1引言
防护鞋是指在工作场所中穿的、以保护脚部免受伤害的鞋，是欧美发达国家的个体劳动防护用品或部队单兵保护系统的一部分，最近越来越多的国家要求工作人员必须穿防护鞋以预防工作时可能带来的危险，我国有的行业或公司也要求人员在工作时要穿着防护鞋，因此防护鞋的市场将会越来越大。随着许多环境保护的法律法规纷纷出台，以及真皮价格昂贵、来源有限，此外在某些特定场合（如无菌工作场合），真皮容易腐烂滋生细菌难以满足要求，因此，人们开始寻求真皮的替代品，近年来采用聚氨酯超细纤维尼龙仿真皮合成革（超纤合成革）制得的防护鞋愈来愈受到欢迎。
与真皮相比，超纤合成革的缺陷是不吸汗透气，让人穿着不舒适、捂脚。而防护鞋用超纤合成革就是基于真皮吸湿透气特性基础上而专门设计制作的，它既有透湿功能又有防水特性，即鞋在穿着时防止外界雨水穿透鞋革，同时还能将鞋里面的汗气等排出，使人穿着舒适。
本文从超纤合成革基布的透湿防水机理方面进行了探讨，并得出了透湿防水超纤合成革基布的制备方法。重点对超纤合成革的干法贴面工艺进行了讨论，分析了超纤合成革聚氨酯（PU）树脂和超纤合成革PU膜的透湿防水机理，为防护鞋用超纤合成革的制备提供了理论依据，为超纤合成革替代天然真皮提供了可能。
2防护鞋用超纤合成革的工艺设计
防护鞋用合成革必须执行EN345或ISO20345标准才能在国外市场流通（EN345或ISO20345是欧美关于防护鞋用革的准入标准）。防护鞋用超纤合成革的透湿指标要求水蒸气透过量≥0.8mg/（cm2·h）和水蒸气渗透系数≥1.5mg/cm2，而防水指标则要求水吸收率≤30%和水穿透量≤0.2mg。防护鞋用超纤合成革要满足透湿和防水技术指标，就要从超纤合成革基布制备和干法贴面两个部分来进行工艺设计。

2.1防护鞋用超纤合成革基布的工艺设计
2.1.1防护鞋用超纤合成革基布的防水透湿机理
研究防护鞋用超纤合成革基布的透湿和防水功能，首先要从超纤合成革基布透湿和防水的机理来分析。透湿实际上是吸附和转移两个过程，首先鞋里面的水蒸气（即汗气）吸附在鞋内侧超纤合成革基布上，然后再从鞋内侧往鞋外面转移。吸附过程要求超纤合成革基布上有水蒸气吸附点，吸附点可以是水分子通过氢键吸附或多孔吸附，没有吸附点则水蒸气就不产生吸附，也就不能将鞋里面的汗气转移出去，因此设计超纤合成革基布的时候，要使超纤合成革基布具有一定的亲吸水功能。水与合成革基布的尼龙纤维容易形成氢键，具有一定的亲吸水性能，因此基布具有一定的亲吸水性能，此外超纤合成革基布的孔越多，则比表面积也就越大，越容易吸附水蒸气。在水蒸气穿透中，如果超纤合成革基布的孔径大和开孔率高，那么水蒸气的转移速度就快、转移量就大。图1即为防护鞋用超纤合成革基布结构，可以看出，防护鞋用超纤合成革基布的截面中具有许多微孔，这些微孔有利于鞋内湿气的转移。
与此同时，超纤合成革基布的孔径一般比较大且不均匀，雨水很容易穿过，为了满足防护鞋用超纤合成革基布的使用，还需要对超纤合成革基布进行后加工处理，使其具有一定的疏水性能，以降低雨水穿过超纤基布的速度和穿过量，使雨水不易到达鞋里面，从而达到防水功能。
综上可知，在防护鞋用超纤合成革基布生产工艺设计时，要使超纤基布具有一定的水蒸气吸附点（即亲水功能），即：超纤基布的开孔率高和具有适当孔径，同时使超纤基布具有一定的防水功能，达到既透湿又防水。
2.1.2防护鞋用超纤合成革基布的制备
根据上述透湿防水机理分析，我们设计了防护鞋用超纤合成革基布，具体过程如下：将聚乙烯和尼龙6按照一定的重量比共混搅拌，在温度220～300℃的条件下，通过单螺杆挤出机熔融塑化，从而纺得纤度为4～7旦聚乙烯和尼龙海岛纤维，再将纤维切割为长40～60mm的短纤维，经过无纺布针刺、无纺布烫平、浸渍湿法聚氨酯浆料、甲苯减量、扩幅上油等工序后制得超纤合成革基布。所得的超纤合成革基布的三维结构网络与真皮相似，其抗撕裂强度、保型性、均匀度、耐化学性以及防水、防霉变性等方面都超过了天然皮革。
同时超纤合成革基布结合具有多孔结构的聚氨酯浆料浸渍、减量等加工技术，形成了大量的微孔，具有比表面积大和较强的吸水性。因而，无论从内部微观结构和材质，还是外观质感及物理性能，以及人们使用的手感等方面，超纤合成革基布都能与高档天然真皮相媲美。工艺流程如下：纺丝→针刺无纺布→烫平→浸渍→减量→扩幅干燥→超纤合成革基布采用有机硅或氟-硅等柔软疏水处理剂→含浸→压榨和烘干，得到具有一定疏水功能的防护鞋用超纤合成革基布。

2.2防护鞋用超纤合成革贴面工艺设计
2.2.1防护鞋用超纤合成革贴面PU微孔膜的防水透湿机理及设计
要解决防护鞋用超纤合成革的透湿和防水这对矛盾，还需要对干法贴面的PU膜结构进行设计，需要超纤合成革革面也具有适当孔径的微孔。
防水主要是防止雨水穿透革面进入鞋里面，透湿则是将鞋里面的水蒸气转移到鞋外面。水蒸气在超纤合成革面微孔中穿透是以气体形式通过，水蒸气分子直径为4×10-4μm，只要超纤革面的微孔孔径大于4×10-4μm就可以将水蒸气从鞋里面转移到鞋外面，具有透湿功能。而雨水穿过超纤合成革面微孔时，由于雨水接触微孔时具有表面张力，如果孔径较小则雨水难以通过微孔进入鞋里，从而达到防水的目的。研究表明，各种雨雾能穿过微孔的最小直径为：雾为20μm，小雨为400～900μm，中雨和大雨为2000μm以上。因此可以利用水蒸气和雨水穿过微孔的孔径差异大的特点来设计干法贴面PU膜微孔孔径。
因此，在干法贴面过程中，使贴面后的PU面膜产生一定数量和一定孔径的微孔，微孔孔径控制在4×10-4～20μm，该孔径可以让水蒸气自由穿透，同时使雨水难以穿过，从而达到透湿和防水的目的。目前合成革革面制造微孔的方法有：激光机械打孔法、发泡剂微孔法、溶剂挥发致孔法等。从图2可以看出，防护鞋用超纤合成革面膜孔径在5～8μm，该孔径有利于水蒸气分子从鞋里面穿透到鞋外面，同时抑制了水进入鞋内。
2.2.2防护鞋用超纤合成革贴面用亲水树脂的防水透湿机理及设计
水蒸气分子在PU面膜中的穿透也是先吸附再渗透的过程，因此对PU面膜材料的选择也很重要。谢富春等人采用聚乙二醇为软段合成的聚氨酯具有优异的亲水性能，这种软段结构中带有亲水基团（如乙氧基团）的PU树脂制得的PU膜，可以使水蒸气分子在氢键的作用下得以吸附，由于鞋内水蒸气压力大于鞋外侧，使得水蒸气分子沿着聚氨酯分子链间的间隙不断传递到鞋外面，从而起到透湿效果。
综上可知，在干法贴面工艺设计时，如果面膜没有微孔，即使通过亲水PU树脂也能将水汽转移到超纤合成革面的另一侧，但由于亲水PU面膜材料中易形成水膜，难以将水蒸气快速、持续转移到超纤合成革面的另一侧，透湿效果不好。因此设计防护鞋用超纤合成革贴面工艺的时候，采用亲水性树脂的同时，还要将革面设计出孔径为4×10-4～20μm的微孔，以便水蒸气分子能自由通过，水却难以进入鞋里面，达到透湿和防水的目的。