皮革作为一种性能优良的材料,早已被广泛应用于生产生活的各个领域。因为其本身具有卓越的透气、绝热、耐陈化、耐汗、耐磨及防穿刺等综合性能,因此皮革十分适用于森林防火装备的制造、高层建筑的内装潢以及飞机、汽车内装饰和办公家具的制造。近年来,国内外火灾发生越来越频繁,火灾造成的人员和财产损失也越来越严重。而随着生产生活水平的提高,人们对全防火也越来越重视。为了避免火灾的发生,降低火灾的可能损失,各种阻燃材料得到了广泛的应用。 现在,我国阻燃材料质量标准体系已经建立起来并在不断完善,在阻燃材料通用标准方面已经制定了铁路客车、民用飞机机舱及 坐椅垫、汽车内饰材料等的阻燃标准。在以上提到的某些特殊领域使用的皮革,在达到一般皮革所具有的手感、物理机械性能及挥发雾化指标的同时,还需要适当的阻燃处理,才能符合客户安全防火的要求及政府有关法规标准。
皮革由于其优越的综合性能,早就得到了广泛的应用:各种皮衣、皮鞋、皮件、真皮沙发、皮革装饰材料……在人们的生活中处处可以看到皮革制品的身影。具有防火阻燃性能的功能性皮革也早就在一些高温或有火灾隐患的地方得以应用。由于具有防火、防风、防潮、保暖、阻燃隔热、耐磨、防穿刺、拿持灵活、使用周期长等特点,阻燃皮革已经用做制作野外工作和生存的各种装备,如手套,防火鞋、靴等。在森林灭火和军队野外作战中发挥了十分重要的作用。除此以外,为了减少火灾发生的几率和降低火灾的生命财产损失,在高层建筑、大型交通工具,如火车、飞机等的内装饰中阻燃皮革也有广泛的应用。如果皮革的阻燃性能和其它物理性能有进一步的提高,将阻燃皮革应用于工业和航空航天工业的特种防护服也有很好的前景。随着人们对消防安全要求的提高和人们家居、汽车、出游要求的高档化,阻燃皮革的需求量必然大大增加,其市场潜力很大。阻燃皮革需求的增加必然带动皮革阻燃材料的开发和生产的发展。目前,我国皮革阻燃剂的开发、生产的能力,阻燃剂的品种和质量与国外产品和国内市场的需求有较大的差距,存在巨大的商机。
皮革是一种经过一系列加工处理得到的天然高分子材料,在它的加工过程中,经历了浸灰、浸酸、软化、鞣制、复鞣、加脂、涂饰等加工过程,有许多不同种类及质量的材料如鞣剂、复鞣剂、加脂剂和涂饰剂等加入到革中或在革的表面。这些操作或材料都对皮革的阻燃性能产生了重大而复杂的影响。因此,要对皮革实现阻燃,制造柔软丰满、机械性能好、阻燃性好的皮革难度很大。主要原因在于一般阻燃材料用到皮革工艺中会使皮革手感变硬,失去柔软丰满的特性。以目前情况看,国内对皮革阻燃技术的研究还很少,加强对皮革阻燃进行研究是十分必要的。深入研究皮革的燃烧过程、燃烧性能和阻燃机理,选择或合成皮革适用的阻燃剂,设计并优化一整套的阻燃皮革制造工艺是我国皮革工作者面临的一项新的挑战。
许多学者开展了对于皮革的燃烧性能的研究。由于制革工艺的复杂多变性,不同种类的革在制造过程中采用工艺不同,使用的化料也不一样,得到的成革其纤维编织情况及所含各种化工材料的量千差万别,这使得对皮革的燃烧性能作一个总体的客观评价十分不易。从现有的研究看,我们只能说与大部分未加阻燃处理的高分子材料相比,皮革更不易燃烧。如MiltonBailey等人对鞋面材料阻燃性的研究表明,在空气中其测试的革样有焰燃烧的时间为0～1.2秒,阴燃时间为0～3.5秒,试样燃烧长度仅为0～0.254cm。除此以外,他们对鞋面革的传热性能及皮鞋在火场的模拟实验均表明了革相对优异的阻燃性能。而国内王志成等人的研究中未使用任何阻燃剂,厚度为0.170cm的革样其氧指数达到30%,有焰燃烧的时间为6.24s,阴燃时间为77.99s,试样燃烧长度仅为4.01cm。
在国外,对皮革阻燃技术的研究和阻燃剂的开发开始得较早,早在1950年,美国皮革化学家协会就制定了ALCAmethodE50,这种方法类似于有机物的阻燃性能的垂直燃烧测试方法。用这种方法观察记录点燃试样所需的时间、有焰燃烧时间、阴燃时间,燃烧长度及失重率,用以衡量皮革的阻燃性能。为了克服垂直燃烧法存在的结束点不明显,操作条件不好统一,术语多等缺点,美国材料实验学会也制定了皮革阻燃性能的氧指数测定法ASTMD2863-77来衡量材料的阻燃性能,这两种方法被广泛应用于皮革燃烧及阻燃皮革的研究中。美国辛辛那提大学的 KadirDonmez等人就利用着两种方法对采用不同加脂剂、阻燃剂和不同阻燃剂使用方法对皮革的阻燃性能的影响进行了研究。MiltonBailey 等对比了作为某种鞋面革的阻燃情况。法国里昂皮革技术中心也曾对皮革的阻燃技术进行研究。
国内现阶段对皮革阻燃方面的研究还不多,特别是针对皮革专用的高效、无毒、无腐蚀、耐久性好,多功能的阻燃材料和工业化产品几乎还是空白。已见报道的研究工作主要集中在对某些工段(复鞣、加脂、涂饰等)、不同皮化材料及阻燃剂对皮革阻燃性能的影响方面的考察,关于合成某种皮革阻燃剂或是得到成熟的阻燃皮革工艺的报道很少,对皮革阻燃机理的研究还未见报道。四川大学李立新等研制的新型阻燃性三聚氰胺树脂鞣剂具有较好的阻燃效果,同时有良好的复鞣填充性能,是一种成功的皮革阻燃剂。烟台皮革研究所利用几种不含卤素的化合物,采用湿态渗透和干态涂饰相结合的工艺,研制开发出的阻燃革阻燃性能达到了国际最高标准,而且是一种完全无害的”绿色”皮革产品,其生产成本仅仅比一般皮革高10%。
迄今为止,世界上已经研制或生产了成千上万种阻燃剂。对于皮革来说,它与其它的合成高分子材料有着本质的区别,选择一种有效的皮革专用阻燃剂就显得很复杂。参照当今国际阻燃技术的发展趋势,结合制革生产的特殊性,优秀的皮革阻燃剂应满足以下几点:
(1)阻燃剂的热性质适应于皮革材料:阻燃剂的分解温度应略小于皮革的分解温度,以确保其阻燃效能。
(2)阻燃效率高:为了减少阻燃剂的用量,尽量保持皮革的手感和物理机械性能,所以优秀的皮革阻燃剂要求有效阻燃成分的含量要尽量高。在这一方面,还要注重多种阻燃剂的协同阻燃作用,最大限度地加强阻燃剂的阻燃效率。
(3)与皮革的吸附、结合性能好:我们希望其具有一定的耐水洗、干洗性能,最好本身具有一些活性基团,可以在皮纤维内结合而不易洗出。与皮革的相容性差的阻燃剂在皮革的制造和使用过程中易渗出,影响阻燃的耐久性和其它性能。
(4)无毒性:为了确保阻燃剂在生产,应用过程中及革制品在使用过程中的安全,阻燃剂最好是无毒无害,对眼睛皮肤无刺激,燃烧分解产物毒性小。
(5)产品成本低:关于成本,不仅要考虑阻燃剂的价格,还要综合考察其对阻燃效率和在制革总的成本中所占的比重。
现有的阻燃剂产品绝大多数是小分子无机物和有机物,主要为添加型,难溶于水,粒度大,不易渗透,与皮蛋白相容性差,结合不牢,不耐水洗,这些阻燃剂很难适应制革的湿操作过程。国外一些效果较好的阻燃剂的价格很高或者燃烧时有毒性。国内自主研究开发一系列专门针对皮革的高效、环保、耐久、多功能的阻燃剂已势在必行。
皮革阻燃技术要实现大的突破,皮革阻燃剂的研究开发和阻燃制革工艺的制定是关键。当今国际阻燃技术的发展趋势对阻燃产品的性能要求越来越高。第一,要求阻燃剂本身无毒。第二,要求有复合功能的阻燃产品,既不要损害被阻燃物的原有性能,还要具有默写特定的作用功能,如抗静电、紫外屏蔽功能及良好的耐热耐辐射功能等。第三,必须使用精确的表征各项性能的分析测试方法有效地评价产品的阻燃性,以便获得最优化的配置方法。皮革阻燃技术要在此基础上向前推进,其研究发展应重视以下几点:
(1)无卤、无锑、低烟、低毒的环保高效型阻燃剂是皮革阻燃技术研究的方向。皮革制品多是与人们密切接触的生产生活用品,对其无毒无害性的要求远远高于其它的阻燃材料。
(2)纳米技术在皮革阻燃剂上的应用。纳米复合功能型阻燃剂是今后阻燃材料发展的一种新的途
径, 可誉为阻燃技术的革命。由于纳米粒子的表面效应、量子尺寸效应等,使得此类材料的耐热性和阻燃性大为提高。这种有机/无机纳米复合协同阻燃剂产品,不仅有可能达到很多使用场合要求的阻燃等级,而且能赋予聚合物基材优异的性能,如抗静电、抗菌防霉,防紫外耐老化,分解有机毒物等。这些优点使这类材料具有广阔和诱人的发展前景。
(3)表面处理技术在皮革阻燃剂上的应用。合理的表面处理对改善某些阻燃剂,如氢氧化镁、氢氧化铝的使用性能极为重要。利用粉体技术和微胶囊技术对现有的无机或有机阻燃剂进行改性,可以有目的的改变粉体材料的表面能、表面润湿能、电性、光性、吸附性和反应性等,应用于阻燃皮革的生产,不仅增强其阻燃性能,还可能赋予革耐磨擦、耐光等性能。
(4)皮革阻燃工艺的设计及优化平衡。制革过程是复杂的,制革工艺又是多样化的,皮革的阻燃性能是多种材料与阻燃剂协同作用的结果,受到工艺条件的影响。对各主要工序及材料对皮革阻燃性影响进行考察,平衡阻燃剂在制革不同工序中的应用工艺条件仍是皮革阻燃技术研究的重点。
(5)建立完善的皮革阻燃性能表征方法和标准。必须尽快建立全面检测皮革阻燃性能的测试表征及评价方法,并制定阻燃皮革及其制品的质量标准体系(国家标准或行业标准)。只有很好地评价皮革的阻燃性能,才能更好地为皮革阻燃材料的开发和阻燃工艺的优化提供依据。
在国内,将阻燃技术应用于皮革工业是一个综合技术创新过程,它集皮革阻燃机理的探讨、阻燃材料的开发,清洁化阻燃制革工艺的制定、优化和推广为一体。这是一个曲折的过程,但其广阔的发展前景是不容质疑的。皮革阻燃技术的发展将赋予皮革更强的阻燃性能,拓展皮革的应用范围,促进皮革工业向一个新的功能化方向的发展。
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