I prodotti in pelle sono stati molto richiesti fin dall'antichità. L'utilizzo della pelle risale al Paleolitico, quando i nostri antenati erano in grado di cucire indumenti utilizzando pelli animali. Con il continuo progresso tecnologico, anche le esigenze delle persone in fatto di prodotti in pelle si sono evolute. Dalla semplice "pelle grezza" alla "pelle trattata", fino alla produzione di pelle multifunzionale con eccellenti proprietà come impermeabilità, resistenza agli oli e ignifugazione. Parallelamente, l'avvento della pelle sintetica, con le sue particolari caratteristiche, ha rappresentato una sfida per la pelle naturale.
L'impermeabilità è una caratteristica indispensabile della pelle moderna. La pelle per abbigliamento e la pelle per tomaia più utilizzate richiedonoimpermeabilizzazioneLa ricerca sull'impermeabilità è in costante aumento. Per molti prodotti in pelle, tra i requisiti di acquisto si è aggiunto anche il requisito "impermeabile". La diffusione dell'impermeabilità ha reso questa caratteristica quasi imprescindibile per la pelle stessa. Oggi sono state sviluppate numerose tecnologie per i processi di impermeabilizzazione. Questa serie di articoli riassume sistematicamente i contenuti rilevanti della ricerca sull'impermeabilità della pelle, analizzandoli da tre punti di vista: il concetto di impermeabilità, il meccanismo di impermeabilizzazione e la tecnologia di processo. Questo articolo si concentra principalmente sul concetto e sul meccanismo di impermeabilizzazione.
1. Il concetto base dell'impermeabilità della pelle
La chiave per rendere la pelle impermeabile è impedire all'acqua di penetrare dall'altro lato. Poiché la pelle è di per sé idrofila, la pelle naturale, generalmente conciata, non è in grado di impedire questo processo. L'idrofilia della pelle è dovuta alle fibre di collagene intrecciate in uno spazio tridimensionale, con innumerevoli tubi capillari di diverso raggio tra le fibre. Dopo la concia, l'aggiunta di sostanze chimiche introduce ulteriori gruppi polari, come gruppi idrossilici, carbossilici e amminici. In base al principio di compatibilità, questi gruppi polari possono formare un legame con l'acqua.
Dopo il contatto con l'acqua, la presenza di un gran numero di gruppi polari rende la pelle idrofila e assorbe l'umidità. Allo stesso tempo, la presenza di sottili canali nella pelle le permette di assorbire l'acqua. L'impermeabilità consiste nel bloccare il verificarsi di questi processi, quindi l'impermeabilità può essere riassunta nei seguenti tre punti:
(1) Nessuna idratazione: Previene le caratteristiche della superficie della fibrina epiteliale, che è bagnata sulla superficie dell'acqua, è il riferimento dell'acqua.
(2) Nessun assorbimento d'acqua: la capacità di impedire che la pelle assorba acqua e si infiltri al suo interno, ovvero la risoluzione dell'acqua.
(3) Impermeabilità di precisione: la capacità di impedire all'acqua di penetrare dal lato della pelle all'altro lato, ovvero impermeabile.
Quelli sopra descritti rappresentano tre aspetti fondamentali dell'impermeabilità. L'impermeabilità dovrebbe includere questi tre aspetti, ovvero la capacità della pelle di resistere all'assorbimento d'acqua, alla permeabilità all'acqua e alla bagnatura. Tuttavia, l'impermeabilità delle pelli impermeabili attualmente in commercio spesso non possiede tutte e tre queste caratteristiche. Ad esempio, alcune pelli impermeabili possono bagnarsi in superficie, impedendo all'acqua di penetrare al loro interno; altre, pur non bagnandosi in superficie, presentano una scarsa impermeabilità dinamica. Questa situazione rende la comprensione delle pelli impermeabili più confusa. Per realizzare una pelle impermeabile di alta gamma, è necessario innanzitutto renderla impermeabile sia staticamente che dinamicamente. In questo modo, non si compromettono le eccellenti prestazioni della pelle naturale, in particolare quelle igieniche, ma la si rende addirittura più funzionale.
In secondo luogo, meccanismo impermeabile in pelle
Dal punto di vista dell'aspetto, può essere suddiviso in due strati: il rivestimento e la pelle. Per Cheng Demon, siamo soliti chiamarla Lega di Levy. La descrizione precedente è che l'impermeabilità si riferisce alla capacità della pelle di resistere all'assorbimento d'acqua, alla permeabilità all'acqua e alla bagnatura da parte dell'acqua. Il primo passo dell'impermeabilità è impedire che la superficie della pelle si bagni sulla superficie della pelle, il che implica il problema dell'umidità sulla superficie solida. L'interazione tra la bagnatura è l'interazione tra il liquido e il solido, che coinvolge il contatto di Qi, liquido e solidità. La tensione superficiale della superficie di contatto trifase ha una tensione superficiale. Se si verifica il fenomeno di bagnatura può essere giudicato dalla tensione superficiale: quando la tensione superficiale del liquido è inferiore alla tensione superficiale del solido, il liquido può estendersi stendendosi sulla superficie solida per bagnare il solido. Durante la tensione superficiale, il liquido si restringerà sulla superficie solida sotto forma di gocce d'acqua senza diffondersi e bagnare, cioè, le sostanze con alta tensione superficiale non possono bagnare il materiale con bassa tensione. Pertanto, per evitare che la pelle si impregni d'acqua, la tensione superficiale della pelle deve essere inferiore alla tensione superficiale dell'acqua.
Il grado di bagnatura di un solido è solitamente rappresentato dall'angolo di contatto. Lo scienziato britannico Thomas Young spiegò il problema quando propose la famosa equazione di Young: Quando il liquido aderisce alla superficie di un solido, il grado di idratazione della superficie solida può essere rappresentato dall'angolo di contatto θ (o angolo di idratazione): cosθ = vs -g-vl-g vs-l
Nella formula 1: θ — L'angolo tra la giunzione delle tre fasi qi-liquido-solido, l'angolo tra la tensione tra qi-liquido e l'interfaccia gas-solido; la tensione superficiale tra liquido-qi; la tensione superficiale tra vs-l-solido-liquido. Vedi i dettagli di seguito:
La Figura 1 mostra un diagramma della relazione tra l'angolo di contatto e la tensione superficiale. A rappresenta la condizione di bagnatura del liquido e del solido, mentre B rappresenta il caso in cui non vi è bagnatura. Determinando l'ampiezza dell'angolo di contatto, è possibile stabilire la bagnabilità della superficie solida, che generalmente è di 90°. Come mostrato nella Figura 1 A, si osserva l'interazione tra solidi idrofili e liquidi. Un angolo di contatto θ < 90° indica che il liquido si deposita sulla superficie solida, il che suggerisce una facile bagnatura del liquido e del solido; si osserva una tendenza alla contrazione sulla superficie solida con formazione di gocce di liquido sferiche. Un angolo di contatto θ > 90° indica che il liquido non bagna facilmente il solido, ovvero si verifica un'interazione tra la superficie solida idrofoba e il liquido. Minore è l'angolo di contatto, migliore è la bagnabilità; quando θ = 0°, si indica che la superficie solida è completamente bagnata, mentre θ = 180° indica che non è bagnata affatto. Pertanto, per rendere la superficie della pelle asciutta e idrorepellente, è necessario un angolo di contatto θ > 90°, e ciò può essere ottenuto riducendo la tensione superficiale della pelle. Oltre a modificare l'angolo di contatto per impedire che la superficie della pelle si bagni, va anche notato che la pelle stessa è composta da fibre di collagene, ovvero possiede innumerevoli capacità di diverso raggio. Il fenomeno capillare si verifica con estrema facilità, aumentando ulteriormente il tasso di assorbimento d'acqua della pelle. Pertanto, è necessario rendere la pelle impermeabile e si dovrebbe anche considerare il miglioramento delle prestazioni idrofobiche fibrose della pelle.
Il fenomeno capillare è dovuto alla forza di adesione e condensazione dello strato di adesione molecolare che fa curvare la superficie del liquido. Allo stesso tempo, la tensione superficiale crea una pressione aggiuntiva sulla superficie curva del liquido, che fa sì che la superficie del liquido si incurvi e che il liquido sottostante, al di sotto della superficie orizzontale, crei una differenza di pressione. Questa differenza di pressione fa salire o scendere il liquido nel tubo capillare, compensando la pressione aggiuntiva e bilanciando così la differenza di pressione. Il liquido nel tubo capillare sale o scende. Questo può essere valutato tramite l'equazione di Young-Laplace. L'equazione di Young-Laplace descrive la relazione tra la pressione aggiuntiva del liquido curvo e la tensione superficiale e il raggio di curvatura del liquido, come mostrato nel tipo 2. △ P = γ (1 R1 + 1 R2) Tipo 2: △ P — Differenza di pressione tra l'interno e l'esterno della superficie del liquido; γ - coefficiente di tensione superficiale; R1 e R2 — raggio di curvatura principale del liquido. Vedi i dettagli di seguito:
Come mostrato in Figura 2, i sistemi di coesistenza trifase α, β e σ coesistono nella capacità del tubo capillare. Se l'equilibrio trifase si verifica nel tubo capillare con un raggio R, l'angolo di contatto di α è θ. Nello schema dell'equazione di Young-Laplace, se θ < 90°, allora △P < 0, la superficie del liquido nel tubo capillare è concava e la forza applicata al liquido dal basso lo attira. Entra nel tubo capillare e bagna il solido; se θ > 90°, allora △P > 0. La superficie del liquido del tubo capillare è convessa. In sostanza, per far sì che l'effetto capillare non si verifichi, è essenziale che l'angolo di contatto sia < 90°, ma ciò può essere ottenuto riducendo la superficie interna del capillare per modificarne la tensione superficiale.
Terzo, meccanismo impermeabile del rivestimento in pelle
La superficie della pelle è la prima ad essere esposta all'acqua. Oltre a modificare la superficie della pelle per proteggerla dall'umidità, è possibile anche applicare uno strato di rivestimento idrorepellente sulla superficie, rendendola la prima linea di difesa contro l'acqua. L'efficacia di questo rivestimento risiede nell'umidità della pelle, nell'adesione del rivestimento stesso e nella penetrazione nella polpa. Il rivestimento di base è la base dell'intero processo di rivestimento e la sua adesività è fondamentale. L'impatto del rivestimento può essere analizzato sia dal punto di vista fisico che chimico. Una superficie liscia è meno favorevole all'adesione del rivestimento rispetto a una superficie usurata. Questo perché la presenza di numerose rughe, piccole sporgenze e irregolarità sulla superficie usurata favorisce maggiormente l'adesione. L'utilizzo di agenti reticolanti chimici può migliorare l'impermeabilità e l'adesività del rivestimento. Anche la penetrazione della polpa di base è un fattore determinante. La pelle stessa è una sostanza porosa con una struttura fibrosa. Secondo le leggi di bagnatura e adesione, il grado di penetrazione della polpa nel corpo del cuoio è correlato a numerosi fattori.
La formula di SandMeyer descrive la relazione tra la velocità di penetrazione, la tensione superficiale, la viscosità e l'angolo di contatto.
Formula 4: Velocità di infiltrazione = grado di porosità × tensione superficiale × viscosità cosθ
Dall'equazione 4 possiamo vedere:
(1) Il valore funzionale (COSθ) dell'angolo bagnato (COSθ) è proporzionale alla velocità di penetrazione della polpa, indicando che la bagnatura è un ruolo chiave nella penetrazione della polpa di fondo.
(2) L'aumento dei pori, l'aumento della tensione superficiale, l'aumento del valore delle stringhe (COSθ) dell'angolo di contatto e la riduzione della viscosità del liquido sono favorevoli all'aumento della velocità di bagnatura del liquido. Allo stesso tempo, la penetrazione del fondo del fondo dovrebbe anche essere considerata la profondità di penetrazione. I fattori che influenzano la profondità di penetrazione sono sostanzialmente gli stessi dei fattori che influenzano la velocità di infiltrazione, ma la profondità di penetrazione della polpa aumentata è quella di ridurre la viscosità, ridurre l'angolo di bagnatura e aumentare la tensione superficiale della polpa. È contraddittorio ridurre l'angolo di bagnatura e migliorare la tensione superficiale. Pertanto, la tensione superficiale dovrebbe essere regolata in modo appropriato per far penetrare la polpa più in profondità. Sebbene la velocità di penetrazione sia proporzionale alla tensione superficiale, maggiore è la tensione superficiale, maggiore è la velocità di penetrazione, maggiore è la tensione superficiale.
Oltre ai fattori sopra menzionati, la penetrazione nella parte inferiore della superficie del cuoio è correlata anche alla sua concentrazione, alle condizioni del cuoio (contenuto di umidità, grado di porosità, polarità della carica, ecc.) e ai metodi di rivestimento.
Data di pubblicazione: 30 maggio 2024