皮革绒毛静电植绒电着剂的优化

刘亚军　胡国樑

摘要：研究废旧牛皮革绒毛用于静电植绒中电着剂的优化。在皮革生产过程中产生的废旧皮革和边角料经机械粉碎后可制得皮革绒毛。皮革绒毛经电着剂处理后可以在静电场中飞升，利用静电植绒技术将其植绒到人造革基布上可以开发新型的人造革产品。未经电着处理的皮革绒毛在电场中飞升性差，不能满足植绒要求，为提高其飞升性，达到最佳植绒效果，对电着剂的配方進行了优化。电着剂的成分为溶胶（铝溶胶，硅溶胶）和无机盐（氯化钠，硫酸铝钾），通过单独变量和正交实验最终得出电着剂的最佳配方：硅溶胶为4%、铝溶胶为3%、氯化钠为7%、硫酸铝钾为4%。采用植绒密度和植绒牢度来考量植绒的效果，其中铝溶胶对植绒效果影响较大，硫酸铝钾对植绒效果影响较小。

关键词：皮革绒毛；静电植绒；电着剂；植绒密度

中图分类号：TS106

文献标志码：A

文章编号：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

皮革的生产过程中会产生大量的废料和边角料，若将这些废弃物不加处理直接排放到环境中，不仅造成环境污染，实质上也是资源的浪费[12]。目前对废旧皮革的回收利用已经取得了一定的进展，在造纸、再生革、胶原提取等领域取得了一定的成效[35]。对废旧皮革的回收利用具有较大的经济效益和环保价值。皮革废料和边角料经机械粉碎后可以得到皮革绒毛，皮革绒毛经电着剂电着处理后可利用静电植绒技术植绒到人造革基布上，得到具有一定风格的人造革产品[67]。静电植绒技术是利用静电效应进行植绒的加工技术，经过电着处理的绒毛在静电场中发生极化，带电的绒毛在电场中飞升、旋转，最终垂直插入涂覆有粘合剂的基体中，形成植绒产品[810]。

本文中皮革绒毛是由废旧牛皮革经机械处理后制得。电着处理所用电着剂配方原料为铝溶胶，硅溶胶，氯化钠和硫酸铝钾。铝溶胶用作抗静电剂，硅溶胶作为分散剂，氯化钠和硫酸铝钾作为无机盐增强皮革绒毛的导电性。

1实验

1.1实验材料与试剂

实验材料：牛皮革绒毛（长度0.3～1.1 cm，直径70～120 μm，浙江温岭方氏植绒有限公司）；粘合剂（聚丙烯酸酯乳液，嘉兴市鹏翔植绒有限公司）。

实验试剂：氯化钠（分析纯AR，杭州高晶精细化工有限公司）；硫酸铝钾（分析纯，天津市永大化学试剂有限公司）；硅溶胶（CH83125，江苏国联科技有限公司）；铝溶胶（CHAL，江苏国联科技有限公司）。其中铝溶胶的固含量为（10±1）%，pH值为2.5～3.5。硅溶胶的SiO2含量为（25±2）%，Na2O含量≤0.3%，粒径为8～10 nm，pH值为9～10。

1.2实验仪器

植绒设备（实验室自制）；DZKW4电子恒温水浴锅（杭州蓝天化验仪器厂）；WT3102S电子分析天平（常州万得天平仪器有限公司）；DGG9240B恒温鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；25目标准筛（浙江上虞圣超仪器设备有限公司）。

1.3实验方法

1.3.1电着处理

称取5 g绒毛、量取400 mL去离子水置于烧杯中（浴比为1∶80）；将烧杯放入55 ℃恒温浴槽中；称量定量的氯化钠、硫酸铝钾、硅溶胶和铝溶胶加入烧杯中；搅拌30 min后将绒毛过滤、85 ℃烘干1 h；将烘干后的绒毛进行粉碎处理后用25目标准筛筛匀，装封。经筛选后的绒毛长度为0.6～0.8 cm。

1.3.2植绒

植绒过程为上飞式，示意图如图1所示。用25目的标准筛将绒毛均匀地筛至下极板上，将涂覆有粘合剂的基材（本试验中基材为纸张，基材上粘合剂涂覆量为300 g/m2）粘贴至上极板，接通电源后绒毛飞升。植绒电压为70 kV，极板距离为12 cm。植绒后样品150 ℃烘焙20 min。

1.3.3植绒密度的测定

植绒密度是评价植绒织物最重要的标准。实验所用皮革绒毛长度与绒毛线密度不均一，以单位面积的绒毛质量作为衡量植绒密度大小的方法，计算如式（1）所示。不同电着处理后的植绒样品裁取5个5 cm×5 cm的样本，测其植绒密度后取平均值。

P=m/S（1）

式中：P为植绒密度，mg/25 cm2；m为绒毛质量，mg；S为基材面积，25 cm2。

1.3.4植绒牢度的测定

除了植绒密度外，植绒牢度是衡量植绒性能另一个重要指标。植绒牢度是指绒毛植在基布表面之后的牢度与稳定性，可通过耐磨试验测得牢度大小。本文测定植绒样品植绒牢度是在相同的摩擦条件对样品进行耐磨测试，比较不同电着剂配方对植绒牢度影响[11]。用底面积为5×1 cm，质量为60 g的木块在4个不同水平方向对样品进行水平摩擦，每个方向各摩擦10次，摩擦前后对测试样品进行称重，计算摩擦损失的绒毛质量，以绒毛的残留率来衡量其植绒牢度的大小。不同电着处理后的植绒样品取5个样本做耐磨测试，所得绒毛残留率取平均值。绒毛残留率计算如式（2）所示：

L/%=1-M-M′M×100（2）

式中：L为绒毛残留率，%；M为摩擦测试前基材上绒毛质量，mg；M′为摩擦后基材上绒毛的质量，mg。L越大，说明摩擦过程中损失的绒毛质量越少，绒毛残留越多，则植绒牢度越大。

2结果与讨论

无机盐和溶胶的用量对植绒效果具有一定影响，盐与溶胶之间也存在相互的影响。无机盐能够附着在绒毛上降低其比电阻，加快绒毛飞升，提高植绒密度。但是无机盐浓度过高，会导致溶胶的性质变化，影响植绒性能。一定量的溶胶利于无机盐吸附在绒毛表面，溶胶的浓度过大则会出现凝结，使绒毛分散性变差，不利于飞升。

将硅溶胶、铝溶膠、氯化钠和硫酸铝钾分别作为单独变量来分析其对植绒效果的影响。根据大量摸索实验将硅溶胶、铝溶胶、氯化钠和硫酸铝钾的初始用量分别设为2%、1%、4%和2%。单独变量电着剂对植绒效果的影响如图2所示。

根据单独变量对植绒密度和绒毛残留率的影响，其中植绒密度作为主要参考因素，硅溶胶、铝溶胶、氯化钠和硫酸铝钾的最佳单独变量分别设为4%、2%、8%和5%。采取正交实验进一步分析各因素相互作用下的最佳配方。正交试验因素与水平如表1所示。实验设计方案与最终植绒性能测试结果如表2所示。

对表2进行分析，其中每个因素3个水平对应的植绒密度平均值中，A2、B3、C1、D1值最大，得出最佳优化方案为硅溶胶4%、铝溶胶3%、氯化钠7%、硫酸铝钾4%。比较每个因素3个水平对应的植绒密度的极差，其中B的极差最大，铝溶胶对植绒效果影响较大，D的极差最小，对应的硫酸铝钾对植绒性能的影响较小。总结出最佳的电着剂配方为硅溶胶、铝溶胶、氯化钠和硫酸铝钾用量分别为4%、3%、7%和4%。

3结论

皮革绒毛静电植绒电着剂的较佳配方为：氯化钠7%、硫酸铝钾4%、硅溶胶4%，铝溶胶3%。其中铝溶胶和氯化钠对植绒效果的影响较为显著，硫酸铝钾对植绒效果影响较小。

参考文献：

[1] 吕凌云，马兴元，余梅.铬革屑资源化利用的研究进展[J].中国皮革，2011，40（3）：49-53.

[2] 江明芳.铬鞣革屑资源化的研究进展和应用现状[J].西部皮革，2014，36（2）：24-27.

[3] 韩雪梅，汤曼曼.皮胶原纤维在造纸中的应用研究进展[J].西部皮革，2014，36（8）：29-31.

[4] 韩雪梅，汤曼曼，陈思羽.皮革废弃物中胶原蛋白的提取研究进展[J].西部皮革，2014，36（2）：17-19.

[5] 李恩红，强西怀，丁志文，等.皮革固体废弃物用作复合材料的研究进展[J].西部皮革，2010，32（19）：40-43.

[6] 李登山.铬鞣皮纤维静电植绒技术[J].西部皮革，2010（7）：46-48.

[7] 刘永庆.皮革的静电植绒[J].丝网印刷，2011（12）：13-15.

[8] 周颖，潘小丹，胡国樑.静电植绒技术及其在我国的发展[J].现代纺织技术，2005，13（6）：52-54.

[9] 王月圆，辛勇，戴俊萍.浅谈静电植绒技术[J].印刷质量与标准化，2013（3）：51-53.

[10] LIU L F， XIE H， CHENG L D， et al. Optimal design of superfine polyamidefabric by electrostatic flocking technology[J]. Textile Research Journal，2011，81（1）：3-9.

[11] 刘亚军，胡国樑，周颖.废旧皮革粉静电植绒工艺的研究[J].现代纺织技术，2017（1）：10-12.

（责任编辑：唐志荣）