廖学品教授团队：中空微球复鞣剂的合成与复鞣性能研究，用于轻量化制革

点击数：2092025-07-09 10:19:05　来源: collagen and leather

  消费者对舒适穿着日益增长的需求以及聚氨酯超细纤维等合成材料的广泛应用，对复鞣剂兼顾填充性能和轻质性提出了挑战。传统合成树脂类复鞣剂填充体积有限，需要较大用量才能起到良好的填充与增厚作用，使成革增重明显。因此，研发一种低用量条件下具有良好填充性能的轻质复鞣剂对轻量化制革具有重要意义。

图文摘要

  基于上述背景，四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室廖学品教授团队以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯等单体为原料，通过种子乳液聚合与碱溶胀法制备了四种尺寸分别为306.52、425.82、542.15 和 652.00 nm的中空微球（HPM300, HPM400, HPM500和HPM600），对其结构形态进行研究，发现HPM均具有完整球形与明显的中空结构（图1和图2）。

图1 HPMs的扫描电镜图像：HPM300 (a)，HPM400(b)，HPM500(c) 和HPM600(d)；HPMs的粒径分布：HPM300(a')，HPM400(b')，HPM500(c')和HPM600（d')

图2 不同尺寸HPM的透射电镜图像：HPM300 (a)，HPM400(b)，HPM500(c) 和HPM600(d)

  碱溶胀过程中内部含有羧基的共聚物由核心向壳层迁移，使HPM表面携带羧基，因此研究了不同尺寸的HPM的表面化学性质（图3）。测试结果表明HPM的表面带电量随尺寸减小而增大，表面羧基含量最高达到0.459 mmol/g。这是由于碱更容易渗透小尺寸HPM的壳层，使其内部含羧基共聚物向壳层的扩散程度更高。以HPM300为例进一步测试了HPM的乳液稳定性，发现pH＜3时HPM会发生分层，pH=7时HPM在常温条件下能够稳定储存超过30天。

图3 (a) 不同pH下HPMs的zeta电位；(b) HPMs的表面羧基含量；(c) HPM300在不同pH下放置1小时的乳液稳定性；(d) HPM300 

  在pH为7.0时放置30天的乳液稳定性将不同尺寸的HPM应用于蓝湿革的复鞣，并与商业丙烯酸树脂复鞣剂（AR）对比，以评价其应用性能。适宜的粒径使HPM的吸收率良好，能够轻松渗透进革内并沉积在纤维编织疏松的孔隙，起松散胶原纤维和填充作用（图4）。此外，HPM的吸收率随尺寸减小而增加，这是因为小尺寸的HPM更易渗透进胶原纤维的孔隙。

图4 不同复鞣坯革切面的扫描电镜图像：HPM300(a)，HPM400(b)，HPM500(c)，HPM600(d)，AR(e)和空白对照(f)

  在相对更低用量的条件下，HPM复鞣坯革表现出优于AR复鞣坯革的丰满度，在物理机械性能上也具有一定优势（图5和图6）。这一方面是由于HPM密度低、填充体积较大的特点；另一方面，HPM的聚苯乙烯外壳与一定数量的表面羧基使其通过疏水相互作用与静电相互作用与胶原纤维结合，使坯革的强度提升。该研究说明中空微球复鞣剂具有良好的应用前景，为开发兼具轻质性与良好填充性能的复鞣剂提供了新的可能性。

图5 不同复鞣剂的吸收率 (a) 以及不同复鞣坯革的增厚率 (b)、压缩性能 (c) 和回弹性能 (d)

图6 不同复鞣坯革的柔软度 (a)、断裂伸长率 (b)、撕裂强度 (c)和抗张强度(d)

  硕士生 孙楠为该论文的第一作者，廖学品 教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金（22278279）的资助。