求任選。隨著綠色環保的呼聲愈來愈高,除水性PU外,粉狀PU的研發工作同樣引人注目,據分析,將交聯型熱塑性聚氨酯彈性體研磨成粉狀后使用可能更為適合,既不用有機溶劑,也不用水溶解。

隨著合成革在汽車內飾中的使用范圍不斷擴大,革的應用越來越細化,對PU也提出更多的功能性要求:(1)阻燃處理的PU涂層;(2)形狀記憶聚氨酯;(3)高透濕性聚氨酯;(4)聚氨酯“四防”涂層,即防火、防水、防油、抗靜電涂層;(5)自潔性防水拒油整理聚氨酯涂層;(6)抗菌整理PU涂層;(7)高耐久性聚碳酸酯型,具有獨特的真皮觸感、外觀;等等。

4雙組分超細纖維紡粘水刺非織造布的應用

雙組分超細纖維紡粘水刺非織造布(一般為中空橘瓣型長絲超細纖維)也將是超細纖維合成革的方展方向。如將這種超細纖維非織造布制成革基布,可用于高級仿真皮、高密度高性能的合成革,具有很好的回彈性和柔軟性。

與雙組分超細紡粘水刺非織造布相比,海島型超細纖維非織造布的優點是:纖維更細,且可以發展到 640 島和1 000 島,這是橘瓣型目前無法比擬的。目前大多數橘瓣中空型纖維的纖度只能達到 0.125 D。但橘瓣型長絲非織造布也有其優勢,主要包括以下幾個方面。

(1)橘瓣型長絲非織造布的強力一般比短纖非織造布高出 1/3 左右,且吸水量、吸濕速度及透氣量較為理想。

(2)海島型超細纖維非織造布的工藝流程較長,一般包括五大工序,即紡絲、針刺非織造布生產、PU涂層、溶去“海”組分、皮革后整理,而橘瓣長絲制革則只包括紡粘水刺工序、PU涂層和皮革整理三大工序。

(3)海島超細纖維制革在溶去“海”組分時需使用燒堿及其他化學品以及大量的水,易造成環境污染,因此還必須配備污水處理設備,而紡粘水刺超細纖維非織造布則基本沒有環境污染問題,無需加裝污水處理裝置,經濟效益較高。

(4)海島纖維中的“海”和“島”組分約各占 50%,因此其制成率僅為 50%,而橘瓣型紡粘水刺非織造布則不存在這個問題,制成率幾乎可達 100%。

當前,非織造布是一種正在崛起的復合技術,作為人造革合成革的主要支撐材料,所占比例近年不斷上升,不同類型超細纖維材料的應用促進了行業的技術革命。人造合成革基布總的發展趨勢在于:非織造布超細纖維化,織物復合化,非織造布功能性化;采用差別化纖維經后整理的方法賦予革基布特定的功能。

我國的人造革合成革行業在獲得快速發展的同時,也面臨著結構性產能過剩的瓶頸。一方面PVC人造革和PU合成革產品的比重過大,且以普通產品為主,同質化競爭嚴重,市場供過于求;另一方面,國內的差異化、功能化和高檔產品數量有限,供不應求,尚需大量進口。

鑒于行業發展的需要,以及當前國際形勢與國家產業調整與振興規劃帶來的壓力和機遇,7月9日,中國產業用紡織品行業協會與中國塑料加工工業協會人造革合成革專業委員會等 3 家單位在北京聯合主辦了“第二屆中國超細纖維合成革產業高新技術與發展論壇”。在論壇上,中國產業用紡織品行業協會理事長朱民儒進一步明確了超細纖維合成革作為產業用紡織品六大重點支持方向的特殊裝飾用紡織品的重要地位。中國塑料加工工業協會會長廖正品也提出,在當前的形勢下,我國的超細纖維合成革行業及生產企業應重點關注推進生態化進程,功能化發展以及規范化、標準化的進一步升級。各企業應當下功夫注重生產技術的積累,加強產學研合作,注重培養技術人才,特別是在超細纖維的原料類別、配比、纖度和加工方式上,借鑒日本的成功經驗,開發具有自主知識產權的技術。此外,還需研究推廣清潔生產和節能、減排工作,注意生產過程的環保性。

現階段,一些企業已著手進行功能性合成革的開發和研究,表明企業對市場和科技開發認識的不斷提高,但同時也應注意知識產權的保護,以便更好地推動我國超細纖維合成革行業的進步與發展。

延伸閱讀

我國的合成革產品出口依賴度較大,近年來,歐盟、美國和日本對人造革合成革產品的安全、衛生以及對環境影響的要求越來越高。為此,本刊記者就目前歐美地區最重要的兩種安全法規(歐盟REACH法規與美國CPSIA法案)對我國超纖革產品出口的影響采訪了SGS通標標準技術服務有限公司上海分公司的趙全永和周榮星博士。

1REACH法規的影響

REACH法規有兩個最重要的目標:加強對人體健康和環境的保護,減少化學品的危害;提高歐盟化學工業的競爭力。

歐盟化學品管理局(ECHA)于2008年10月公布了第一批15種高度關注物質名單(SVHC,substances of very high concern),2009年1月14日又從中選擇公布了 7 個優先考慮授權物質的提案,當含量超過 0.1% 使用或在市場上銷售時需授權。

除了特殊的使用授權規定以外,任何物質,不管是單獨存在還是用于配置品或存在于物品中,只要對健康或環境帶來不可接受的風險,就可能在歐盟被限制。REACH附錄17在2009年6月1日取代了76/769/EEC規定的限制條款。552/2009/EC對REACH法規(1907/2006/EC)附件XVII的修訂,在先前 52 種(類)限制物質的基礎上增加了 6 種(類)。其中提出,2010年12月27日以后,對二苯基甲烷二異氰酸脂(MDI)的含量超過 0.1% 時不能投放歐洲市場。

鑒于REACH的相關要求,我國的超纖革生產企業應注意:

(1)不考慮物質的特性,只要產品中不含有意釋放的物質,如果含有年產量低于 1 t的有意釋放(指物品中某種功能或品質)的物質是可以免于注冊的;

(2)時刻關注SVHC的更新和追蹤授權清單(REACH的附錄14)的變化,當物品中的SVHC含量超過 0.1% 時需將這一信息傳遞給下游用戶,履行REACH賦予的責任。對物品中可能涉及附錄14的物質,使用其替代品,建立產品物料清單;

(3)及時更新附錄17的限制清單,針對產品中可能出現的限制物質進行篩選和有效控制。

2美國CPSIA法案分析

美國消費品安全改進法案(CPSIA)于2008年8月14日生效,新要求從2008年10月陸續實施。美國消費品安全委員會(CPSC)進行第三方實驗室的審核工作,不接受非認可實驗室某些產品的特定測試的項目報告。

CPSIA對超纖革的要求主要有以下幾項:

(1)含鉛的兒童產品:對產品中的涂層鉛和可觸及部件的基材鉛含量的限量要求;

(2)對某些兒童產品的強制性第三方測試;

(3)禁止銷售含有鄰苯二甲酸鹽的兒童產品。

每批產品都必須附帶證明產品符合要求的證書。這就要求生產商對其供應鏈進行嚴格的管理,降低生產制造過程中的各種污染和耗損;同測試公司緊密合作,盡量在第一時間獲知法規的修改和變動;在產品的原材料、生產工藝或部件來源發生變動時及時進行測試,獲得符合性證書。