Os produtos de couro são muito procurados desde a antiguidade. A utilização do couro remonta ao Paleolítico, época em que nossos ancestrais já confeccionavam roupas costuradas com couro animal. Com o constante avanço da tecnologia, as exigências em relação aos produtos de couro também evoluíram. De simples "pele crua" a "pele curtida", busca-se a produção de couros multifuncionais com excelentes propriedades, como impermeabilidade, resistência a óleo e retardamento de chamas. Ao mesmo tempo, o surgimento do couro artificial com propriedades excepcionais representou um desafio para o couro natural.
A impermeabilidade é uma característica indispensável do couro moderno. Os couros mais utilizados em vestuário e para cabedal exigem essa característica.impermeabilizaçãoA impermeabilidade do couro está aumentando a cada dia. Para muitos produtos de couro, a condição de compra passou a incluir a "impermeabilidade". A ampla aplicação da revolução da impermeabilidade faz com que ela pareça ser uma das características do próprio couro. Hoje, muitas tecnologias de impermeabilização foram desenvolvidas. Esta série resume sistematicamente o conteúdo relevante da pesquisa sobre impermeabilização do couro sob três aspectos: conceito de impermeabilização, mecanismo de impermeabilização e tecnologia de impermeabilização. Este artigo explica principalmente o conceito e o mecanismo de impermeabilização.
1. O conceito básico de impermeabilização do couro
A chave para a impermeabilização do couro é impedir que a água penetre no outro lado. Como o couro em si é hidrofílico, o couro natural geralmente passa por um processo de curtimento que não impede essa penetração. A hidrofilicidade do couro é composta por fibras de colágeno entrelaçadas em um espaço tridimensional, com inúmeros capilares de diferentes raios entre as fibras. Após o curtimento, a adição de substâncias químicas introduz mais grupos polares, como hidroxila, carboxila e amino. Devido ao princípio da afinidade, esses grupos polares podem formar ligações com a água.
Após o contato do couro com a água, a presença de um grande número de grupos polares fez com que o couro se tornasse hidrofílico e absorvesse a umidade. Ao mesmo tempo, a existência de finos túbulos no couro permitiu que ele absorvesse água. A impermeabilização, portanto, impede a ocorrência desse processo, podendo ser resumida nos três princípios a seguir:
(1) Sem hidratação: Impedir as características da superfície da fibrina epitelial, que é molhada na superfície da água, é referência de água.
(2) Sem absorção de água: o desempenho de impedir que o couro absorva água e a infiltre no interior, ou seja, resolução de água.
(3) Água de precisão: O desempenho de impedir a entrada de água de um lado do couro para o outro, ou seja, à prova d'água.
Os aspectos acima mencionados descrevem a impermeabilidade do couro. A impermeabilidade deve abranger esses três aspectos, que se referem à capacidade do couro de resistir à absorção, permeabilidade e molhamento da água. No entanto, o couro impermeável disponível atualmente muitas vezes não apresenta essas três características. Por exemplo, embora alguns couros impermeáveis possam ser molhados na superfície, eles impedem a penetração da água; já outros, embora não sejam molhados na superfície, apresentam baixa impermeabilidade dinâmica. Essa discrepância gera confusão na compreensão do couro impermeável. Para produzir um couro impermeável de alta qualidade, é fundamental que ele seja impermeável tanto estática quanto dinamicamente. Dessa forma, não comprometemos o excelente desempenho do couro natural, especialmente suas propriedades higiênicas, e o tornamos ainda mais funcional.
Segundo, mecanismo de impermeabilização do couro
Do ponto de vista da aparência, pode ser dividido em duas camadas: revestimento e couro. Para Cheng Demon, costumamos chamar de Liga de Levy. A descrição anterior diz que a impermeabilidade se refere à capacidade do couro de resistir à absorção, permeabilidade e molhamento por água. O primeiro passo para a impermeabilização é impedir que a superfície do couro fique molhada, o que envolve o problema da umidade na superfície sólida. A interação de molhamento é a interação entre o líquido e o sólido, que envolve o contato de Qi, líquido e solidez. A tensão superficial da superfície de contato trifásica possui tensão superficial. Se o fenômeno de molhamento ocorre, pode-se julgar pela tensão superficial: quando a tensão superficial do líquido é menor que a tensão superficial do sólido, o líquido pode se espalhar sobre a superfície sólida para molhá-la. Durante a tensão superficial, o líquido se contrairá na superfície sólida na forma de gotas de água sem se espalhar e molhar, ou seja, substâncias com alta tensão superficial não podem molhar o material com baixa tensão. Portanto, para evitar que o couro fique encharcado, a tensão superficial do couro deve ser menor que a tensão superficial da água.
O grau de umidade de um sólido é geralmente representado pelo ângulo de contato. O cientista britânico Thomas Young explicou o problema ao propor a famosa equação de Young: quando um líquido adere à superfície de um sólido, o grau de umidade dessa superfície pode ser representado pelo ângulo de contato θ (ou ângulo de umectação): cosθ = vs -g-vl-g vs-l
Na fórmula 1: θ — O ângulo entre a junção das três fases qi-líquido-sólido, o ângulo entre a tensão superficial entre a interface qi-líquido e a interface gás-sólido; a tensão superficial entre o líquido e o qi; a tensão superficial entre o sólido e o líquido. Veja os detalhes abaixo:
A Figura 1 mostra um diagrama da relação entre o ângulo de contato e a tensão superficial. A representa a condição de molhabilidade do líquido sobre o sólido, e B, a condição de não molhabilidade. Ao determinar a magnitude do ângulo de contato, é possível determinar a molhabilidade da superfície sólida, que geralmente é de 90°. Como mostrado na Figura 1A, há interação entre sólidos hidrofílicos e líquidos. Quando o ângulo de contato θ < 90°, o líquido é depositado sobre a superfície sólida, indicando que o líquido molha facilmente o sólido; há uma tendência de contração na superfície sólida, formando gotas esféricas de líquido. Quando o ângulo de contato θ > 90°, indica que o líquido não molha facilmente o sólido, ou seja, há interação entre a superfície sólida hidrofóbica e o líquido. Quanto menor o ângulo de contato, melhor a molhabilidade; quando θ = 0°, indica que a superfície sólida está completamente molhada, e θ = 180°, não está molhada. Portanto, para que a superfície do couro não fique molhada e seja repelente à água, é necessário que o ângulo de contato θ seja superior a 90°, o que pode ser alcançado reduzindo a tensão superficial do couro. Além de alterar o ângulo de contato para evitar que a superfície do couro fique molhada, deve-se observar que o próprio couro é composto de fibras de colágeno, ou seja, possui inúmeras fibras com diferentes raios de curvatura. O fenômeno de capilaridade ocorre com extrema facilidade, o que aumenta ainda mais a taxa de absorção de água pelo couro. Portanto, para tornar o couro impermeável, é necessário também considerar a melhoria do desempenho hidrofóbico das fibras do couro.
O fenômeno capilar ocorre porque a força de adesão e condensação da camada de adesão molecular faz com que a superfície do líquido se curve. Ao mesmo tempo, a existência da tensão superficial exerce uma pressão adicional sobre a superfície curva do líquido, o que cria uma diferença de pressão entre a superfície curva e a superfície horizontal abaixo do líquido. Essa diferença de pressão eleva ou diminui o líquido no tubo capilar, compensando a pressão adicional e, assim, equilibrando a diferença de pressão. O movimento do líquido no tubo capilar pode ser descrito pela equação de Young-Laplace. A equação de Young-Laplace descreve a relação entre a pressão adicional exercida sobre o líquido curvado, a tensão superficial e o raio de curvatura do líquido, conforme mostrado na Figura 2: △P = γ (1/R1 + 1/R2) Figura 2: △P — Diferença de pressão entre a superfície interna e externa do líquido; γ — coeficiente de tensão superficial; R1 e R2 — raios de curvatura principais do líquido. Veja os detalhes abaixo:
Como mostrado na Figura 2, os sistemas de coexistência trifásica α, β e σ ocorrem no interior do tubo capilar. Se o equilíbrio trifásico ocorrer no tubo capilar com raio R, o ângulo de contato α será θ. No diagrama esquemático da equação de Young-Laplace, se θ < 90°, então △P < 0, a superfície do líquido no tubo capilar é côncava e a força aplicada ao líquido abaixo o puxa para dentro do tubo capilar, molhando o sólido; se θ > 90°, então △P > 0, a superfície do líquido no tubo capilar é convexa. Essencialmente, para que o efeito capilar não ocorra, é necessário que o ângulo de contato seja < 90°, o que pode ser alcançado reduzindo a superfície interna do capilar para alterar sua tensão superficial.
Terceiro, mecanismo de impermeabilização do revestimento de couro
A superfície do couro é a primeira a ser exposta à água. Além de modificar a superfície do couro para evitar a umidade, também é possível substituir a superfície do couro adicionando uma camada de revestimento resistente à água, tornando-a a primeira linha de defesa contra a impermeabilização. A essência da aplicação desse revestimento reside na umidade do couro, na adesão do revestimento e na penetração na polpa. A camada de base é fundamental para todo o revestimento, e a aderência é crucial para o seu sucesso. Portanto, a aderência do revestimento é essencial. O impacto na aderência do revestimento pode ser discutido sob as perspectivas física e química. Superfícies lisas são menos favoráveis à adesão do revestimento do que superfícies desgastadas. Isso ocorre porque a presença de rugas, pequenas saliências e irregularidades na superfície desgastada facilita a aderência. O uso de agentes de reticulação química pode melhorar a impermeabilização e a aderência do revestimento. A penetração da pasta de base também é um fator crucial. O couro em si é uma substância porosa com estrutura fibrosa. De acordo com a lei da molhabilidade e adesão, a taxa de penetração da polpa no couro está relacionada a diversos fatores.
A fórmula de SandMeyer descreve a relação entre a taxa de velocidade de penetração e a tensão superficial, a viscosidade e o ângulo de contato.
Fórmula 4: Velocidade de infiltração = grau de porosidade × tensão superficial × cosθ viscosidade
A partir da Equação 4, podemos ver:
(1) O valor funcional (COSθ) do ângulo de molhamento (COSθ) é proporcional à velocidade de penetração da polpa, indicando que o molhamento desempenha um papel fundamental na penetração da polpa de fundo.
(2) O aumento da porosidade, o aumento da tensão superficial, o aumento do valor do cosseno (COSθ) do ângulo de contato e a redução da viscosidade do líquido contribuem para o aumento da velocidade de molhamento do líquido. Ao mesmo tempo, a penetração na base do leito também deve ser considerada, assim como a profundidade de penetração. Os fatores que afetam a profundidade de penetração são basicamente os mesmos que afetam a velocidade de infiltração, mas o aumento da profundidade de penetração da polpa resulta da redução da viscosidade, da redução do ângulo de molhamento e do aumento da tensão superficial da polpa. É contraditório reduzir o ângulo de molhamento e aumentar a tensão superficial. Portanto, a tensão superficial deve ser ajustada adequadamente para que a polpa penetre mais profundamente. Embora a velocidade de penetração seja proporcional à tensão superficial, quanto maior a tensão superficial, maior a velocidade de penetração.
Além dos fatores mencionados acima, a penetração na parte inferior da superfície do couro também está relacionada à sua concentração, ao estado do couro (teor de umidade, grau de porosidade, polaridade da carga, etc.) e aos métodos de revestimento.
Data de publicação: 30 de maio de 2024