Изделия из кожи пользовались огромным спросом с древних времен. Применение кожи восходит к палеолиту. В те времена наши предки умели использовать животную кожу для пошива одежды. С непрерывным развитием технологий требования к изделиям из кожи также постоянно совершенствовались. От простой «сырой кожи» до «обработанной кожи», а затем и до производства многофункциональной кожи с превосходными характеристиками, такими как водонепроницаемость, маслостойкость и огнестойкость. Одновременно с этим, появление искусственной кожи с особыми характеристиками бросило вызов натуральной коже.
Водонепроницаемость — незаменимое свойство современной кожи. Наиболее распространенные виды кожи для одежды и верха одежды требуют...гидроизоляцияС каждым днем растет спрос. Для многих кожаных изделий в условиях покупки также добавился фактор «водонепроницаемости». Широкое применение водоотталкивающих технологий сделало водонепроницаемость одной из характеристик самой кожи. Сегодня разработано множество технологий водоотталкивающей обработки. В данной серии статей систематически обобщены соответствующие исследования водоотталкивающих свойств кожи с трех точек зрения: концепция водоотталкивания кожи, механизм водоотталкивания и технология водоотталкивающей обработки. В этой статье в основном объясняется концепция и механизм водоотталкивания.
1. Основная концепция водонепроницаемости кожи.
Ключ к водонепроницаемости кожи заключается в предотвращении проникновения воды с обратной стороны. Поскольку сама кожа является гидрофильной, натуральная кожа, как правило, подвергается дублению, и этот процесс не может быть предотвращен. Гидрофильность кожи обеспечивается коллагеновыми волокнами, сплетенными в трехмерном пространстве, и между волокнами находится бесчисленное множество капиллярных трубок с различным радиусом. После дубления добавление химических веществ вводит больше полярных групп, таких как гидроксильные, карбоксильные и аминогруппы. Благодаря принципу сходства, эти полярные группы могут образовывать связи с водой.
После контакта кожи с водой наличие большого количества полярных групп делает ее гидрофильной и увлажняет. В то же время наличие тонких трубочек в коже позволяет ей впитывать воду. Водоотталкивающие свойства предотвращают этот процесс, поэтому водоотталкивающие свойства можно разделить на три категории:
(1) Отсутствие увлажнения: Предотвращает появление свойств поверхности эпителиального фибрина, влажной на поверхности воды, что является эталоном для воды.
(2) Отсутствие впитывания воды: способность предотвращать впитывание воды кожей и ее проникновение внутрь, то есть водоотталкивающие свойства.
(3) Точное водоотталкивание: способность предотвращать проникновение воды с кожаной стороны на другую сторону, то есть водонепроницаемость.
Выше перечислены три аспекта водонепроницаемости. Водонепроницаемость должна включать в себя эти три аспекта, то есть способность кожи противостоять впитыванию воды, водопроницаемости и смачиванию водой. Однако существующие водонепроницаемые материалы часто не обладают обоими этими свойствами. Например, некоторые виды водонепроницаемой кожи, хотя и могут быть мокрыми на поверхности, не способны предотвратить проникновение воды внутрь. Другие виды водонепроницаемой кожи, хотя и не могут быть мокрыми на поверхности, обладают низкой динамической водонепроницаемостью. Наличие этого явления делает понимание водонепроницаемой кожи более хаотичным. Для создания высококачественной водонепроницаемой кожи необходимо сначала обеспечить как статическую, так и динамическую водонепроницаемость. Это позволит сохранить превосходные характеристики натуральной кожи, особенно её гигиенические свойства, и даже повысить её функциональность.
Во-вторых, кожаный водонепроницаемый механизм
С точки зрения внешнего вида, водонепроницаемость можно разделить на два слоя: покрытие и кожа. Ченг Демон, как мы привыкли называть, — это Лига Леви. Ранее говорилось, что водонепроницаемость — это способность кожи сопротивляться поглощению воды, водопроницаемости и смачиванию водой. Первый этап водонепроницаемости — предотвращение намокания поверхности кожи, что включает в себя проблему влаги на твердой поверхности. Взаимодействие между жидкостью и твердым веществом — это взаимодействие жидкости и твердого вещества, включающее контакт Ци, жидкости и твердого вещества. Поверхностное натяжение трехфазной контактной поверхности имеет определенное значение. О том, происходит ли явление смачивания, можно судить по поверхностному натяжению: когда поверхностное натяжение жидкости ниже поверхностного натяжения твердого вещества, жидкость может растекаться по поверхности твердого вещества, смачивая его. При этом поверхностное натяжение приводит к тому, что жидкость сжимается на поверхности твердого вещества в виде капель воды, не растекаясь и не смачивая его, то есть вещества с высоким поверхностным натяжением не могут смачивать материал с низким натяжением. Следовательно, чтобы предотвратить намокание кожи, поверхностное натяжение кожи должно быть ниже поверхностного натяжения воды.
Степень увлажненности твердого тела обычно выражается углом смачивания. Британский ученый Томас Янг объяснил эту проблему, предложив знаменитое уравнение Юнга: Когда жидкость прилипает к поверхности твердого тела, степень увлажнения твердой поверхности может быть представлена углом смачивания θ (или углом увлажнения): cosθ = vs -g-vl-g vs-l
В формуле 1: θ — угол между границей раздела трех фаз: ци-жидкость-твердое тело; угол между поверхностью раздела фаз ци-жидкость и газ-твердое тело; поверхностное натяжение между жидкостью и ци; поверхностное натяжение между жидкостью, ци и твердой фазой. Подробности см. ниже:
На рисунке 1 показана диаграмма зависимости краевого угла смачивания от поверхностного натяжения. А — состояние смачивания жидкостью и твердым телом, а В — случай, когда поверхность не смачивается. Определив величину краевого угла смачивания, можно определить степень смачивания твердой поверхности, которая обычно составляет 90°. Как показано на рисунке 1 А, происходит взаимодействие между гидрофильными твердыми телами и жидкостями. При краевом угле θ < 90° жидкость находится на твердой поверхности, что указывает на легкое смачивание жидкости и твердого тела; наблюдается тенденция к сжатию твердой поверхности с образованием сферических капель жидкости. Краевой угол θ > 90° указывает на то, что жидкость плохо смачивает твердое тело, то есть происходит взаимодействие между гидрофобной твердой поверхностью и жидкостью. Чем меньше краевой угол смачивания, тем лучше смачиваемость; когда θ = 0°, это означает полное смачивание твердой поверхности, а при θ = 180° — полное отсутствие смачивания. Следовательно, для того чтобы кожаная поверхность не намокала и отталкивала воду, необходимо интуитивно добиться угла контакта θ > 90°, чего можно достичь, снизив поверхностное натяжение кожи. Помимо изменения угла контакта для предотвращения намокания кожи, следует также отметить, что сама кожа состоит из коллагеновых волокон, то есть имеет бесчисленное множество волокон различного радиуса. Капиллярное явление происходит чрезвычайно легко, что дополнительно увеличивает скорость поглощения воды кожей. Поэтому для обеспечения водонепроницаемости кожи необходимо также учитывать улучшение гидрофобных свойств волокон.
Капиллярное явление возникает из-за того, что сила адгезии и конденсации молекулярного адгезионного слоя вызывает изгиб поверхности жидкости. Одновременно с этим, наличие поверхностного натяжения создает дополнительное давление на изогнутую поверхность жидкости, что приводит к разности давлений между изогнутой поверхностью и жидкостью под ней. Эта разность давлений повышает или понижает уровень жидкости в капиллярной трубке, компенсируя дополнительное давление и тем самым уравновешивая разность давлений. Уровень жидкости в капиллярной трубке повышается или понижается. Это можно определить по уравнению Юнга-Лапласа. Уравнение Юнга-Лапласа описывает взаимосвязь между дополнительным давлением изогнутой жидкости и поверхностным натяжением и радиусом кривизны жидкости, как показано в примере 2: △P = γ (1 R1 + 1 R2) Пример 2: △P — разность давлений между внутренней и внешней сторонами поверхности жидкости; γ — коэффициент поверхностного натяжения; R1 и R2 — основной радиус кривизны жидкости. Подробнее см. ниже:
Как показано на рисунке 2, в капиллярной трубке сосуществуют три фазы: α, β и σ. Если в капиллярной трубке радиусом R достигается трехфазное равновесие, то угол смачивания α равен θ. На схематическом изображении уравнения Юнга-Лапласа, если θ < 90°, то △P < 0, поверхность жидкости в капиллярной трубке вогнутая, и сила, приложенная к жидкости снизу, притягивает жидкость внутрь капиллярной трубки и смачивает твердое тело; если θ > 90°, то △P > 0, поверхность жидкости в капиллярной трубке выпуклая. Следовательно, для того чтобы капиллярный эффект не возникал, необходимо сделать угол смачивания < 90°, но этого можно достичь путем уменьшения площади внутренней поверхности капилляра и изменения ее поверхностного натяжения.
Третий механизм водонепроницаемости кожаного покрытия
Поверхность кожи первой подвергается воздействию воды. Помимо изменения поверхности кожи для защиты от влаги, можно также заменить её слоем водоотталкивающего покрытия, сделав его первой линией защиты от влаги. Ключ к нанесению этого покрытия заключается во влажности кожи, адгезии покрытия и проникновении целлюлозы. Нижний слой покрытия является основой всего покрытия, и его липкость имеет решающее значение, поэтому адгезия покрытия крайне важна. Влияние на покрытие можно рассматривать как с физической, так и с химической точки зрения. Гладкая поверхность менее благоприятна для адгезии покрытия, чем изношенная. Причина в том, что на изношенной поверхности много складок, мелких выступов и неровностей, что способствует прилипанию. Использование химических сшивающих агентов может улучшить водонепроницаемость и адгезию покрытия. Проникновение целлюлозы также является ключевым фактором. Сама кожа представляет собой пористое вещество с волокнистой структурой. Согласно закону смачивания и адгезии, скорость проникновения целлюлозы в кожу зависит от многих факторов.
Формула Сэндмейера описывает взаимосвязь между скоростью проникновения и поверхностным натяжением, вязкостью и углом смачивания.
Формула 4: Скорость инфильтрации = степень пористости × поверхностное натяжение × cosθ вязкость
Из уравнения 4 видно:
(1) Функциональное значение (COSθ) угла смачивания (COSθ) пропорционально скорости проникновения пульпы, что указывает на то, что смачивание играет ключевую роль в проникновении нижней пульпы.
(2) Увеличение пористости, увеличение поверхностного натяжения, увеличение значения коэффициента смачивания (COSθ) и снижение вязкости жидкости способствуют увеличению скорости смачивания жидкости. В то же время следует учитывать глубину проникновения. Факторы, влияющие на глубину проникновения, в основном те же, что и факторы, влияющие на скорость инфильтрации, но увеличение глубины проникновения пульпы обусловлено снижением вязкости, уменьшением угла смачивания и увеличением поверхностного натяжения пульпы. Уменьшение угла смачивания и повышение поверхностного натяжения противоречат друг другу. Поэтому поверхностное натяжение следует соответствующим образом регулировать, чтобы обеспечить более глубокое проникновение пульпы. Хотя скорость проникновения пропорциональна поверхностному натяжению, чем больше поверхностное натяжение, тем больше скорость проникновения и тем выше поверхностное натяжение.
Помимо упомянутых выше факторов, проникновение влаги в нижний слой поверхности кожи также зависит от его концентрации, состояния кожи (содержание влаги, степень пористости, полярность заряда и т. д.) и методов нанесения покрытия.
Дата публикации: 30 мая 2024 г.