皮革絨毛靜電植絨電著劑的優化

劉亞軍　胡國樑

摘要：研究廢舊牛皮革絨毛用于靜電植絨中電著劑的優化。在皮革生產過程中產生的廢舊皮革和邊角料經機械粉碎后可制得皮革絨毛。皮革絨毛經電著劑處理后可以在靜電場中飛升，利用靜電植絨技術將其植絨到人造革基布上可以開發新型的人造革產品。未經電著處理的皮革絨毛在電場中飛升性差，不能滿足植絨要求，為提高其飛升性，達到最佳植絨效果，對電著劑的配方進行了優化。電著劑的成分為溶膠（鋁溶膠，硅溶膠）和無機鹽（氯化鈉，硫酸鋁鉀），通過單獨變量和正交實驗最終得出電著劑的最佳配方：硅溶膠為4%、鋁溶膠為3%、氯化鈉為7%、硫酸鋁鉀為4%。采用植絨密度和植絨牢度來考量植絨的效果，其中鋁溶膠對植絨效果影響較大，硫酸鋁鉀對植絨效果影響較小。

關鍵詞：皮革絨毛；靜電植絨；電著劑；植絨密度

中圖分類號：TS106

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）02-0017-04

Abstract：This paper studies the optimization of scouring agent for electrostatic flocking with the use of waste cow leather fluff. Leather fluff can be made after waste leather and leftover materials produced in the production process of leather are smashed by machinery. Leather fluff can rise in static electric field after treatment with scouring agent. New artificial leather product can be developed by its flocking into artificial leather base cloth with electrostatic flocking technology. Leather fluff not subject to scouring treatment has poor rise in electric field and cannot meet flocking requirement. To improve its rise and achieve optimal flocking effect， the formula of scouring agent is optimized. Components of scouring agent include sol （alumina sol and ludox） and inorganic salt （sodium chloride and aluminum potassium sulfate）. Optimal formula of scouring agent is finally obtained through individual variables and orthogonal experiment： ludox 4%， alumina sol 3%， sodium chloride 7% and aluminum potassium sulfate 4%. Flocking effect is measured with flocking density and fastness. Alumina sol has greater influence on flocking effect and aluminum potassium sulfate has smaller influence.

Key words：leather fluff； electrostatic flocking； scouring agent； flocking density

皮革的生產過程中會產生大量的廢料和邊角料，若將這些廢棄物不加處理直接排放到環境中，不僅造成環境污染，實質上也是資源的浪費[12]。目前對廢舊皮革的回收利用已經取得了一定的進展，在造紙、再生革、膠原提取等領域取得了一定的成效[35]。對廢舊皮革的回收利用具有較大的經濟效益和環保價值。皮革廢料和邊角料經機械粉碎后可以得到皮革絨毛，皮革絨毛經電著劑電著處理后可利用靜電植絨技術植絨到人造革基布上，得到具有一定風格的人造革產品[67]。靜電植絨技術是利用靜電效應進行植絨的加工技術，經過電著處理的絨毛在靜電場中發生極化，帶電的絨毛在電場中飛升、旋轉，最終垂直插入涂覆有粘合劑的基體中，形成植絨產品[810]。

本文中皮革絨毛是由廢舊牛皮革經機械處理后制得。電著處理所用電著劑配方原料為鋁溶膠，硅溶膠，氯化鈉和硫酸鋁鉀。鋁溶膠用作抗靜電劑，硅溶膠作為分散劑，氯化鈉和硫酸鋁鉀作為無機鹽增強皮革絨毛的導電性。

1實驗

1.1實驗材料與試劑

實驗材料：牛皮革絨毛（長度0.3～1.1 cm，直徑70～120 μm，浙江溫嶺方氏植絨有限公司）；粘合劑（聚丙烯酸酯乳液，嘉興市鵬翔植絨有限公司）。

實驗試劑：氯化鈉（分析純AR，杭州高晶精細化工有限公司）；硫酸鋁鉀（分析純，天津市永大化學試劑有限公司）；硅溶膠（CH83125，江蘇國聯科技有限公司）；鋁溶膠（CHAL，江蘇國聯科技有限公司）。其中鋁溶膠的固含量為（10±1）%，pH值為2.5～3.5。硅溶膠的SiO2含量為（25±2）%，Na2O含量≤0.3%，粒徑為8～10 nm，pH值為9～10。

1.2實驗儀器

植絨設備（實驗室自制）；DZKW4電子恒溫水浴鍋（杭州藍天化驗儀器廠）；WT3102S電子分析天平（常州萬得天平儀器有限公司）；DGG9240B恒溫鼓風干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司）；25目標準篩（浙江上虞圣超儀器設備有限公司）。

1.3實驗方法

1.3.1電著處理

稱取5 g絨毛、量取400 mL去離子水置于燒杯中（浴比為1∶80）；將燒杯放入55 ℃恒溫浴槽中；稱量定量的氯化鈉、硫酸鋁鉀、硅溶膠和鋁溶膠加入燒杯中；攪拌30 min后將絨毛過濾、85 ℃烘干1 h；將烘干后的絨毛進行粉碎處理后用25目標準篩篩勻，裝封。經篩選后的絨毛長度為0.6～0.8 cm。

1.3.2植絨

植絨過程為上飛式，示意圖如圖1所示。用25目的標準篩將絨毛均勻地篩至下極板上，將涂覆有粘合劑的基材（本試驗中基材為紙張，基材上粘合劑涂覆量為300 g/m2）粘貼至上極板，接通電源后絨毛飛升。植絨電壓為70 kV，極板距離為12 cm。植絨后樣品150 ℃烘焙20 min。

1.3.3植絨密度的測定

植絨密度是評價植絨織物最重要的標準。實驗所用皮革絨毛長度與絨毛線密度不均一，以單位面積的絨毛質量作為衡量植絨密度大小的方法，計算如式（1）所示。不同電著處理后的植絨樣品裁取5個5 cm×5 cm的樣本，測其植絨密度后取平均值。

P=m/S（1）

式中：P為植絨密度，mg/25 cm2；m為絨毛質量，mg；S為基材面積，25 cm2。

1.3.4植絨牢度的測定

除了植絨密度外，植絨牢度是衡量植絨性能另一個重要指標。植絨牢度是指絨毛植在基布表面之后的牢度與穩定性，可通過耐磨試驗測得牢度大小。本文測定植絨樣品植絨牢度是在相同的摩擦條件對樣品進行耐磨測試，比較不同電著劑配方對植絨牢度影響[11]。用底面積為5×1 cm，質量為60 g的木塊在4個不同水平方向對樣品進行水平摩擦，每個方向各摩擦10次，摩擦前后對測試樣品進行稱重，計算摩擦損失的絨毛質量，以絨毛的殘留率來衡量其植絨牢度的大小。不同電著處理后的植絨樣品取5個樣本做耐磨測試，所得絨毛殘留率取平均值。絨毛殘留率計算如式（2）所示：

L/%=1-M-M′M×100（2）

式中：L為絨毛殘留率，%；M為摩擦測試前基材上絨毛質量，mg；M′為摩擦后基材上絨毛的質量，mg。L越大，說明摩擦過程中損失的絨毛質量越少，絨毛殘留越多，則植絨牢度越大。

2結果與討論

無機鹽和溶膠的用量對植絨效果具有一定影響，鹽與溶膠之間也存在相互的影響。無機鹽能夠附著在絨毛上降低其比電阻，加快絨毛飛升，提高植絨密度。但是無機鹽濃度過高，會導致溶膠的性質變化，影響植絨性能。一定量的溶膠利于無機鹽吸附在絨毛表面，溶膠的濃度過大則會出現凝結，使絨毛分散性變差，不利于飛升。

將硅溶膠、鋁溶膠、氯化鈉和硫酸鋁鉀分別作為單獨變量來分析其對植絨效果的影響。根據大量摸索實驗將硅溶膠、鋁溶膠、氯化鈉和硫酸鋁鉀的初始用量分別設為2%、1%、4%和2%。單獨變量電著劑對植絨效果的影響如圖2所示。

根據單獨變量對植絨密度和絨毛殘留率的影響，其中植絨密度作為主要參考因素，硅溶膠、鋁溶膠、氯化鈉和硫酸鋁鉀的最佳單獨變量分別設為4%、2%、8%和5%。采取正交實驗進一步分析各因素相互作用下的最佳配方。正交試驗因素與水平如表1所示。實驗設計方案與最終植絨性能測試結果如表2所示。

對表2進行分析，其中每個因素3個水平對應的植絨密度平均值中，A2、B3、C1、D1值最大，得出最佳優化方案為硅溶膠4%、鋁溶膠3%、氯化鈉7%、硫酸鋁鉀4%。比較每個因素3個水平對應的植絨密度的極差，其中B的極差最大，鋁溶膠對植絨效果影響較大，D的極差最小，對應的硫酸鋁鉀對植絨性能的影響較小?？偨Y出最佳的電著劑配方為硅溶膠、鋁溶膠、氯化鈉和硫酸鋁鉀用量分別為4%、3%、7%和4%。

3結論

皮革絨毛靜電植絨電著劑的較佳配方為：氯化鈉7%、硫酸鋁鉀4%、硅溶膠4%，鋁溶膠3%。其中鋁溶膠和氯化鈉對植絨效果的影響較為顯著，硫酸鋁鉀對植絨效果影響較小。

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（責任編輯：唐志榮）