CN102296283A - 鞋材表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种鞋材表面处理方法，首先利用低温等离子体技术对鞋材表面进行清洗处理，去除鞋材表面残留的油脂、脱模剂或其他有机杂质，然后再利用低温等离子体技术对鞋材表面进行活化处理，以利于与粘接剂的化学结合；所述低温等离子体技术为将鞋材置于真空腔内，向真空腔内通入工作气体，工作气体在放电作用下产生等离子体。本技术采用节能和环保的低温等离子体表面处理技术处理鞋材表面，利用低温等离子体表面处理技术来进行鞋材表面的粘接前预处理，不仅可以解决目前使用处理水存在的污染、耗能等缺点，还可以为用户节约成本，同时还可以减少成鞋的有害残留物含量，提高成鞋品质；改善制鞋生产线的生产环境，增进职工的身体健康。

Description

鞋材表面处理方法
技术领域
本发明为一种材料的表面处理方法，尤其涉及对适用于鞋材的材料表面的处理方法。
背景技术
我国是各种类型的鞋的生产和消费大国，据不完全统计鞋产量约110亿双，占世界产量的60％以上。目前，制鞋过程中为了保证胶粘的强度，普遍使用各种处理水对鞋材(包括鞋帮和鞋底)做粘接前预处理。处理水中含有大量的甲苯、二甲苯、酮类等有机挥发溶剂和其他化学物质，具有非常大的有害性，如：污染空气、大量消耗石油能源、降低成鞋的品质、容易出现废品等。
目前出现了利用低温等离子体技术处理鞋材表面的研究，例如《西部皮革》第2009年16期中，一篇篇名为《鞋底装配工艺中的等离子体技术》中报道了利用低温等离子体技术对PEBA、PA材质的鞋大底进行处理以增加粘合牢固，该文献中未提供如何具体实现对鞋材进行处理的方法，也未涉及等离子体表面活化技术和等离子体引发接枝技术的运用。国内可见等离子体表面处理技术运用于其他行业以提高其他材质胶粘强度的公开文献报道，如：重庆建筑工程学院学报第1992年02期中的文章《等离子体表面处理改善超高分子量聚乙烯纤维表面粘接性能》，该文章公开了采用低温等离子体技术对聚四氟乙烯材料表面进行处理并研究其粘结性能，但均未涉及对鞋材进行处理。
发明内容
本发明提供一种鞋材表面处理方法，其目的是解决上述问题，该处理方法代替了用处理水对鞋材进行处理，可以减少污染，降低对工作人员身体的危害，同时能降低生产成本。
为解决上述问题，本发明提出如下技术方案：
首先利用低温等离子体技术对鞋材表面进行清洗处理，去除鞋材表面残留的油脂、脱模剂或其他有机杂质，然后再利用低温等离子体技术对鞋材表面进行活化处理，以利于与粘接剂的化学结合；所述低温等离子体技术为将鞋材置于真空腔内，向真空腔内通入工作气体，工作气体在放电作用下产生等离子体。
在表面活化不能满足粘接性能时，在活化后的材料表面再利用低温等离子体技术进行接枝处理，利用接枝层的官能团实现与粘接剂的化学键合。
产生等离子体的电源为20-100KHz的高频电源或13.56MHz射频电源或2.45GHz微波电源。
对鞋材表面进行等离子体清洗处理过程中通入的工作气体为氩气、空气、氧气、四氟化碳、氮气中的任意一种或其中任意两种或三种或四种或五种气体的混合物，同时真空腔内的起始真空度＜5Pa，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度为0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
对鞋材表面进行等离子体活化处理过程中通入的工作气体为氦气、氩气、空气、氧气、氮气中的任意一种或其中的任意两种或三种或四种或五种气体的混合物，同时起始真空度＜5Pa，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
对鞋材表面进行等离子体接枝处理过程中通入的工作气体为乙烯、丙烯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的任意一种或其中的任意两种或三种或四种或五种或六种或七种气体的混合物，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
处理鞋材包括EVA、PU、TPU、PVC、TPR、橡胶、皮、革、布。
本发明的有益之处在于：首先利用低温等离子体技术去除鞋材表面残留的油脂、脱模剂或其他有机杂质，然后利用低温等离子体技术使惰性的材料表面具有活性，以利于与粘接剂的化学结合或与后续接枝层的化学键合。在表面活化不能满足粘接性能时，在活化后的材料表面进行接枝，利用接枝层的官能团实现与粘接剂的化学键合。所处理的鞋材包括EVA、PU、TPU、PVC、TPR、橡胶、皮革等，也可以适用于现有技术中其他鞋材。
本技术采用节能和环保的低温等离子体表面处理技术处理鞋材表面，利用低温等离子体表面处理技术来进行鞋材表面的粘接前预处理，不仅可以解决目前使用处理水存在的污染、耗能等缺点，而且由于低温等离子体表面处理技术运行成本低，还可以为用户节约成本，同时还可以减少成鞋的有害残留物含量，提高成鞋品质；改善制鞋生产线的生产环境，增进职工的身体健康。
本发明使处理后的胶粘强度达到或超过经处理水处理的强度，从而代替多年来一直沿用的有毒有污染的鞋材表面处理水处理工艺。
具体实施方式
实施例1：
采用鞋底材料TPR。采用13.56MHz射频电源。
等离子体清洗处理条件：工作气体为氧气，处理压强35Pa，处理功率30W，处理时间3分钟。
等离子体活化处理条件：工作气体为氩气，处理压强35Pa，处理功率30W，处理时间3分钟。
等离子体接枝条件：工作气体为丙烯酸，起始真空度＜5Pa，处理压强在50Pa之间，处理功率50W，处理时间5分钟。
采用样条剪切试验进行测试表明，粘接强度得到了较大的提高。达到4.5N/mm。
实施例2：
采用鞋底材料EVA。采用40KHz高频电源。
等离子体清洗处理条件：工作气体为氧气，处理压强35Pa，处理功率30W，处理时间3分钟。
等离子体活化处理条件：工作气体为氮气，处理压强30Pa，处理功率50W，处理时间5分钟。
等离子体接枝条件：工作气体为甲基丙烯酸甲酯，起始真空度＜5Pa，处理压强在50Pa之间，处理功率50W，处理时间5分钟。采用样条剪切试验进行测试表明，粘接强度得到了较大的提高。达到4.2N/mm。
实施例3：
本实施例中处理的鞋材为PU，整个处理步骤如下：
第一、对鞋材表面进行等离子体表面清洗；
第二、对鞋材表面进行等离子体表面活化处理；
第三、对鞋材表面进行等离子体表面原位接枝。
清洗过程：待处理鞋材放入真空腔中，然后对真空腔抽真空，此时真空腔内的真空度为起始真空度，起始真空度＜5Pa。在起始真空状态下首先通入的工作气体为氩气，随着氩气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到20Pa时，停止通入氩气，真空腔内采用13.56MHz射频电源开始放电，使氩气产生辉光等离子体，其放电过程保持1分钟。在放电过程中处理功率密度为5W/cm3。所述处理功率密度为处理功率与真空腔容积的比值。例如真空腔容积为100cm3的情况下，该处理功率为5×100＝500W。再通入空气，压强升至35Pa时停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为10W/cm3，放电处理过程2分钟。再通入氧气，压强升至40Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为20W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入四氟化碳，压强升至60Pa时，停止通入四氟化碳，进行放电处理，其处理功率密度为25W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入氮气，压强升至75Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此清洗过程结束，整个清洗过程结束后，对真空腔抽真空，达到下一个工序-表面活化处理-的起始真空度：起始真空度＜5Pa。
活化处理：在起始真空状态下首先通入的工作气体为氦气，随着氦气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到10Pa时，停止通入氦气，真空腔内采用13.56MHz射频电源开始放电，使氦气产生辉光等离子体，其放电过程保持2分钟。在放电过程中处理功率密度为5W/cm3。再通入氩气，压强升至15Pa时停止通入氩气，进行放电处理，其处理功率密度为10W/cm3，放电处理过程2分钟。再通入空气，压强升至20Pa时，停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为20W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入氧气，压强升至25Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为25W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入氮气，压强升至30Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此活化处理过程结束，此时可直接将鞋材取出以现有技术刷胶粘接，也可继续进行以下接枝处理。
接枝处理：再通入的工作气体为乙烯，随着乙烯的不断通入，真空腔内的压力达到35Pa时，停止通入乙烯，开始放电处理，放电过程保持1分钟。在放电过程中处理功率密度为5W/cm3。再通入丙烯，压强升至40Pa时停止通入丙烯，进行放电处理，其处理功率密度为10W/cm3，放电处理过程2分钟。再通入丙烯酸，压强升至45Pa时，停止通入丙烯酸，进行放电处理，其处理功率密度为15W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入苯乙烯，压强升至50Pa时，停止通入苯乙烯，进行放电处理，其处理功率密度为25W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入甲基丙烯酸甲酯，压强升至55Pa时，停止通入甲基丙烯酸甲酯，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入丙烯酰胺，压强升至60Pa时，停止通入丙烯酰胺，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入N-异丙基丙烯酰胺，压强升至65Pa时，停止通入N-异丙基丙烯酰胺，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此全部处理过程结束。
将经过上述过程处理的鞋材取出刷上胶进行粘接。
实施例4：
本实施例中处理的鞋材为PVC，整个处理步骤如下：
第一、对鞋材表面进行等离子体表面清洗；
第二、对鞋材表面进行等离子体表面活化处理。
清洗过程：待处理鞋材放入真空腔中，然后对真空腔抽真空，此时真空腔内的真空度为起始真空度，起始真空度＜5Pa。在起始真空状态下首先通入的工作气体为氩气，随着氩气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到15Pa时，停止通入氩气，真空腔内采用2.45GHz微波电源开始放电，使氩气产生辉光等离子体，其放电过程保持1分钟。在放电过程中处理功率密度为6W/cm3。所述处理功率密度为处理功率与真空腔容积的比值。例如真空腔容积为100cm3的情况下，该处理功率为6×100＝600W。再通入空气，压强升至25Pa时停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为12W/cm3，放电处理过程1分钟。再通入氧气，压强升至30Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为20W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入四氟化碳，压强升至40Pa时，停止通入四氟化碳，进行放电处理，其处理功率密度为27W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入氮气，压强升至50Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此清洗过程结束，整个清洗过程结束后，对真空腔抽真空，达到下一个工序-表面活化处理-的起始真空度：起始真空度＜5Pa。
活化处理：在起始真空状态下首先通入的工作气体为氦气，随着氦气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到10Pa时，停止通入氦气，真空腔内采用2.45GHz微波电源开始放电，使氦气产生辉光等离子体，其放电过程保持2分钟。在放电过程中处理功率密度为6W/cm3。再通入氩气，压强升至15Pa时停止通入氩气，进行放电处理，其处理功率密度为7W/cm3，放电处理过程1分钟。再通入空气，压强升至20Pa时，停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为9W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入氧气，压强升至25Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为13W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入氮气，压强升至30Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为20W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此活化处理过程结束，由于PVC在活化后即可达到要求的粘接强度，因此此时可直接将鞋材取出以现有技术刷胶粘接，不需要进行接枝处理。至此全部处理过程结束。
实施例5：
本实施例中处理的鞋材为橡胶，整个处理步骤如下：
第一、对鞋材表面进行等离子体表面清洗；
第二、对鞋材表面进行等离子体表面活化处理；
第三、对鞋材表面进行等离子体表面原位接枝。
清洗过程：待处理鞋材放入真空腔中，然后对真空腔抽真空，此时真空腔内的真空度为起始真空度，起始真空度＜5Pa。在起始真空状态下首先通入的工作气体为氩气，随着氩气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到15Pa时，停止通入氩气，真空腔内采用20KHz高频电源开始放电，使氩气产生辉光等离子体，其放电过程保持1分钟。在放电过程中处理功率密度为8W/cm3。再通入空气，压强升至25Pa时停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为10W/cm3，放电处理过程1分钟。再通入氧气，压强升至35Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为15W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入四氟化碳，压强升至45Pa时，停止通入四氟化碳，进行放电处理，其处理功率密度为20W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入氮气，压强升至75Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此清洗过程结束，整个清洗过程结束后，对真空腔抽真空，达到下一个工序-表面活化处理-的起始真空度：起始真空度＜5Pa。
活化处理：在起始真空状态下首先通入的工作气体为氦气，随着氦气的不断通入，真空腔内压强逐渐增大，直到真空腔内的压力达到10Pa时，停止通入氦气，真空腔内采用20KHz高频电源开始放电，使氦气产生辉光等离子体，其放电过程保持2分钟。在放电过程中处理功率密度为5W/cm3。再通入氩气，压强升至15Pa时停止通入氩气，进行放电处理，其处理功率密度为9W/cm3，放电处理过程2分钟。再通入空气，压强升至20Pa时，停止通入空气，进行放电处理，其处理功率密度为12W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入氧气，压强升至25Pa时，停止通入氧气，进行放电处理，其处理功率密度为16W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入氮气，压强升至30Pa时，停止通入氮气，进行放电处理，其处理功率密度为18W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此活化处理过程结束，此时可直接将鞋材取出以现有技术刷胶粘接，也可继续进行以下接枝处理。
接枝处理：再通入的工作气体为乙烯，随着乙烯的不断通入，真空腔内的压力达到35Pa时，停止通入乙烯，开始放电处理，放电过程保持1分钟。在放电过程中处理功率密度为5W/cm3。再通入丙烯，压强升至40Pa时停止通入丙烯，进行放电处理，其处理功率密度为23W/cm3，放电处理过程2分钟。再通入丙烯酸，压强升至45Pa时，停止通入丙烯酸，进行放电处理，其处理功率密度为25W/cm3，放电处理过程为2分钟。再通入苯乙烯，压强升至50Pa时，停止通入苯乙烯，进行放电处理，其处理功率密度为26W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入甲基丙烯酸甲酯，压强升至55Pa时，停止通入甲基丙烯酸甲酯，进行放电处理，其处理功率密度为28W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入丙烯酰胺，压强升至60Pa时，停止通入丙烯酰胺，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。再通入N-异丙基丙烯酰胺，压强升至65Pa时，停止通入N-异丙基丙烯酰胺，进行放电处理，其处理功率密度为30W/cm3，放电处理过程为1分钟。至此全部处理过程结束。
将经过上述过程处理的鞋材取出刷上胶进行粘接。
其他鞋材，例如PU、TPU、PVC、皮、革、布，也使用上述步骤进行处理，可以得到很好的处理效果。
上述各实施例仅是对各实施例中所涉及的材料利用本发明的技术方案进行处理的可选择的实施例中的一种，本发明的技术方案包括但不受限于这些实施例。

Claims (7)

1.一种鞋材表面处理方法，其特征在于：首先利用低温等离子体技术对鞋材表面进行清洗处理，去除鞋材表面残留的油脂、脱模剂或其他有机杂质，然后再利用低温等离子体技术对鞋材表面进行活化处理，以利于与粘接剂的化学结合；所述低温等离子体技术为将鞋材置于真空腔内，向真空腔内通入工作气体，工作气体在放电作用下产生等离子体。
2.如权利要求1中所述的一种鞋材表面处理方法，其特征在于：在表面活化不能满足粘接性能时，在活化后的材料表面再利用低温等离子体技术进行接枝处理，利用接枝层的官能团实现与粘接剂的化学键合。
3.如权利要求1或2中所述的鞋材表面处理方法，其特征在于：产生等离子体的电源为20-100KHz的高频电源或13.56MHz射频电源或2.45GHz微波电源。
4.如权利要求1中所述的鞋材表面处理方法，其特征在于：对鞋材表面进行清洗处理过程中通入的工作气体为氩气、空气、氧气、四氟化碳、氮气中的任意一种或其中任意两种或三种或四种或五种气体的混合物，同时真空腔内的起始真空度＜5Pa，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度为0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
5.如权利要求1中所述的鞋材表面处理方法，其特征在于：对鞋材表面进行活化处理过程中通入的工作气体为氦气、氩气、空气、氧气、氮气中的任意一种或其中的任意两种或三种或四种或五种气体的混合物，同时起始真空度＜5Pa，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
6.如权利要求2中所述的鞋材表面处理方法，其特征在于：对鞋材表面进行接枝处理过程中通入的工作气体为乙烯、丙烯、丙烯酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的任意一种或其中的任意两种或三种或四种或五种或六种或七种气体的混合物，处理压强在10--80Pa之间，处理功率密度0.01--30W/cm3，处理时间1秒--10分钟。
7.根据权利要求1中所述的鞋材表面处理方法，其特征在于：处理鞋材包括EVA、PU、TPU、PVC、TPR、橡胶、皮、革、布。
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