運(yùn)動(dòng)鞋黃變特性與單向?qū)窆δ懿牧涎芯?/h1>
2016-03-13 15:25王曉佩王玲玲焦啟旸葛志鵬
合成材料老化與應(yīng)用 2016年5期
王曉佩，王玲玲，焦啟旸，葛志鵬
(中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東青島 266580)
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運(yùn)動(dòng)鞋黃變特性與單向?qū)窆δ懿牧涎芯?/p>
王曉佩，王玲玲，焦啟旸，葛志鵬
(中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東青島 266580)
針對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋隨時(shí)間逐漸發(fā)生黃變問(wèn)題，采取歸納與理論分析的方法，從黃變機(jī)理和影響因素角度，考慮鞋子本身材料以及洗滌劑和水的影響分析了運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)?，并闡述了避免黃變的途徑，提出了針對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋黃變的新型膜貼。研究結(jié)果表明，紫外線(xiàn)和氧氣等對(duì)材料以及洗滌劑都有不同程度的影響。
運(yùn)動(dòng)鞋黃變，氧化作用，熒光劑，洗滌劑，單向?qū)?/p>
淺色運(yùn)動(dòng)鞋黃變是困擾消費(fèi)者已久的問(wèn)題，目前解決方案僅限于洗完鞋后利用紙巾包裹使其避免黃變，但是其使用較為不便，且不能完全保證運(yùn)動(dòng)鞋不發(fā)生黃變。鑒于此，有必要研究一種新的便捷方法防止運(yùn)動(dòng)鞋黃變，改善消費(fèi)者體驗(yàn)效果。鑒于此，筆者設(shè)計(jì)了一種膜貼，既能防止運(yùn)動(dòng)鞋的黃變，也能減少紙巾的浪費(fèi)。此外，通過(guò)探索運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)?，總結(jié)出防止其黃變的途徑，選擇合適的材料實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的防黃變膜貼的設(shè)計(jì)方案。
1 運(yùn)動(dòng)鞋黃變機(jī)理分析
從鞋子本身的材料與洗滌劑等兩個(gè)角度，開(kāi)展運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)蛱剿?，歸納總結(jié)了主要導(dǎo)致黃變的一些因素。鞋面與鞋底的材料截然不同，然而都存在著黃變現(xiàn)象，通過(guò)分析各自的黃變?cè)?，尋找其共同點(diǎn)更有利于尋找解決途徑。
1.1運(yùn)動(dòng)鞋材料因素
目前市場(chǎng)上鞋面材料多為以下幾類(lèi)：PVC、PU、牛巴、超細(xì)纖維、天然皮、網(wǎng)布，而黃變多數(shù)并不是材料本身發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，而是其中的添加劑如熒光劑產(chǎn)生的效果。其中導(dǎo)致鞋面黃變的原因包括兩個(gè)方面：
①熒光劑失效。市面上出售的運(yùn)動(dòng)鞋為了增加其色澤度，多數(shù)添加了熒光增白劑，熒光劑作用原理是吸收紫外線(xiàn)產(chǎn)生藍(lán)紫光，從而與面料的黃光混合變成白光，而洗滌后的運(yùn)動(dòng)鞋在陽(yáng)光的暴曬下會(huì)使熒光劑的濃度發(fā)生變化，因此鞋面部分區(qū)域呈現(xiàn)黃色[1]。
②面料的氧化作用。鞋面材料大多都屬于高分子材料，易發(fā)生光降解，這也是導(dǎo)致鞋子晾曬后泛黃的原因之一。光降解常用在高分子材料老化研究中。光降解是指高分子材料由于受到光照而發(fā)生包括材料物理機(jī)械性能變壞、分子鏈斷裂以及化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的過(guò)程或現(xiàn)象。高分子材料及其制品在使用環(huán)境下，因受到如光、熱、氧、水、微生物等各種環(huán)境因素的作用而發(fā)生老化降解。通常認(rèn)為，戶(hù)外大氣環(huán)境下光是引起老化降解的主要因素，而且主導(dǎo)高分子材料最初光化學(xué)過(guò)程的是太陽(yáng)光譜中的近紫外光波段。太陽(yáng)光通過(guò)大氣層到達(dá)地球表面的紫外光的波長(zhǎng)一般是在290nm～400nm范圍內(nèi)。大約占到到達(dá)地面太陽(yáng)光譜的5%，這5% 左右的紫外光區(qū)所具有的能量在攻擊高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)發(fā)生斷鍵、斷鏈等，在光致化學(xué)降解作用上占據(jù)重要作用。因?yàn)楣饬孔永碚撝校獠ㄩL(zhǎng)越短，光量子所具有的能量越大，在290nm～400nm范圍的紫外光所具有的光能量一般高于引起高分子鏈上各種化學(xué)鍵斷裂所需要的能量，所以光降解作用相對(duì)明顯。空氣中的氧存在會(huì)使高分子光降解的過(guò)程更加復(fù)雜，氧化對(duì)光降解過(guò)程起著強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，所以這也是鞋子在陽(yáng)光下比在陰涼處晾置泛黃現(xiàn)象明顯得多的原因[2]。
構(gòu)成鞋底材料多種多樣，包括橡膠、EVA、TPR等，上述材料也具備黃變特性，因此材料原因也是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)鞋底發(fā)生黃變的一個(gè)重要因素。其包括以下方面：
①橡膠本身性質(zhì)。橡膠屬于聚合物，和高分子相似，都易發(fā)生老化現(xiàn)象，耐黃變性能較差，因此在晾曬的時(shí)候與陽(yáng)光接觸會(huì)加快其老化變黃。
②紫外線(xiàn)的影響。材料吸收光能后會(huì)使碳碳鍵或是碳?xì)滏I的裂解。二烯類(lèi)橡塑材料對(duì)光照很靈敏，易發(fā)生此現(xiàn)象，而使材料變黃。如PVC、PU等淺、白色鞋底進(jìn)行耐黃變性能測(cè)試時(shí)，可觀測(cè)到樣品表面顏色泛黃，這主要是由于光對(duì)材料的破壞作用，而導(dǎo)致材料產(chǎn)生黃變；而PU鞋底因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)中含有易發(fā)生光氧化反應(yīng)基團(tuán)，而導(dǎo)致鞋底泛黃；熱塑性彈性體SBS鞋底因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中含有聚丁二烯不飽和雙鍵，在強(qiáng)光照射的氧氛圍里，會(huì)產(chǎn)生明顯的光氧老化作用，材料很快形成氫過(guò)氧化物，因而TPR鞋底耐光照性能差，容易黃變。
③氧化作用。與鞋面材料類(lèi)似，橡膠材料在與氧接觸后加快了其老化反應(yīng)，熱也會(huì)加速材料的氧化過(guò)程。故熱氧化也是導(dǎo)致橡塑材料老化黃變的基本原因。
1.2洗滌劑與水的影響
①洗滌劑殘留的4A沸石。近年來(lái)為了避免磷污染，目前絕大部分洗滌劑尤其是洗衣粉生產(chǎn)廠(chǎng)都采用 4A 沸石做主要助劑。4 A沸石在功能性和經(jīng)濟(jì)性方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，但是4A沸石也有它的不足之處，其本身不溶水，如果粒徑過(guò)大，甚至?xí)氯匆聶C(jī)和下水管道，使衣物在洗衣機(jī)內(nèi)桶受到磨損。因此，4A沸石的質(zhì)量指標(biāo)之一是保證一定細(xì)的粒度。4A 沸石的另一不足之處是，由于水和鎂離子的直徑大，4A 型沸石難于交換、吸附鎂離子，常在洗滌配方中加入?yún)f(xié)和助劑檸檬酸鹽或聚羧酸鹽來(lái)改善沸石分子篩螯合鈣、鎂離子的能力[3]。4A沸石殘留在鞋面的表面就類(lèi)似染料顆粒在織物毛細(xì)管系統(tǒng)中的泳移動(dòng)，當(dāng)織物在浸軋?jiān)≈薪⒑?，由于水的作用使毛?xì)管溶脹。當(dāng)織物烘干后，毛細(xì)管中的水被芯吸到它的表面并蒸發(fā)。芯吸的水逼使染料顆粒移向織物表面并在此處沉積[4]。鞋子在晾干后，毛細(xì)管中的水被芯吸到它的表面并蒸發(fā)。芯吸的水逼4A顆粒移向織物表面并在此處沉積。同時(shí)鞋子的凸起部分和邊緣部分水分揮發(fā)相對(duì)較快，雜質(zhì)污漬顆粒也就在這些地方富集的多一些，濃縮了的雜質(zhì)污漬顆粒就會(huì)有泛黃的跡象。
②水中鐵離子產(chǎn)生的影響。鞋子在晾曬過(guò)程中，洗滌用水中會(huì)有鐵離子殘留，它與硫元素等物質(zhì)會(huì)形成少量的不溶物。例如FeS2，黃色立方晶體，這類(lèi)物質(zhì)不易溶于水，在鞋子晾曬過(guò)程中，不能及時(shí)隨著水蒸發(fā)。同時(shí)二價(jià)或三價(jià)鐵離子易與氧和硫的化合物結(jié)合而成氧化物、氫氧化物、碳酸鹽和亞硫酸鹽未能揮發(fā)，殘留在鞋面上也會(huì)導(dǎo)致鞋面泛黃[5]。
1.3其它影響因素
此外，易分解出游離基的物質(zhì)能使淺、白色鞋底產(chǎn)生鏈鎖降解現(xiàn)象，而含有酸、堿、水分等極性物質(zhì)的鞋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)降解反應(yīng)；某些助劑會(huì)在鞋底中產(chǎn)生遷移使鞋底泛黃，而采用有污染性的助劑也容易使材料變黃；鞋底中含有雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的催化作用，水和微量的金屬元素都能促進(jìn)光氧化過(guò)程，尤其是金屬離子能使耐侯性較好EVA淺、白色鞋底在使用和貯存過(guò)程中產(chǎn)生黃變，這也是EVA鞋底在耐黃變測(cè)試中性能較好，而在使用和貯存過(guò)程中產(chǎn)生黃變，能用HF擦拭掉的原因；鞋材成型加工工藝也會(huì)對(duì)鞋底耐黃變性能產(chǎn)生一定的影響，鞋材在加工成鞋底時(shí)會(huì)由于剪切等力的作用而使大分子斷裂形成游離基，進(jìn)而在使用和貯存過(guò)程中發(fā)生降解，而使材料泛黃，這也是導(dǎo)致穩(wěn)定性較好的EVA淺、白色鞋底發(fā)生黃變的一個(gè)主要因素；在成鞋加工工藝中淺、白色鞋底也會(huì)因?yàn)榕c膠粘劑、處理水不正當(dāng)接觸而產(chǎn)生污染或由于革料中某種物質(zhì)與鞋料中的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料泛黃。
2 單向?qū)窆δ苄讟?gòu)造理論基礎(chǔ)
2.1單向?qū)窆δ懿牧系奈锢韺W(xué)原理
洗刷后的鞋子含有大量的水及少量的洗劑雜質(zhì)。因此，在研究過(guò)程中主要以水分作為研究對(duì)象。為使得鞋子速干，水分快速蒸發(fā)，鞋套選用單向?qū)窆δ懿牧?。Harmathy等[6]提出三種關(guān)于水在單向?qū)窆δ懿牧现械倪\(yùn)動(dòng)理論，即：毛細(xì)管流動(dòng)理論、擴(kuò)散理論及蒸發(fā)冷凝理論。
①毛細(xì)管流動(dòng)理論。含有細(xì)微縫隙的物體與液體接觸時(shí)，在浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙上升或滲入，而在未浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙下降的現(xiàn)象。水分子在鞋套材料中運(yùn)輸滿(mǎn)足浸潤(rùn)條件，故水分與材料之間的附著力大于液體分子本身內(nèi)聚力，水分沿材料中的縫隙上升，縫隙越小越有利于水分的運(yùn)輸。同時(shí)，水在材料中的傳輸也取決于其化學(xué)勢(shì)能梯度，梯度越大，驅(qū)動(dòng)力越大，水分子傳輸越容易。
②擴(kuò)散理論。擴(kuò)散現(xiàn)象是在濃度差或其他推動(dòng)力的作用下，由分子、原子等的熱運(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)在空間中的遷移現(xiàn)象，是一種質(zhì)量傳遞的基本方式。以濃度差為推動(dòng)力的擴(kuò)散，即物質(zhì)組分從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移，是自然界和工程上最普遍的擴(kuò)散現(xiàn)象；以溫度差為推動(dòng)力的擴(kuò)散稱(chēng)為熱擴(kuò)散。水分子在鞋套材料中的傳輸是在濃度差和溫度差的共同作用下實(shí)現(xiàn)的。
③蒸發(fā)冷凝理論。在某些條件下與菲克第二定律相似，即在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，在距離x處，濃度隨時(shí)間的變化率等于該處的擴(kuò)散通量隨距離變化率的負(fù)值。目前，蒸發(fā)冷凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于紡織等工業(yè)領(lǐng)域。
2.2單向?qū)窆δ懿牧系姆律鷮W(xué)原理
單向?qū)窆δ懿牧细咝У乃謧鬏敼δ芤喔鶕?jù)差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)、濕潤(rùn)梯度效應(yīng)、蒸騰效應(yīng)等仿生學(xué)理論依據(jù)實(shí)現(xiàn)。差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)是利用杉樹(shù)吸水過(guò)程中，毛細(xì)管由下到上管徑逐漸變小來(lái)解決過(guò)程中芯吸高度的問(wèn)題。濕潤(rùn)梯度效應(yīng)根據(jù)自然界中甲殼蟲(chóng)后背和蜘蛛絲水分收集能力極強(qiáng)，獲知材料兩面的親水性和疏水性的差異。蒸騰效應(yīng)仿照植物的蒸騰作用，過(guò)程較復(fù)雜[7]。
差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)及當(dāng)采用純合成纖維編制雙層結(jié)構(gòu)織物時(shí)，織物里層纖維之間會(huì)形成較粗的毛細(xì)管，外層纖維之間會(huì)形成較細(xì)的毛細(xì)管，從而織物兩層界面之間產(chǎn)生附加壓力差，導(dǎo)致液態(tài)水自發(fā)地從織物里層流到外層，織物單向?qū)窨旄伞？椢锢锿鈨蓪又g產(chǎn)生的附加壓力差是形成差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)的充分條件，為織物中液態(tài)水自發(fā)地從里層流到外層提供了動(dòng)力。
濕潤(rùn)梯度效應(yīng)及通過(guò)材料兩面的親水性以及疏水性的差異，導(dǎo)致材料中水分分布的不均勻性，從而導(dǎo)致材料厚度方向上的濕潤(rùn)性差異，材料里層的疏水性區(qū)域向外層的親水性區(qū)域產(chǎn)生附加壓力差，水分在附加壓力差的作用下實(shí)現(xiàn)單向?qū)裥?yīng)。濕潤(rùn)梯度效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ艿淖钪饕姆椒?。蒸騰效應(yīng)現(xiàn)階段普遍認(rèn)為是通過(guò)滲透作用、毛細(xì)管作用以及內(nèi)聚力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3 單面導(dǎo)濕功能材料的發(fā)展與應(yīng)用
3.1單面導(dǎo)濕功能材料的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，市場(chǎng)較為普通存在的單向?qū)窆δ懿牧习兠掎樋椢?、滌綸/丙綸、聚丙烯SMS單向?qū)穹强椩觳?、純棉水刺非織造材料和單向?qū)窠z普綸纖維等。
①純棉針織物[8]。對(duì)純棉針織物進(jìn)行單向?qū)裾?。可?duì)棉織物進(jìn)行單面防水、單面親水整理處理，使得織物外層的吸濕性能大于內(nèi)層，從而達(dá)到單向?qū)裥Ч?。單面防水處理是通過(guò)印花手段在圓網(wǎng)印花機(jī)上進(jìn)行，過(guò)程中需注意整理面積的大小。親水整理僅針對(duì)織物的一面進(jìn)行，親水整理劑無(wú)法進(jìn)入已進(jìn)行過(guò)防水的另一面?？椢锝?jīng)處理后的透氣性和摩擦色牢度均不錯(cuò)。
②滌綸/丙綸單向?qū)窆δ苊媪蟍9]。將丙綸紗與滌綸進(jìn)行交織，由于丙綸的拒水效果實(shí)現(xiàn)迅速將鞋子上的水分導(dǎo)到面料表面，滌綸的快干特點(diǎn)將面料表面的水分快速揮發(fā)，促進(jìn)水分的進(jìn)一步傳導(dǎo)。該面料只能實(shí)現(xiàn)水分從丙綸面?zhèn)鲗?dǎo)到滌綸面，實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ?。該面料可避免丙綸直接日曬，延長(zhǎng)材料老化時(shí)間，增加產(chǎn)品壽命。
③聚丙烯SMS單向?qū)穹强椩觳糩10]。用親水性整理劑Hansi QS-CONC對(duì)聚丙烯SMS非織造布進(jìn)行單面親水整理，通過(guò)對(duì)親水性整理劑Hansi QS-CONC的用量及使用時(shí)的烘干條件進(jìn)行單因子試驗(yàn)獲得最佳的單面親水方案。
④純棉水刺非織造材料[11]。用含氟拒水整理劑(FG-910)對(duì)純棉水刺非織造材料進(jìn)行單面親水整理，使材料雙側(cè)具有親疏水結(jié)構(gòu)，以獲得單向?qū)窆δ?。通過(guò)控制整理液濃度、單位面積使用量、烘干溫度和時(shí)間以及焙烘溫度和時(shí)間單因子的變化進(jìn)行單因子試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果，得出最佳整理方案。
⑤單向?qū)窠z普綸纖維[12]。絲普綸纖維是一種高技術(shù)超細(xì)纖維，用其織造的織物具有較強(qiáng)的芯吸效應(yīng)和單向?qū)裢笟庑?，能迅速吸附鞋子里的水分并將水分從織物里層向外層排除。該材料不需要進(jìn)行防水整理，便具有較好的防水性，體現(xiàn)出極強(qiáng)的疏水性，有利于織物實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ堋?/p>
3.2單項(xiàng)導(dǎo)濕功能材料在鞋套市場(chǎng)的應(yīng)用
現(xiàn)在市場(chǎng)上的鞋套多以防塵、防滑、防靜電為主，利用單向?qū)窆δ鼙苊庑映霈F(xiàn)黃色污漬的鞋套的市場(chǎng)幾乎是空白，因此，單向?qū)窆δ懿牧显谛资袌?chǎng)的應(yīng)用前景較為廣闊。
4 結(jié)論
單向?qū)窆δ懿牧蠎?yīng)用毛細(xì)管流動(dòng)理論、擴(kuò)散理論及蒸發(fā)冷凝理論以及差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)、濕潤(rùn)梯度效應(yīng)、蒸騰效應(yīng)等仿生學(xué)理論依據(jù)實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ?。?dāng)今市場(chǎng)上的單向?qū)窆δ懿牧戏N類(lèi)繁多，鞋套應(yīng)用的材料應(yīng)考慮成本、使用壽命、彈性等諸多因素，諸多材料在鞋套方面的應(yīng)用還需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。
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Theoretical Research on Yellowing Feature of Sneakers and Single Track Wet Permeability Functional Materials
WANG Xiao-pei，WANG Ling-ling，JIAO Qi-yang，GE Zhi-peng
(China University of Petroleum(East China)，Qingdao 266580，Shandong，China)
In this paper，the authors discuss the problem of gradual sneaker yellowing with time going on，adopting the methods of induction and theoretical analysis. Taking the effects of the shoe’s material as well as the detergent and water into account，the authors analyze the reasons why sneaker turns yellow from an angle of yellowing mechanism and influencing factors. Besides，in this paper，the methods of avoiding sneaker yellowing shall be elaborated and a new type of membrane patchtargeting atsneaker yellowing shoes shall be put forward.The results show that the ultraviolet and oxygen exert influences on the materials and the detergent to varying degrees.
sneaker yellowing，oxidation，fluorescent agent，detergent，single track wet permeability
TS/101.8
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運(yùn)動(dòng)鞋黃變特性與單向?qū)窆δ懿牧涎芯?/p>
王曉佩，王玲玲，焦啟旸，葛志鵬
(中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東青島 266580)
針對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋隨時(shí)間逐漸發(fā)生黃變問(wèn)題，采取歸納與理論分析的方法，從黃變機(jī)理和影響因素角度，考慮鞋子本身材料以及洗滌劑和水的影響分析了運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)?，并闡述了避免黃變的途徑，提出了針對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋黃變的新型膜貼。研究結(jié)果表明，紫外線(xiàn)和氧氣等對(duì)材料以及洗滌劑都有不同程度的影響。
運(yùn)動(dòng)鞋黃變，氧化作用，熒光劑，洗滌劑，單向?qū)?/p>
淺色運(yùn)動(dòng)鞋黃變是困擾消費(fèi)者已久的問(wèn)題，目前解決方案僅限于洗完鞋后利用紙巾包裹使其避免黃變，但是其使用較為不便，且不能完全保證運(yùn)動(dòng)鞋不發(fā)生黃變。鑒于此，有必要研究一種新的便捷方法防止運(yùn)動(dòng)鞋黃變，改善消費(fèi)者體驗(yàn)效果。鑒于此，筆者設(shè)計(jì)了一種膜貼，既能防止運(yùn)動(dòng)鞋的黃變，也能減少紙巾的浪費(fèi)。此外，通過(guò)探索運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)?，總結(jié)出防止其黃變的途徑，選擇合適的材料實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的防黃變膜貼的設(shè)計(jì)方案。
1 運(yùn)動(dòng)鞋黃變機(jī)理分析
從鞋子本身的材料與洗滌劑等兩個(gè)角度，開(kāi)展運(yùn)動(dòng)鞋黃變?cè)蛱剿?，歸納總結(jié)了主要導(dǎo)致黃變的一些因素。鞋面與鞋底的材料截然不同，然而都存在著黃變現(xiàn)象，通過(guò)分析各自的黃變?cè)?，尋找其共同點(diǎn)更有利于尋找解決途徑。
1.1運(yùn)動(dòng)鞋材料因素
目前市場(chǎng)上鞋面材料多為以下幾類(lèi)：PVC、PU、牛巴、超細(xì)纖維、天然皮、網(wǎng)布，而黃變多數(shù)并不是材料本身發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，而是其中的添加劑如熒光劑產(chǎn)生的效果。其中導(dǎo)致鞋面黃變的原因包括兩個(gè)方面：
①熒光劑失效。市面上出售的運(yùn)動(dòng)鞋為了增加其色澤度，多數(shù)添加了熒光增白劑，熒光劑作用原理是吸收紫外線(xiàn)產(chǎn)生藍(lán)紫光，從而與面料的黃光混合變成白光，而洗滌后的運(yùn)動(dòng)鞋在陽(yáng)光的暴曬下會(huì)使熒光劑的濃度發(fā)生變化，因此鞋面部分區(qū)域呈現(xiàn)黃色[1]。
②面料的氧化作用。鞋面材料大多都屬于高分子材料，易發(fā)生光降解，這也是導(dǎo)致鞋子晾曬后泛黃的原因之一。光降解常用在高分子材料老化研究中。光降解是指高分子材料由于受到光照而發(fā)生包括材料物理機(jī)械性能變壞、分子鏈斷裂以及化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的過(guò)程或現(xiàn)象。高分子材料及其制品在使用環(huán)境下，因受到如光、熱、氧、水、微生物等各種環(huán)境因素的作用而發(fā)生老化降解。通常認(rèn)為，戶(hù)外大氣環(huán)境下光是引起老化降解的主要因素，而且主導(dǎo)高分子材料最初光化學(xué)過(guò)程的是太陽(yáng)光譜中的近紫外光波段。太陽(yáng)光通過(guò)大氣層到達(dá)地球表面的紫外光的波長(zhǎng)一般是在290nm～400nm范圍內(nèi)。大約占到到達(dá)地面太陽(yáng)光譜的5%，這5% 左右的紫外光區(qū)所具有的能量在攻擊高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)發(fā)生斷鍵、斷鏈等，在光致化學(xué)降解作用上占據(jù)重要作用。因?yàn)楣饬孔永碚撝校獠ㄩL(zhǎng)越短，光量子所具有的能量越大，在290nm～400nm范圍的紫外光所具有的光能量一般高于引起高分子鏈上各種化學(xué)鍵斷裂所需要的能量，所以光降解作用相對(duì)明顯。空氣中的氧存在會(huì)使高分子光降解的過(guò)程更加復(fù)雜，氧化對(duì)光降解過(guò)程起著強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，所以這也是鞋子在陽(yáng)光下比在陰涼處晾置泛黃現(xiàn)象明顯得多的原因[2]。
構(gòu)成鞋底材料多種多樣，包括橡膠、EVA、TPR等，上述材料也具備黃變特性，因此材料原因也是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)鞋底發(fā)生黃變的一個(gè)重要因素。其包括以下方面：
①橡膠本身性質(zhì)。橡膠屬于聚合物，和高分子相似，都易發(fā)生老化現(xiàn)象，耐黃變性能較差，因此在晾曬的時(shí)候與陽(yáng)光接觸會(huì)加快其老化變黃。
②紫外線(xiàn)的影響。材料吸收光能后會(huì)使碳碳鍵或是碳?xì)滏I的裂解。二烯類(lèi)橡塑材料對(duì)光照很靈敏，易發(fā)生此現(xiàn)象，而使材料變黃。如PVC、PU等淺、白色鞋底進(jìn)行耐黃變性能測(cè)試時(shí)，可觀測(cè)到樣品表面顏色泛黃，這主要是由于光對(duì)材料的破壞作用，而導(dǎo)致材料產(chǎn)生黃變；而PU鞋底因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)中含有易發(fā)生光氧化反應(yīng)基團(tuán)，而導(dǎo)致鞋底泛黃；熱塑性彈性體SBS鞋底因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中含有聚丁二烯不飽和雙鍵，在強(qiáng)光照射的氧氛圍里，會(huì)產(chǎn)生明顯的光氧老化作用，材料很快形成氫過(guò)氧化物，因而TPR鞋底耐光照性能差，容易黃變。
③氧化作用。與鞋面材料類(lèi)似，橡膠材料在與氧接觸后加快了其老化反應(yīng)，熱也會(huì)加速材料的氧化過(guò)程。故熱氧化也是導(dǎo)致橡塑材料老化黃變的基本原因。
1.2洗滌劑與水的影響
①洗滌劑殘留的4A沸石。近年來(lái)為了避免磷污染，目前絕大部分洗滌劑尤其是洗衣粉生產(chǎn)廠(chǎng)都采用 4A 沸石做主要助劑。4 A沸石在功能性和經(jīng)濟(jì)性方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，但是4A沸石也有它的不足之處，其本身不溶水，如果粒徑過(guò)大，甚至?xí)氯匆聶C(jī)和下水管道，使衣物在洗衣機(jī)內(nèi)桶受到磨損。因此，4A沸石的質(zhì)量指標(biāo)之一是保證一定細(xì)的粒度。4A 沸石的另一不足之處是，由于水和鎂離子的直徑大，4A 型沸石難于交換、吸附鎂離子，常在洗滌配方中加入?yún)f(xié)和助劑檸檬酸鹽或聚羧酸鹽來(lái)改善沸石分子篩螯合鈣、鎂離子的能力[3]。4A沸石殘留在鞋面的表面就類(lèi)似染料顆粒在織物毛細(xì)管系統(tǒng)中的泳移動(dòng)，當(dāng)織物在浸軋?jiān)≈薪⒑?，由于水的作用使毛?xì)管溶脹。當(dāng)織物烘干后，毛細(xì)管中的水被芯吸到它的表面并蒸發(fā)。芯吸的水逼使染料顆粒移向織物表面并在此處沉積[4]。鞋子在晾干后，毛細(xì)管中的水被芯吸到它的表面并蒸發(fā)。芯吸的水逼4A顆粒移向織物表面并在此處沉積。同時(shí)鞋子的凸起部分和邊緣部分水分揮發(fā)相對(duì)較快，雜質(zhì)污漬顆粒也就在這些地方富集的多一些，濃縮了的雜質(zhì)污漬顆粒就會(huì)有泛黃的跡象。
②水中鐵離子產(chǎn)生的影響。鞋子在晾曬過(guò)程中，洗滌用水中會(huì)有鐵離子殘留，它與硫元素等物質(zhì)會(huì)形成少量的不溶物。例如FeS2，黃色立方晶體，這類(lèi)物質(zhì)不易溶于水，在鞋子晾曬過(guò)程中，不能及時(shí)隨著水蒸發(fā)。同時(shí)二價(jià)或三價(jià)鐵離子易與氧和硫的化合物結(jié)合而成氧化物、氫氧化物、碳酸鹽和亞硫酸鹽未能揮發(fā)，殘留在鞋面上也會(huì)導(dǎo)致鞋面泛黃[5]。
1.3其它影響因素
此外，易分解出游離基的物質(zhì)能使淺、白色鞋底產(chǎn)生鏈鎖降解現(xiàn)象，而含有酸、堿、水分等極性物質(zhì)的鞋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)降解反應(yīng)；某些助劑會(huì)在鞋底中產(chǎn)生遷移使鞋底泛黃，而采用有污染性的助劑也容易使材料變黃；鞋底中含有雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的催化作用，水和微量的金屬元素都能促進(jìn)光氧化過(guò)程，尤其是金屬離子能使耐侯性較好EVA淺、白色鞋底在使用和貯存過(guò)程中產(chǎn)生黃變，這也是EVA鞋底在耐黃變測(cè)試中性能較好，而在使用和貯存過(guò)程中產(chǎn)生黃變，能用HF擦拭掉的原因；鞋材成型加工工藝也會(huì)對(duì)鞋底耐黃變性能產(chǎn)生一定的影響，鞋材在加工成鞋底時(shí)會(huì)由于剪切等力的作用而使大分子斷裂形成游離基，進(jìn)而在使用和貯存過(guò)程中發(fā)生降解，而使材料泛黃，這也是導(dǎo)致穩(wěn)定性較好的EVA淺、白色鞋底發(fā)生黃變的一個(gè)主要因素；在成鞋加工工藝中淺、白色鞋底也會(huì)因?yàn)榕c膠粘劑、處理水不正當(dāng)接觸而產(chǎn)生污染或由于革料中某種物質(zhì)與鞋料中的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料泛黃。
2 單向?qū)窆δ苄讟?gòu)造理論基礎(chǔ)
2.1單向?qū)窆δ懿牧系奈锢韺W(xué)原理
洗刷后的鞋子含有大量的水及少量的洗劑雜質(zhì)。因此，在研究過(guò)程中主要以水分作為研究對(duì)象。為使得鞋子速干，水分快速蒸發(fā)，鞋套選用單向?qū)窆δ懿牧?。Harmathy等[6]提出三種關(guān)于水在單向?qū)窆δ懿牧现械倪\(yùn)動(dòng)理論，即：毛細(xì)管流動(dòng)理論、擴(kuò)散理論及蒸發(fā)冷凝理論。
①毛細(xì)管流動(dòng)理論。含有細(xì)微縫隙的物體與液體接觸時(shí)，在浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙上升或滲入，而在未浸潤(rùn)情況下液體沿縫隙下降的現(xiàn)象。水分子在鞋套材料中運(yùn)輸滿(mǎn)足浸潤(rùn)條件，故水分與材料之間的附著力大于液體分子本身內(nèi)聚力，水分沿材料中的縫隙上升，縫隙越小越有利于水分的運(yùn)輸。同時(shí)，水在材料中的傳輸也取決于其化學(xué)勢(shì)能梯度，梯度越大，驅(qū)動(dòng)力越大，水分子傳輸越容易。
②擴(kuò)散理論。擴(kuò)散現(xiàn)象是在濃度差或其他推動(dòng)力的作用下，由分子、原子等的熱運(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)在空間中的遷移現(xiàn)象，是一種質(zhì)量傳遞的基本方式。以濃度差為推動(dòng)力的擴(kuò)散，即物質(zhì)組分從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移，是自然界和工程上最普遍的擴(kuò)散現(xiàn)象；以溫度差為推動(dòng)力的擴(kuò)散稱(chēng)為熱擴(kuò)散。水分子在鞋套材料中的傳輸是在濃度差和溫度差的共同作用下實(shí)現(xiàn)的。
③蒸發(fā)冷凝理論。在某些條件下與菲克第二定律相似，即在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，在距離x處，濃度隨時(shí)間的變化率等于該處的擴(kuò)散通量隨距離變化率的負(fù)值。目前，蒸發(fā)冷凝技術(shù)廣泛應(yīng)用于紡織等工業(yè)領(lǐng)域。
2.2單向?qū)窆δ懿牧系姆律鷮W(xué)原理
單向?qū)窆δ懿牧细咝У乃謧鬏敼δ芤喔鶕?jù)差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)、濕潤(rùn)梯度效應(yīng)、蒸騰效應(yīng)等仿生學(xué)理論依據(jù)實(shí)現(xiàn)。差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)是利用杉樹(shù)吸水過(guò)程中，毛細(xì)管由下到上管徑逐漸變小來(lái)解決過(guò)程中芯吸高度的問(wèn)題。濕潤(rùn)梯度效應(yīng)根據(jù)自然界中甲殼蟲(chóng)后背和蜘蛛絲水分收集能力極強(qiáng)，獲知材料兩面的親水性和疏水性的差異。蒸騰效應(yīng)仿照植物的蒸騰作用，過(guò)程較復(fù)雜[7]。
差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)及當(dāng)采用純合成纖維編制雙層結(jié)構(gòu)織物時(shí)，織物里層纖維之間會(huì)形成較粗的毛細(xì)管，外層纖維之間會(huì)形成較細(xì)的毛細(xì)管，從而織物兩層界面之間產(chǎn)生附加壓力差，導(dǎo)致液態(tài)水自發(fā)地從織物里層流到外層，織物單向?qū)窨旄伞？椢锢锿鈨蓪又g產(chǎn)生的附加壓力差是形成差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)的充分條件，為織物中液態(tài)水自發(fā)地從里層流到外層提供了動(dòng)力。
濕潤(rùn)梯度效應(yīng)及通過(guò)材料兩面的親水性以及疏水性的差異，導(dǎo)致材料中水分分布的不均勻性，從而導(dǎo)致材料厚度方向上的濕潤(rùn)性差異，材料里層的疏水性區(qū)域向外層的親水性區(qū)域產(chǎn)生附加壓力差，水分在附加壓力差的作用下實(shí)現(xiàn)單向?qū)裥?yīng)。濕潤(rùn)梯度效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ艿淖钪饕姆椒?。蒸騰效應(yīng)現(xiàn)階段普遍認(rèn)為是通過(guò)滲透作用、毛細(xì)管作用以及內(nèi)聚力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3 單面導(dǎo)濕功能材料的發(fā)展與應(yīng)用
3.1單面導(dǎo)濕功能材料的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，市場(chǎng)較為普通存在的單向?qū)窆δ懿牧习兠掎樋椢?、滌綸/丙綸、聚丙烯SMS單向?qū)穹强椩觳?、純棉水刺非織造材料和單向?qū)窠z普綸纖維等。
①純棉針織物[8]。對(duì)純棉針織物進(jìn)行單向?qū)裾?。可?duì)棉織物進(jìn)行單面防水、單面親水整理處理，使得織物外層的吸濕性能大于內(nèi)層，從而達(dá)到單向?qū)裥Ч?。單面防水處理是通過(guò)印花手段在圓網(wǎng)印花機(jī)上進(jìn)行，過(guò)程中需注意整理面積的大小。親水整理僅針對(duì)織物的一面進(jìn)行，親水整理劑無(wú)法進(jìn)入已進(jìn)行過(guò)防水的另一面?？椢锝?jīng)處理后的透氣性和摩擦色牢度均不錯(cuò)。
②滌綸/丙綸單向?qū)窆δ苊媪蟍9]。將丙綸紗與滌綸進(jìn)行交織，由于丙綸的拒水效果實(shí)現(xiàn)迅速將鞋子上的水分導(dǎo)到面料表面，滌綸的快干特點(diǎn)將面料表面的水分快速揮發(fā)，促進(jìn)水分的進(jìn)一步傳導(dǎo)。該面料只能實(shí)現(xiàn)水分從丙綸面?zhèn)鲗?dǎo)到滌綸面，實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ?。該面料可避免丙綸直接日曬，延長(zhǎng)材料老化時(shí)間，增加產(chǎn)品壽命。
③聚丙烯SMS單向?qū)穹强椩觳糩10]。用親水性整理劑Hansi QS-CONC對(duì)聚丙烯SMS非織造布進(jìn)行單面親水整理，通過(guò)對(duì)親水性整理劑Hansi QS-CONC的用量及使用時(shí)的烘干條件進(jìn)行單因子試驗(yàn)獲得最佳的單面親水方案。
④純棉水刺非織造材料[11]。用含氟拒水整理劑(FG-910)對(duì)純棉水刺非織造材料進(jìn)行單面親水整理，使材料雙側(cè)具有親疏水結(jié)構(gòu)，以獲得單向?qū)窆δ?。通過(guò)控制整理液濃度、單位面積使用量、烘干溫度和時(shí)間以及焙烘溫度和時(shí)間單因子的變化進(jìn)行單因子試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果，得出最佳整理方案。
⑤單向?qū)窠z普綸纖維[12]。絲普綸纖維是一種高技術(shù)超細(xì)纖維，用其織造的織物具有較強(qiáng)的芯吸效應(yīng)和單向?qū)裢笟庑?，能迅速吸附鞋子里的水分并將水分從織物里層向外層排除。該材料不需要進(jìn)行防水整理，便具有較好的防水性，體現(xiàn)出極強(qiáng)的疏水性，有利于織物實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ堋?/p>
3.2單項(xiàng)導(dǎo)濕功能材料在鞋套市場(chǎng)的應(yīng)用
現(xiàn)在市場(chǎng)上的鞋套多以防塵、防滑、防靜電為主，利用單向?qū)窆δ鼙苊庑映霈F(xiàn)黃色污漬的鞋套的市場(chǎng)幾乎是空白，因此，單向?qū)窆δ懿牧显谛资袌?chǎng)的應(yīng)用前景較為廣闊。
4 結(jié)論
單向?qū)窆δ懿牧蠎?yīng)用毛細(xì)管流動(dòng)理論、擴(kuò)散理論及蒸發(fā)冷凝理論以及差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)、濕潤(rùn)梯度效應(yīng)、蒸騰效應(yīng)等仿生學(xué)理論依據(jù)實(shí)現(xiàn)單向?qū)窆δ?。?dāng)今市場(chǎng)上的單向?qū)窆δ懿牧戏N類(lèi)繁多，鞋套應(yīng)用的材料應(yīng)考慮成本、使用壽命、彈性等諸多因素，諸多材料在鞋套方面的應(yīng)用還需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。
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Theoretical Research on Yellowing Feature of Sneakers and Single Track Wet Permeability Functional Materials
WANG Xiao-pei，WANG Ling-ling，JIAO Qi-yang，GE Zhi-peng
(China University of Petroleum(East China)，Qingdao 266580，Shandong，China)
In this paper，the authors discuss the problem of gradual sneaker yellowing with time going on，adopting the methods of induction and theoretical analysis. Taking the effects of the shoe’s material as well as the detergent and water into account，the authors analyze the reasons why sneaker turns yellow from an angle of yellowing mechanism and influencing factors. Besides，in this paper，the methods of avoiding sneaker yellowing shall be elaborated and a new type of membrane patchtargeting atsneaker yellowing shoes shall be put forward.The results show that the ultraviolet and oxygen exert influences on the materials and the detergent to varying degrees.
sneaker yellowing，oxidation，fluorescent agent，detergent，single track wet permeability
TS/101.8
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