自古以来，皮革制品就受到人们的广泛需求。皮革的应用可以追溯到旧石器时代，当时我们的祖先就能够使用动物皮革来缝制皮衣。随着科技的不断革新，人们对皮革制品的要求也不断提高，从简单的“生皮”到“熟皮”，再到追求生产防水、防油、阻燃等多功能皮革。与此同时，具有特殊优异性能的人造皮革的出现，对天然皮革提出了挑战。
防水是现代皮革不可或缺的特性。应用最广泛的服装革和鞋面革对防水性能的要求防水皮革制品的日益普及，人们的购买条件中也加入了“防水”这一选项。防水革命的广泛应用，使得防水似乎成为了皮革本身的特性之一。如今，许多防水工艺技术也得到了发展。本系列文章从皮革防水概念、防水机理、防水工艺技术三个方面系统地总结了皮革防水研究的相关内容。本文主要对防水的概念和机理进行阐述。
1.皮革防水的基本概念
皮革防水的关键在于防止水通过皮革面侵入皮革的另一面。由于皮革本身具有亲水性，天然皮革一般经过鞣制，无法阻止这一过程。皮革的亲水性是由胶原纤维在三维空间编织而成，纤维间存在着无数半径不同的毛细管。鞣制后，化学材料的加入引入了更多的极性基团，如羟基、羧基、氨基等，由于相似相溶原理，这些极性基团可以与水形成结合。
皮革与水接触后，大量极性基团的存在使皮革具有亲水性，使水分湿润成革。同时，皮革内部细管的存在使水分能够被皮革吸收进入皮革内部。而防水就是阻断上述过程的发生，因此防水可以概括为以下三种：
（1）不保湿：防止上皮纤维蛋白在水面上湿润的特性，是水的参考。
（2）不吸水：防止皮革吸收水分并向内渗透的性能，即水分解性能。
（3）精密防水：防止水从皮革一面进入到另一面的性能，即Water Proof。
以上是防水性能的三个方面，防水性能应该包含这三个方面，指的是皮革抵抗吸水、透水和被水润湿的能力。但现有的防水皮革的防水性能往往不能同时具备这三项，比如有的防水皮革虽然表面可以润湿，但却能阻止水渗透到皮革内部；有的防水皮革虽然表面不能润湿，但其动态防水性却较差。这种现象的存在使人们对防水皮革的认识更加混乱。要制备出高端的防水皮革，首先要使其兼具静态防水和动态防水，在此基础上，既不降低天然皮革的优良性能，特别是皮革的卫生性能，甚至还能使皮革更具功能性。
二、真皮皮革防水机理
从外观上看，可以分为涂层和皮革两层。对于程魔，我们习惯称之为利维联盟。前面的描述是，防水是指皮革抵抗吸水、透水和被水润湿的能力。防水的第一步是防止皮革表面被水润湿，这涉及到固体表面的水分问题。润湿是液体与固体之间的相互作用，涉及到气、液、固三相的接触。三相接触面都有表面张力。是否发生润湿现象可以通过表面张力来判断：当液体的表面张力低于固体的表面张力时，液体可以在固体表面延展平铺，从而润湿固体。在表面张力作用下，液体会以水滴的形式在固体表面收缩，而不会铺展润湿，也就是说，表面张力高的物质无法润湿张力低的物质。因此，为了防止皮革被水浸湿，皮革的表面张力必须低于水的表面张力。
固体湿润的程度通常用接触角来表示，英国科学家托马斯·杨在提出著名的杨氏方程时就解释了这个问题：当液体附着在固体表面时，其对固体表面的润湿程度可以用接触角θ（或润湿角）来表示：cosθ=vs-g-vl-g vs-l
式中：θ — 气液固三相交界处夹角；气液界面张力与气固界面夹角；液-气界面表面张力；液-固-液界面表面张力。具体如下：
图1给出了接触角与表面张力关系的示意图。A为液体润湿固体的情况，B为未润湿的情况。通过测定接触角的大小，可以判断固体表面的润湿性，一般取90°。如图1 A所示，为亲水性固体与液体的相互作用。其接触角θ<90°，液体置于固体表面，表明液体易润湿固体；固体表面有收缩趋势，形成球形液滴。接触角θ>90°，表明液体不易润湿固体，即疏水性固体表面与液体的相互作用。接触角越小，润湿性越好；θ=0°时，表明固体表面完全润湿，θ=180°则完全不润湿。因此，要使皮革表面不湿不吸水，直观上要求接触角θ>90°，而这可以通过降低皮革表面的表面张力来实现。除了改变接触角来防止皮革表面湿润外，还要注意，皮革本身是由胶原纤维构成的，即存在无数个半径不同的容量，极易发生毛细现象，这会进一步增加皮革的吸水率。因此，要使皮革防水，还要考虑提高皮革纤维的疏水性能。
毛细现象是由于分子粘附层的粘附力和凝聚力使液体表面产生弯曲，同时由于表面张力的存在，在弯曲的液面上产生附加压力，使液体弯曲液面与水平液面下方的液体产生压差。这个压差使毛细管内的液体上升或下降，抵消了附加压力，从而平衡了压差，毛细管内的液体上升或下降，可以通过杨-拉普拉斯方程来判断。杨-拉普拉斯方程描述了弯曲液体的附加压力与液体的表面张力和曲率半径之间的关系，如式2所示。△P=γ(1R1+1R2)式2中：△P——液体表面内外压差；γ——表面张力系数；R1和R2——液体主曲率半径。详见下文：
如图2所示为毛细管容量内α、β、σ三相共存体系。若半径为R的毛细管内达到三相平衡，则α的接触角为θ。在杨-拉普拉斯方程示意图中，若θ<90°，则△P<0，毛细管内液面呈凹形，施加于下方液体的力是拉着液体进入毛细管，润湿固体；若θ>90°，则△P>0，毛细管液面呈凸形。本质上因此，要使毛细效应不发生，本质上是要使接触角<90°，但可以通过减小毛细管内表面的黏度来改变其表面张力来实现。
三、皮革涂层防水机理
皮革表面是最先接触水的，除了改变皮革表面结构防止水份受潮外，还可以通过在皮革表面添加一层防水涂层来替代皮革表面，使其成为皮革防水的第一道防线。添加这层涂层的关键在于皮革的湿润度、涂层的附着力以及底浆的渗透性。底浆是整个涂层的基础，而底浆的黏着性对底浆至关重要，因此涂层的黏着性至关重要。底浆对涂层的影响可以从物理和化学两个方面来探讨。光滑的表面比耐磨表面更不利于涂层的附着，原因是耐磨表面有许多皱纹、小突起和不规则结构，更利于黏着。使用化学交联剂可以提高涂层的防水性和黏着性。底浆的渗透性也是一个关键的影响因素。皮革本身是一种具有纤维结构的多孔物质。根据润湿和粘合剂的规律，浆料在革体内的渗透速度与多种因素有关。
SandMeyer公式描述了渗透速率与表面张力、粘度和接触角之间的关系。
公式4：渗透速度=孔隙度×表面张力×cosθ粘度
从公式4我们可以看出：
（1）润湿角（COSθ）的函数值（COSθ）与矿浆的渗透速度成正比，说明润湿对底浆的渗透起着关键作用。
（2）增大孔隙、增大表面张力、增大接触角的弦值（COSθ）、降低液体的粘度都有利于提高液体的润湿速度，同时，提高矿浆的渗透深度还应考虑渗透深度。影响渗透深度的因素与影响渗透速度的因素基本相同，但提高矿浆的渗透深度是降低粘度、减小润湿角、提高矿浆的表面张力，降低润湿角与提高表面张力是相互矛盾的，因此应适当调节表面张力，使矿浆渗透更深。虽然渗透速度与表面张力成正比，但表面张力越大，渗透速度越快，表面张力也越大。
除了上述因素外，皮革表面底层的渗透性还与其浓度、皮革的状态（含水量、毛孔程度、电荷极性等）以及涂布方法有关。
发布时间：2024年5月30日