Lederproducten zijn al sinds de oudheid zeer gewild. Het gebruik van leer gaat terug tot het Paleolithicum. In die tijd gebruikten onze voorouders dierenleer om kleding van te maken. Met de voortdurende technologische ontwikkelingen zijn ook de eisen die mensen aan lederproducten stellen, steeds hoger geworden. Van eenvoudig "rauw leer" tot "bewerkt leer" en nu streven we naar de productie van multifunctioneel leer met uitstekende eigenschappen zoals waterdichtheid, oliebestendigheid en brandvertragendheid. Tegelijkertijd vormt kunstleer met zijn bijzondere, uitstekende eigenschappen een uitdaging voor natuurlijk leer.
Waterdichtheid is een onmisbare eigenschap van modern leer. Het meest gebruikte leer voor kleding en bovenwerk vereist waterdichtheid.waterdichtingDe vraag naar leer neemt met de dag toe. Voor veel lederproducten is "waterdichtheid" een extra aankoopvoorwaarde geworden. Door de wijdverspreide toepassing van waterdichtingstechnologieën lijkt waterdichtheid nu een van de kenmerken van leer zelf te zijn. Tegenwoordig zijn er veel waterdichtingsprocessen ontwikkeld. Deze reeks artikelen vat de relevante inhoud van onderzoek naar leerwaterdichtheid systematisch samen vanuit drie invalshoeken: het concept van leerwaterdichtheid, het waterdichtingsmechanisme en de waterdichtingsprocessen. Dit artikel richt zich voornamelijk op het concept en het mechanisme van waterdichtheid.
1. Het basisconcept van waterdicht leer.
De sleutel tot waterdichte leer is het voorkomen dat water via de buitenkant van het leer naar de andere kant doordringt. Omdat leer van nature hydrofiel is, wordt natuurlijk leer meestal gelooid, waardoor dit proces niet te voorkomen is. De hydrofiliteit van leer wordt veroorzaakt door collageenvezels die driedimensionaal geweven zijn, met talloze capillaire buisjes met verschillende radii tussen de vezels. Na het looien worden door de toevoeging van chemische materialen meer polaire groepen geïntroduceerd, zoals hydroxyl-, carboxyl- en aminogroepen. Door het principe van gelijke compatibiliteit kunnen deze polaire groepen een binding met water aangaan.
Nadat het leer in contact was gekomen met water, zorgde de aanwezigheid van een groot aantal polaire groepen ervoor dat het leer hydrofiel werd en vochtig werd. Tegelijkertijd zorgden de dunne buisjes in het leer ervoor dat het water kon absorberen. Waterdichtheid houdt in dat dit proces wordt geblokkeerd, dus waterdicht kan worden samengevat in de volgende drie punten:
(1) Niet bevochtigen: Voorkom de eigenschappen van het oppervlak van het epitheelfibrine, dat nat is op het wateroppervlak, is een waterreferentie.
(2) Geen waterabsorptie: de prestatie die voorkomt dat leer water absorbeert en naar binnen dringt, dat wil zeggen waterresolutie.
(3) Nauwkeurige waterdichtheid: De prestatie die voorkomt dat water van de ene kant van het leer naar de andere kant binnendringt, oftewel waterdicht.
Bovenstaande zijn drie aspecten van waterdichtheid. De waterdichtheid van leer moet aan deze drie aspecten voldoen: het vermogen om waterabsorptie, waterdoorlaatbaarheid en bevochtiging door water te weerstaan. Echter, het waterdichtheidsvermogen van bestaand waterdicht leer ontbreekt vaak aan alle drie. Sommige soorten waterdicht leer kunnen bijvoorbeeld wel nat worden aan de oppervlakte, maar kunnen niet in het leer doordringen. Andere soorten waterdicht leer kunnen niet nat worden aan de oppervlakte, maar hebben een slechte dynamische waterdichtheid. Dit fenomeen zorgt voor verwarring over wat waterdicht leer precies inhoudt. Om hoogwaardig waterdicht leer te produceren, moeten we er allereerst voor zorgen dat het zowel statisch als dynamisch waterdicht is. Hierdoor blijven de uitstekende eigenschappen van natuurlijk leer, met name de hygiënische eigenschappen, behouden en wordt het leer zelfs functioneler.
Ten tweede, een waterdicht mechanisme van leer.
Vanuit het oogpunt van het uiterlijk kan het worden onderverdeeld in twee lagen: de coating en het leer. Voor Cheng Demon noemen we het meestal de League of Levy. De eerder beschreven waterdichtheid verwijst naar het vermogen van leer om waterabsorptie, waterdoorlaatbaarheid en bevochtiging door water te weerstaan. De eerste stap van waterdichtheid is voorkomen dat het leeroppervlak nat wordt, wat te maken heeft met het vochtprobleem op het vaste oppervlak. De interactie tussen bevochtiging is de interactie tussen de vloeistof en het vaste materiaal, waarbij Qi, vloeistof en vaste stof betrokken zijn. De oppervlaktespanning van een driefasencontactoppervlak bepaalt of er bevochtiging optreedt: wanneer de oppervlaktespanning van de vloeistof lager is dan die van het vaste materiaal, kan de vloeistof zich plat op het vaste oppervlak verspreiden en het bevochtigen. Bij een te hoge oppervlaktespanning zal de vloeistof op het vaste oppervlak krimpen in de vorm van waterdruppels zonder zich te verspreiden en te bevochtigen. Met andere woorden, stoffen met een hoge oppervlaktespanning kunnen materialen met een lage oppervlaktespanning niet bevochtigen. Om te voorkomen dat leer doorweekt raakt, moet de oppervlaktespanning van het leer dus lager zijn dan de oppervlaktespanning van water.
De mate van bevochtiging van een vast materiaal wordt meestal weergegeven door de contacthoek. De Britse wetenschapper Thomas Young legde dit probleem uit met de beroemde Young-vergelijking: Wanneer een vloeistof zich hecht aan het oppervlak van een vast materiaal, kan de mate van bevochtiging van het oppervlak worden weergegeven door de contacthoek θ (of bevochtigingshoek): cosθ = vs -g-vl-g vs-l
In formule 1: θ — De hoek tussen het raakvlak van de drie fasen qi-vloeistof-vast, de hoek tussen de spanning tussen de qi-vloeistof en het gas-vast-grensvlak; de oppervlaktespanning tussen de vloeistof-qi; de oppervlaktespanning tussen de gas-vloeistof-vast-vloeistof. Zie de details hieronder:
Figuur 1 toont een diagram van het verband tussen de contacthoek en de oppervlaktespanning. A staat voor de situatie waarin een vloeistof een vast oppervlak bevochtigt, en B voor de situatie waarin er geen bevochtiging plaatsvindt. Door de grootte van de contacthoek te bepalen, kan men de bevochtiging van het vaste oppervlak vaststellen, die over het algemeen 90° bedraagt. Zoals weergegeven in Figuur 1A, is er sprake van interactie tussen hydrofiele vaste stoffen en vloeistoffen. Bij een contacthoek θ < 90° wordt de vloeistof op het vaste oppervlak geplaatst, wat aangeeft dat de vloeistof het vaste oppervlak gemakkelijk bevochtigt; er is een neiging tot samentrekking op het vaste oppervlak om bolvormige vloeistofdruppels te vormen. Een contacthoek θ > 90° geeft aan dat de vloeistof het vaste oppervlak niet gemakkelijk bevochtigt, oftewel dat er sprake is van interactie tussen het hydrofobe vaste oppervlak en de vloeistof. Hoe kleiner de contacthoek, hoe beter de bevochtigbaarheid; wanneer θ = 0°, geeft dit aan dat het vaste oppervlak volledig bevochtigd is, en θ = 180° betekent dat het helemaal niet bevochtigd is. Om het leeroppervlak droog en waterafstotend te houden, is het daarom intuïtief noodzakelijk om een contacthoek θ > 90° te creëren. Dit kan worden bereikt door de oppervlaktespanning van het leeroppervlak te verlagen. Naast het aanpassen van de contacthoek om te voorkomen dat het leeroppervlak nat wordt, moet er ook rekening mee worden gehouden dat leer zelf is opgebouwd uit collageenvezels met talloze verschillende radii. Het capillaire effect treedt daardoor zeer gemakkelijk op, wat de waterabsorptie van het leer verder verhoogt. Om het leer waterdicht te maken, moeten we daarom ook de hydrofobe eigenschappen van de vezels in het leer verbeteren.
Het capillaire fenomeen wordt veroorzaakt doordat de adhesie- en condensatiekracht van de moleculaire adhesielaag het vloeistofoppervlak buigt. Tegelijkertijd zorgt de oppervlaktespanning voor extra druk op het gebogen vloeistofoppervlak, waardoor er een drukverschil ontstaat tussen het gebogen vloeistofoppervlak en de vloeistof eronder. Dit drukverschil zorgt ervoor dat de vloeistof in de capillaire buis stijgt of daalt, waardoor de extra druk wordt gecompenseerd en het drukverschil in evenwicht komt. Dit kan worden verklaard met behulp van de Young-Laplace-vergelijking. De Young-Laplace-vergelijking beschrijft de relatie tussen de extra druk van de gebogen vloeistof en de oppervlaktespanning en kromtestraal van de vloeistof, zoals weergegeven in type 2: △P = γ(1/R1 + 1/R2) Type 2: △P — Het drukverschil tussen de binnen- en buitenkant van het vloeistofoppervlak; γ — de oppervlaktespanningscoëfficiënt; R1 en R2 — de belangrijkste kromtestraal van de vloeistof. Zie onderstaande details:
Zoals weergegeven in Figuur 2, bestaan er driefasensystemen (α, β en σ) in de capillaire buis. Als er een driefasenevenwicht optreedt in de capillaire buis met een straal R, is de contacthoek van α gelijk aan θ. In het schematische diagram van de Young-Laplace-vergelijking geldt dat als θ < 90°, dan is △P < 0, het vloeistofoppervlak in de capillaire buis concaaf is en de kracht die op de vloeistof eronder wordt uitgeoefend, de vloeistof de capillaire buis in trekt en het vaste materiaal bevochtigt; als θ > 90°, dan is △P > 0 en het vloeistofoppervlak van de capillaire buis convex. Kortom, om het capillaire effect te voorkomen, is het essentieel om de contacthoek kleiner dan 90° te maken. Dit kan worden bereikt door het oppervlak van de binnenkant van de capillaire buis te verkleinen en zo de oppervlaktespanning te veranderen.
Ten derde, waterdicht mechanisme van de lederen coating
Het leeroppervlak is het eerste dat aan water wordt blootgesteld. Naast het behandelen van het leeroppervlak om vocht buiten te houden, kan het leeroppervlak ook worden vervangen door een waterafstotende coating aan te brengen. Deze coating vormt de eerste verdedigingslinie tegen waterdichtheid. De sleutel tot het aanbrengen van deze coating ligt in de vochtigheid van het leer, de hechting van de coating en de penetratie van de vezel. De basislaag vormt de basis van de gehele coating, en de kleefkracht is cruciaal voor deze basislaag. De invloed op de coating kan zowel vanuit fysisch als chemisch oogpunt worden besproken. Een glad oppervlak is minder geschikt voor de hechting van de coating dan een versleten oppervlak. Dit komt doordat er veel rimpels, kleine uitsteeksels en oneffenheden op het versleten oppervlak aanwezig zijn, waardoor de coating gemakkelijker hecht. Het gebruik van chemische crosslinking-middelen kan de waterdichtheid en kleefkracht van de coating verbeteren. De penetratie van de vezel is ook een belangrijke factor. Leer zelf is een poreuze substantie met een vezelstructuur. Volgens de wet van bevochtiging en hechting is de penetratiesnelheid van de pulp in het leer afhankelijk van vele factoren.
De SandMeyer-formule beschrijft de relatie tussen de indringsnelheid en de oppervlaktespanning, viscositeit en contacthoek.
Formule 4: Infiltratiesnelheid = poriegrootte × oppervlaktespanning × cosθ viscositeit
Uit vergelijking 4 kunnen we afleiden:
(1) De functionele waarde (COSθ) van de natte hoek (COSθ) is evenredig met de penetratiesnelheid van de pulp, wat aangeeft dat de bevochtiging een sleutelrol speelt bij de penetratie van de bodempulp.
(2) Het vergroten van de poriën, het verhogen van de oppervlaktespanning, het verhogen van de contacthoekwaarde (COSθ) en het verlagen van de viscositeit van de vloeistof bevorderen de bevochtigingssnelheid van de vloeistof. Tegelijkertijd moet ook rekening worden gehouden met de indringdiepte. De factoren die de indringdiepte beïnvloeden, zijn in principe dezelfde als de factoren die de infiltratiesnelheid beïnvloeden, maar de indringdiepte van de pulp wordt vergroot door de viscositeit te verlagen, de bevochtigingshoek te verkleinen en de oppervlaktespanning van de pulp te verhogen. Het is tegenstrijdig om de bevochtigingshoek te verkleinen en de oppervlaktespanning te verhogen. Daarom moet de oppervlaktespanning op de juiste manier worden aangepast om de pulp dieper te laten doordringen. Hoewel de indringsnelheid evenredig is met de oppervlaktespanning, geldt dat hoe groter de oppervlaktespanning, hoe groter de indringsnelheid.
Naast de bovengenoemde factoren is de penetratie van de onderlaag van het leeroppervlak ook afhankelijk van de concentratie ervan, de conditie van het leer (vochtgehalte, porositeit, ladingspolariteit, enz.) en de coatingmethoden.
Geplaatst op: 30 mei 2024