皮革防水防油性能測試方法的研究進展

賴喜慶+劉海華+趙可淪

摘 要：文章介紹了國內關于皮革防水性能的六種主要測試方法及一種皮革防油測試方法，系統分析了六種防水測試方法的優缺點及使用限制。研究結果表明，要使皮革樣品防水（防油）性能測試的結果更具有說服力，通常需結合動態防水和靜態防水測試并考慮皮革制品的制造加工工藝特點。

關鍵詞：皮革；防水；防油；表面張力；吸水率

中圖分類號：TH145.2+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0171-02

1 概述

皮革透水包括3個過程：（1）水與皮革表面接觸，在表面鋪展、濕潤；（2）水在皮革內部滲透，皮革吸收水分；（3）水從皮革的一面透過另一面。因此，皮革防水性主要包括以下三層理解：（1）不潤濕性：防止皮革表面被水潤濕的性能，國外稱Water Repellency；（2）不吸水性：阻止皮革吸收水分，同時阻止水分在皮革內部滲透，國外稱Water Resistance；（3）不透水性：阻止水分從皮革的一面滲透到皮革的另一面，國外稱Waterproof。

當前，手表（腕表）已經不僅僅為一種簡單的時計工具，更是一種具有文化內涵和時尚品味的產品。因此，購買腕表產品不僅要考慮腕表的走時質量和外觀設計，還要考慮腕表的品牌文化、精密工藝以及佩戴用途等諸多因素。皮革表帶以其佩戴舒適且低調儒雅的氣質逐漸成為進一步提升佩戴者品味形象的必需品。

從皮革自身結構來講，皮革是膠原纖維和鞣劑以及其他化工產品所構成的復合體，具有較強的親水性。因此，皮革產品若不經過防水（疏水）處理，將表現出較差的適應性和耐候性。目前，鐘表行業常用的皮革表帶分為表層、中間層和防水底層；其中，表層皮革基本不防水，中間層主要是纖維狀填充物、具有很強的親水性，防水處理底層多為其表層皮防水劑處理。同時，業內常用防水皮革表帶主要為表面進行了適當防水處理，僅具備靜態防水效果，還是無法做到真正意義的防水（疏水）功能，包括動態防水等。上述兩方面因素是皮革表帶成品的縫制線和表扣預留孔位的間隙造成其內部吸水的主要原因。此外，通常情況下，皮革表帶的耐磨性能不佳也制約了其使用效果。

防水（疏水）皮革以其柔軟、豐滿、舒適的手感和獨有的疏水性、透水汽性、隔熱保溫性等衛生性能而深受消費者青睞。普通皮革表面的防水處理一般是通過涂飾工藝完成，其所用的防水涂飾劑主要以硅氧烷類聚合物或含氟丙烯酸酯類聚合物組成。首先，這些涂飾劑涂覆在皮革表面的涂層會將皮革表面的膠原纖維及皮革表面的毛細孔完全遮蓋，大大影響了天然皮革的衛生性能（主要是透水汽性能）。其次，這些涂飾劑的合成過程復雜并且需要加熱固化，導致整體工藝成本偏高。同時，皮革表帶與人體接觸的手汗還具有酸性和油性物質，這將嚴重減弱普通疏水皮革的適應性和耐侯性。為進一步提升皮革表帶使用性能，我們基于其構造加工特點開發新型皮革表帶表面防護處理工藝，不僅要滿足其染色、加油、粘接壓制、干燥整理及縫合工藝需求，并具備工藝簡易、環保、成本低廉的技術特點。因此，開發無色、無味且疏水性、疏油性、透氣性和耐磨性優良的皮革表帶新型表面處理技術具有廣泛的應用前景和市場價值。

皮革疏（防）水是指皮革表面不被水潤濕及滲透的性能。從理論上說，皮革表面被水潤濕的問題，可以歸結為固體表面的浸潤性問題。皮革的疏（防）水處理途徑主要包括：（1）充分除去皮革中親水物質，封閉皮革上的親水基團：在生產過程中加強水洗，盡量除去鹽等親水性物質；盡量避免引入親水性物質，如表面活性劑；封閉親水性基團，減少或封閉皮革空隙。（2）引入疏水材料（疏水材料包括有機氟類化合物、有機硅類化合物、環氧樹脂類化合物、聚氨酯類化合物和無機-有機復合材料）：（1）表面疏水處理：通常是將疏水材料借助于噴、淋、刷、涂或者浸漬等方式，轉移到已干燥處理的皮革表面，使其表面具有一定抗水（拒水）能力。嚴格意義上講，這種方法屬于皮革表面涂飾的范疇。該方法應用最為廣泛，盡管這種方法處理的皮革其表面是疏水的，但其革內部疏水性取決于坯革自身特性。若坯革本身已有一定疏水性，則處理后各項疏水指標均提高；若坯革自身不具有疏水性，則其表面噴涂后，靜態疏水性好但動態疏水性差。（2）復鞣疏水處理：這一方法是采用具有疏水功能的復鞣材料，填充皮革的同時賦予其良好的疏水性。例如，國內的WPT-S、FRT等，國外的同類產品如Rohm & Haas 公司的Lubritan-WP等。（3）加脂疏水處理：這種方法是選用疏水型加脂劑對皮革進行加脂，同時使皮革在整個截面上具有疏水性。例如，德國的Bayer公司Xeroderm系列和BASF公司Densodrin系列產品，國產多功能亞硫酸化羊毛脂加脂劑和SCF結合加脂劑等，都是集加脂和疏水于一體的材料。

2 測試方法

目前，國外關于皮革防水性能的測試方法主要包括以下幾種：

2.1 Bally滲透測試法[1，2]

Bally滲透測試法是歐洲的主要測試方法。此方法主要用于皮革表帶動態防水性能的測試，檢測設備為透水測試儀（瑞士BALLY），測試時將皮革樣品固定在水浴中，伸展其長度，記錄下水滲透時的時間，記錄動態透水時間（分），計算透水時吸水率（%）和指定曲折時間的吸水率（%）。該測試方法是由國際皮革工藝師和化學師協會聯合會物理檢測委員會制定的。

2.2 Maeser-Tests[3]

Maeser-Tests是北美的主要測試方法。此方法是國際皮革工藝師和化學師協會聯合會物理檢測委員會制定的方法：將表面加上鐵片、鐵球的皮革樣品放置在水槽中，并在此皮革樣品底下放水，安裝好并啟動耐曲折測試儀，進行曲折測試，通過鐵的易導電性及水的導電性，當檢測到電流時，記錄下曲折次數，此時的皮革已透水。水的滲透（彎曲次數）和動態吸水量（質量分數）決定了皮革樣品的防水性能，皮革樣品防水性合格的彎曲次數為>15000次水不滲透。endprint

2.3 靜態吸水法

此方法是ISO 2417：2016規定的標準方法：將庫伯爾皿A部分在下、B部分在上并加入固定溫度的蒸餾水或去離子水；將皮革樣品放入庫伯爾皿的B部分并記錄其刻度值，傾斜庫伯爾皿使該樣品被蒸餾水或去離子水完全浸沒；該樣品浸泡到規定時間后，抬起庫伯爾皿B部分使水全部流入A部分讀取其刻度值；通過計算水的吸收量對比皮革的防水性。通常當皮革在6～24h內伸縮幅度為15%，吸水率小于20%，說明皮革的防水性良好。簡化的測試方式為（浸泡法）：將固定規格的皮革樣品稱重后浸入蒸餾水中放置2h后，取出皮革樣品并用濾紙擦去皮革樣品表面的水，稱取其重量，通過皮革浸泡前后的重量變化計算出皮革的吸水率（質量百分數）進而評價其防水性能。

2.4 沉浮法[4]

沉浮法是利用臨界表面張力和防水性能之間的關系，以臨界表面張力的大小評估皮革的防水性等級，該法通過測試液（水-正丁醇溶液）和邊長為1～2mm的皮革顆粒的多個面接觸，來表征皮革的使用表面的斥水性能，廣泛應用于日本紡織行業。

2.5 噴淋法

此方法是ISO 4920：2012以及美國化學師和印染師協會的AATCC22-2014美國國家標準測定紡織品纖維防水性的檢測方法：將250ml蒸餾水，從固定于一定高度的噴頭內噴淋于纖維樣品表面，噴頭噴嘴與該樣品表面成45°角，將纖維樣品經噴淋后留下的水跡圖樣與標準比樣卡的圖例比較，即可測出該纖維樣品的防水等級。

2.6 防水-液滴試驗法

此方法是ISO 23232：2009及美國化學師和印染師協會的AATCC193-2009美國國家標準測定紡織品纖維防水性的檢測方法。按測試試劑溶液（不同體積分數的異丙醇水溶液）的表面張力不同分為0～10個等級，將不同表面張力的測試試劑溶液液滴，滴于皮革樣品表面（間距為5mm），當某個等級的測試溶液不能潤濕該皮革樣品表面（通過觀察測試液滴的表面形貌及其接觸角），則表明該皮革表面張力小于測試溶液的表面張力，通過該等級測試；更換高一級的測試溶液進行測試，至該皮革表面被潤濕為止（根據液滴的表面形貌及其接觸角），則選取其最后通過的等級作為該纖維的防水等級。

2.7 防油-液滴試驗法

此方法是ISO 14119：2010及美國化學師和印染師協會的AATCC118-2013美國國家標準測定紡織品纖維防油性的檢測方法，皮革可參考使用。由于不同類型的油脂類分析純試劑具有不同的表面張力，按表面張力不同分為1～8個等級，不同等級的油脂類分析純試劑，間距5mm滴于皮革樣品表面，當某個等級的油脂類分析純試劑不能潤濕該皮革樣品表面（根據液滴的表面形貌及其接觸角），即說明該皮革表面張力小于測試試劑的表面張力，通過該等級測試；再用高一級的試劑試驗，直至該纖維表面潤濕（根據液滴的表面形貌及其接觸角），則選取其最后通過的等級作為該纖維的防油等級。

3 結束語

（1）Bally滲透測試法和Maeser-Tests受到皮革的密度、部位差、厚度等影響，因此存在一定的不確定性；相對而言，Maeser-Tests的測試更準確，因為測試是在樣品激烈地伸展條件下進行，符合其實際使用狀態。（2）浮沉法測試皮革的臨界表面張力與Bally滲透測試法有較好的一致性；并且靜態吸水浸泡法和動態吸水率有較好的一致性，盡管無彎曲作用，但不失為一種簡便易行的方法，然而必須保持皮革樣品在水中的狀態和水深度的恒定。（3）噴淋法和液滴試驗法可以精確表征皮革使用表面的防水情況，但和Bally滲透測試法無相關性；然而液滴試驗法已經成為防水/疏水（防油）自清潔表面改性材料研究領域廣泛采用的表面測試方法。

參考文獻：

[1]ISO 5404：2011（IULTCS/IUP 11）Leather-Physical test methods-Determination of water resistance of heavy leathers.

[2]ISO 5403-1：2011（IULTCS/IUP 10-1）Leather-Determination of water resistance of flexible leather-Part 1： Repeated linear compression （Penetrometer）.

[3]ISO 5403-2：2011（IULTCS/IUP 10-2）Leather-Determination of water resistance of flexible leather-Part 2： Repeated angular compression （Maeser）.

[4]張廷有，許艷玲，丁克毅.皮革防水性的測定方法[J].中國皮革，1998，27（4）：23-25.endprint