Das Grundkonzept und der wasserdichte Mechanismus von Leder wasserdicht

Lederprodukte erfreuen sich seit der Antike großer Nachfrage. Die Verwendung von Leder lässt sich bis in die Altsteinzeit zurückverfolgen. Damals konnten unsere Vorfahren Tierleder zum Nähen von Lederkleidung verwenden. Mit der kontinuierlichen technologischen Weiterentwicklung haben sich auch die Anforderungen der Menschen an Lederprodukte stetig verbessert. Von einfacher „Rohhaut“ über „gekochte Haut“ bis hin zur Herstellung von Multifunktionsleder mit hervorragenden Eigenschaften wie Wasserdichtigkeit, Ölbeständigkeit und Flammhemmung. Gleichzeitig stellte das Aufkommen von Kunstleder mit besonders hervorragenden Eigenschaften Naturleder in Frage.

Wasserdichtigkeit ist eine unverzichtbare Eigenschaft von modernem Leder. Die am häufigsten verwendeten Bekleidungsleder und Oberleder verlangen nachAbdichtungDie Wasserdichtigkeit nimmt täglich zu. Bei vielen Lederprodukten wird die Wasserdichtigkeit zunehmend als Kaufkriterium genannt. Die zunehmende Verbreitung der Wasserdichtigkeitsrevolution lässt Wasserdichtigkeit zu einer der Eigenschaften von Leder selbst werden. Heute gibt es zahlreiche Technologien zur Wasserdichtigkeitsverarbeitung. Diese Serie fasst die relevanten Inhalte der Forschung zur Wasserdichtigkeit von Leder systematisch aus drei Perspektiven zusammen: das Konzept der Wasserdichtigkeit von Leder, den Wasserdichtigkeitsmechanismus und die Wasserdichtigkeitsverarbeitungstechnologie. Dieser Artikel erläutert hauptsächlich das Konzept und den Mechanismus der Wasserdichtigkeit.

1. Das Grundkonzept der Lederwasserdichtigkeit

Der Schlüssel zur Wasserdichtigkeit von Leder besteht darin, zu verhindern, dass Wasser durch die Lederseite in die andere Seite des Leders eindringt. Da Leder selbst hydrophil ist, kann dieser Prozess bei gegerbtem Naturleder in der Regel nicht verhindert werden. Die Hydrophilie des Leders beruht auf dreidimensionalen, gewebten Kollagenfasern, zwischen denen sich unzählige Kapillarröhrchen mit unterschiedlichen Radien befinden. Nach dem Gerben werden durch die Zugabe chemischer Materialien weitere polare Gruppen wie Hydroxy-, Carboxyl- und Aminogruppen eingeführt. Aufgrund des Prinzips der ähnlichen Verträglichkeit können diese polaren Gruppen eine Bindung mit Wasser eingehen.

Nachdem das Leder mit Wasser in Berührung gekommen war, führte die Existenz einer großen Anzahl polarer Gruppen dazu, dass das Leder hydrophil und feuchtigkeitsdurchlässig wurde. Gleichzeitig ermöglichten die dünnen Röhrchen im Leder die Aufnahme von Wasser. Wasserdichtigkeit verhindert den oben genannten Prozess. Daher lässt sich Wasserdichtigkeit in die folgenden drei Kategorien zusammenfassen:

(1) Keine Befeuchtung: Verhindern Sie die Eigenschaften der Oberfläche des Epithelfibrins, das auf der Wasseroberfläche nass ist und Wasserreferenz ist.

(2) Keine Wasseraufnahme: Die Eigenschaft, das Leder daran zu hindern, Wasser aufzunehmen und nach innen einzudringen, d. h. Wasserauflösung.

(3) Präzisionswasser: Die Funktion, das Eindringen von Wasser von der Lederseite auf die andere Seite zu verhindern, nämlich wasserdicht.

Dies sind drei Aspekte der Wasserdichtigkeit. Sie sollte die Wasserfestigkeit, Wasseraufnahmefähigkeit und Wasserdurchlässigkeit des Leders sowie seine Fähigkeit zur Benetzung berücksichtigen. Die Wasserdichtigkeit herkömmlicher Leder erfüllt jedoch häufig nicht alle drei Kriterien. Beispielsweise kann die Oberfläche mancher wasserdichter Leder zwar nass werden, verhindert aber das Eindringen von Wasser. Manche wasserdichte Lederarten können zwar nicht nass werden, weisen aber eine schlechte dynamische Wasserdichtigkeit auf. Dieses Phänomen führt zu einer verwirrenden Vorstellung von wasserdichtem Leder. Um hochwertiges wasserdichtes Leder herzustellen, muss es zunächst sowohl statisch als auch dynamisch wasserdicht gemacht werden. Dadurch werden die hervorragenden Eigenschaften von Naturleder, insbesondere die Hygieneeigenschaften, nicht beeinträchtigt und die Funktionalität des Leders sogar verbessert.

Zweitens, Leder Leder wasserdichter Mechanismus

Aus optischer Sicht kann es in zwei Ebenen unterteilt werden: Beschichtung und Leder. Cheng Demon wird üblicherweise als League of Levy bezeichnet. Die vorherige Beschreibung besagt, dass Wasserdichtigkeit sich auf die Fähigkeit von Leder bezieht, Wasseraufnahme, Wasserdurchlässigkeit und Benetzung durch Wasser zu widerstehen. Der erste Schritt zur Wasserdichtigkeit besteht darin, Nässe auf der Lederoberfläche zu verhindern, was zu Feuchtigkeitsproblemen auf festen Oberflächen führt. Die Wechselwirkung zwischen Benetzung ist die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Feststoff, die den Kontakt von Qi, Flüssigkeit und Feststoff beinhaltet. Die Oberflächenspannung dreiphasiger Kontaktflächen hat eine Oberflächenspannung. Ob ein Benetzungsphänomen auftritt, lässt sich an der Oberflächenspannung erkennen: Wenn die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit geringer ist als die Oberflächenspannung des Feststoffs, kann sich die Flüssigkeit flach auf der festen Oberfläche ausbreiten und diesen benetzen. Unter der Oberflächenspannung schrumpft die Flüssigkeit in Form von Wassertropfen auf der festen Oberfläche, ohne sich auszubreiten und zu benetzen, d. h. Substanzen mit hoher Oberflächenspannung können Materialien mit niedriger Spannung nicht benetzen. Um zu verhindern, dass Leder mit Wasser vollgesogen wird, muss die Oberflächenspannung des Leders daher niedriger sein als die Oberflächenspannung von Wasser.

Der Befeuchtungsgrad eines Feststoffes wird üblicherweise durch den Kontaktwinkel angegeben. Der britische Wissenschaftler Thomas Young erläuterte das Problem mit der berühmten Young-Gleichung: Wenn Flüssigkeit an der Oberfläche eines Feststoffes haftet, lässt sich der Befeuchtungsgrad der Oberfläche durch den Kontaktwinkel θ (oder Befeuchtungswinkel) darstellen: cosθ = vs -g-vl-g vs-l

In Formel 1: θ – Der Winkel zwischen der Verbindungsstelle der drei Phasen Qi, Flüssigkeit und Feststoff, der Winkel zwischen der Spannung zwischen der Qi-Flüssigkeit und der Gas-Feststoff-Grenzfläche; die Oberflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Qi; die Oberflächenspannung zwischen Vs-l, Feststoff und Flüssigkeit. Siehe Details unten:

Abbildung 1 zeigt ein Diagramm der Beziehung zwischen Kontaktwinkel und Oberflächenspannung. A zeigt den Zustand an, in dem die Flüssigkeit den Feststoff benetzt, B den Zustand, in dem der Feststoff nicht benetzt ist. Durch Bestimmen der Größe des Kontaktwinkels kann die Benetzbarkeit der Feststoffoberfläche bestimmt werden. Dieser beträgt im Allgemeinen 90°. Abbildung 1 A zeigt die Wechselwirkung zwischen hydrophilen Feststoffen und Flüssigkeiten. Bei einem Kontaktwinkel θ < 90° gelangt die Flüssigkeit auf die Feststoffoberfläche, was darauf hinweist, dass die Flüssigkeit den Feststoff leicht benetzt. Auf der Feststoffoberfläche besteht eine Tendenz zur Kontraktion, wodurch kugelförmige Flüssigkeitströpfchen entstehen. Ein Kontaktwinkel θ > 90° zeigt an, dass die Flüssigkeit den Feststoff nicht leicht benetzt, d. h. es besteht eine Wechselwirkung zwischen der hydrophoben Feststoffoberfläche und der Flüssigkeit. Je kleiner der Kontaktwinkel, desto besser die Benetzbarkeit. Bei θ = 0° ist die Feststoffoberfläche vollständig benetzt, bei θ = 180° überhaupt nicht. Um die Lederoberfläche vor Nässe und Wasserabweisung zu schützen, muss ein Kontaktwinkel von θ > 90° eingehalten werden. Dies lässt sich durch eine Verringerung der Oberflächenspannung der Lederoberfläche erreichen. Neben der Änderung des Kontaktwinkels zur Vermeidung von Nässe ist zu beachten, dass Leder selbst aus Kollagenfasern besteht und somit unzählige Fasern mit unterschiedlichem Radius aufweist. Kapillarkräfte können sehr leicht auftreten, was die Wasseraufnahme des Leders weiter erhöht. Daher ist es notwendig, das Leder wasserdicht zu machen und gleichzeitig die hydrophoben Eigenschaften der Fasern zu verbessern.

Das Kapillarphänomen entsteht, weil die Adhäsions- und Kondensationskräfte der molekularen Adhäsionsschicht die Flüssigkeitsoberfläche krümmen. Gleichzeitig übt die Oberflächenspannung zusätzlichen Druck auf die gekrümmte Flüssigkeitsoberfläche aus, wodurch die Flüssigkeitsoberfläche gekrümmt und die Flüssigkeit darunter horizontal wird. Es entsteht ein Druckunterschied. Dieser Druckunterschied lässt den Flüssigkeitsspiegel im Kapillarröhrchen steigen oder fallen, wodurch der zusätzliche Druck ausgeglichen und der Druckunterschied ausgeglichen wird. Der Flüssigkeitsspiegel im Kapillarröhrchen steigt oder fällt. Dies kann mit der Young-Laplace-Gleichung beurteilt werden. Die Young-Laplace-Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen dem zusätzlichen Druck der gekrümmten Flüssigkeit und der Oberflächenspannung sowie dem Krümmungsradius der Flüssigkeit, wie in Typ 2 dargestellt. △ P = γ (1 R1 + 1 R2) Typ 2: △ P – Druckunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Flüssigkeitsoberfläche; γ ist der Oberflächenspannungskoeffizient; R1 und R2 sind die Hauptkrümmungsradien der Flüssigkeit. Einzelheiten siehe unten:

Wie in Abbildung 2 dargestellt, koexistieren die dreiphasigen α-, β- und σ-Systeme in der Kapazität eines Kapillarröhrchens. Wenn in einem Kapillarröhrchen mit Radius R ein Dreiphasengleichgewicht herrscht, beträgt der Kontaktwinkel von α θ. In der schematischen Darstellung der Young-Laplace-Gleichung gilt: Wenn θ < 90°, dann ist △ P < 0. Die Flüssigkeitsoberfläche im Kapillarröhrchen ist konkav, und die auf die darunter liegende Flüssigkeit wirkende Kraft zieht die Flüssigkeit in das Kapillarröhrchen und benetzt den Feststoff. Wenn θ > 90°, dann ist △ P > 0. Die Flüssigkeitsoberfläche des Kapillarröhrchens ist konvex. Um den Kapillareffekt zu verhindern, muss der Kontaktwinkel im Wesentlichen < 90° eingestellt werden. Dies kann jedoch auch durch eine Oberflächenverkleinerung der Innenfläche des Kapillarröhrchens und eine Änderung seiner Oberflächenspannung erreicht werden.

Drittens, wasserdichter Mechanismus mit Lederbeschichtung

Die Lederoberfläche ist als erstes dem Wasser ausgesetzt. Neben der Veränderung der Lederoberfläche, um Wasser und Feuchtigkeit abzuhalten, kann die Lederoberfläche auch durch das Auftragen einer wasserabweisenden Beschichtung ersetzt werden, um sie zur ersten wasserdichten Schutzschicht des Leders zu machen. Der Schlüssel zum Auftragen dieser Beschichtung liegt in der Nässe des Leders, der Haftung der Beschichtung und der Penetration der Masse. Die Grundbeschichtung bildet die Basis der gesamten Beschichtung, und die Klebrigkeit der Grundbeschichtung ist entscheidend, daher ist die Klebrigkeit der Beschichtung entscheidend. Die Auswirkungen auf die Beschichtung können sowohl physikalisch als auch chemisch betrachtet werden. Glatte Oberflächen begünstigen die Haftung der Beschichtung weniger als Verschleißoberflächen. Der Grund dafür sind viele Falten, kleine Vorsprünge und Unregelmäßigkeiten auf der Verschleißoberfläche, die das Anhaften begünstigen. Die Verwendung chemischer Vernetzungsmittel kann die Wasserdichtigkeit und Klebrigkeit der Beschichtung verbessern. Die Penetration der Grundbeschichtung ist ebenfalls ein wichtiger Einflussfaktor. Leder selbst ist eine poröse Substanz mit einer Faserstruktur. Gemäß dem Gesetz der Benetzung und Haftung hängt die Penetrationsrate des Zellstoffs in den Lederkörper von vielen Faktoren ab.

Die SandMeyer-Formel beschreibt die Beziehung zwischen der Eindringgeschwindigkeit und der Oberflächenspannung, Viskosität und dem Kontaktwinkel.

Formel 4: Infiltrationsgeschwindigkeit = Porengrad × Oberflächenspannung × cosθ-Viskosität

Aus Gleichung 4 können wir ersehen:

(1) Der Funktionswert (COSθ) des Nasswinkels (COSθ) ist proportional zur Penetrationsgeschwindigkeit des Zellstoffs, was darauf hinweist, dass die Benetzung eine Schlüsselrolle bei der Penetration des Bodenzellstoffs spielt.

(2) Eine Vergrößerung der Poren, eine Erhöhung der Oberflächenspannung, ein höherer Kontaktwinkel (COSθ) und eine Verringerung der Viskosität der Flüssigkeit erhöhen die Benetzungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Gleichzeitig sollte die Eindringtiefe berücksichtigt werden, da die Eindringtiefe des Zellstoffs im Wesentlichen mit der Eindringgeschwindigkeit zusammenhängt. Eine Erhöhung der Eindringtiefe des Zellstoffs führt jedoch zu einer Verringerung der Viskosität, einem geringeren Benetzungswinkel und einer Erhöhung der Oberflächenspannung des Zellstoffs. Ein geringerer Benetzungswinkel und eine höhere Oberflächenspannung sind jedoch widersprüchlich. Daher sollte die Oberflächenspannung entsprechend angepasst werden, damit der Zellstoff tiefer eindringt. Die Eindringgeschwindigkeit ist zwar proportional zur Oberflächenspannung, aber je höher die Oberflächenspannung, desto höher die Eindringgeschwindigkeit und desto höher die Oberflächenspannung.

Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren hängt die Durchdringung der Unterseite der Lederoberfläche auch von ihrer Konzentration, dem Zustand des Leders (Feuchtigkeitsgehalt, Porengrad, Ladungspolarität usw.) und den Beschichtungsmethoden ab.