摘要：随着顾客对汽车座椅高品质要求的不断的提高，来自市场的对汽车座椅表皮脏污的抱怨持续不断的增加，因此，汽车座椅表皮防污性能开发备受行业关注。目前国内市场没有统一的防污标准，防污方法单一考虑某类脏污类型，导致防污市场达成效果不尽理想。并且座椅表皮使用环境复杂要满足车内耐候性、耐磨性等苛刻要求开发有效的、持久性的防污表皮非常迫切。本文对国内汽车座椅表皮的脏污成分进行了详细调查阐述其脏污的过程及附着形态并深入研究皮革防污与清洁机理，面向不同污染形态针对性地提出对策方法，验证防污应用效果，为座椅表皮防污试验方法和性能开发提供技术探讨研究和应用参考。
当前汽车市场对汽车内饰的环境要求逐步的提升，顾客对内饰材料的健康关注度不断攀升包括材料的清洁性。为满足顾客需求，行业材料加大力度发展防污性能。然而，现阶段国内针对汽车座椅表皮防污性能没有统一的标准规范，各主机厂防污性实验的污染成分配比各不相同，实现防污效果单一，这就导致表皮防污达成效果无法全方面覆盖市场脏污状况。另外，各类防污涂料虽然在医疗、船舶、环保、化工等行业上的研究广泛，却在汽车座椅表皮上的制备和应用还存在很多问题，尤其是涂料的防污效果、耐候性以及持久性等成为该技术领域研究的热点与难点[1,2]。
近年来汽车座椅造型追求色彩明艳，常采用更亮更浅的表皮，因此要求表皮的防污性更加严格，希望达到高防污和经时耐久后保持防污性效果。与别的行业的防污要求不同，汽车座椅面料本身要保持质感、触感，同时又要满足在车内耐热老化、耐温热、耐磨、耐光热性能等，这使得此类防污材料的开发更具挑战。本文从污染物质的来源及附着性机理出发，深入分析了座椅皮革的脏污组成成分和附着形态，针对不同脏污形态提出了针对性防污测试和对策方法，研究了新防污方法在座椅表皮上的防污效果及耐候保持性，为汽车座椅皮革类脏污实验测试及防污性能开发应用提供技术参考。
为探究国内表皮污染情况，本研究选取了广州、青岛（PM2.5考虑）两地100名用车客户进行了实测调查。结果表示63%的客户对座椅表皮污染有不满，并且强烈不满占比21%之高，其中客户一致认为可以在一定程度上完成防污及易清洁的表皮是他们考虑购买车辆的一个因素。由此可知表皮防污性能开发的重要性及必要性。
在表皮防污性能开发之前首先要了解座椅表皮的污染来源，明确表皮的污染物质，才能有效地、有明确的目的性地进行应对。为此，本文将广州、青岛两地用户使用车辆的座椅皮革进行回收调查，回收有效样本数61份，结果发现座椅表皮脏污区域主要分布在乘客乘坐和能触摸到的地方。表皮污染物质类型主要分两种：污物和着色，如图1所示。
从座椅污染状态观察到座椅表皮主面较其他非人体接触区域污染更恶劣，而主面与顾客的手和衣服紧密频繁接触。根据上述现象推断表皮与人体接触后，形成脏污的主要过程[3]是污垢和灰尘的粘附→触摸乘客的身体→被人体脂质或衣物摩擦弄脏。那么脏污的主要成分将是来自空气中的成分、衣物及人体脂质。为了确认推论是不是正确，本文采用了气相色谱质谱联用仪GCMS,Bruker公司制QUANTAX400电子表面成像显微镜及能量分散型X射线分光器进行了成分测量。以皮脂成分为确认目的从回收的污染样品中抽取样本，将脂肪酸用己皖进行熔剂萃取，通过甲基因旨化进行诱导化处理，用GCMS做多元化的分析，结果见表1
通过分析可以检测出高级脂肪酸成分为Hexadecanoicacid、Octadecanoicacid、Tetradecanoicacid，根据人的皮脂物质分析结论[3]可知，此类物质为人的皮脂主要构成部分。另外又在元素分析仪中检测出无机物质，主要元素为C、队伍，这些物质被证明是由炭黑（C）、砂砾（Si02）、汗液(NaCl2）形成，如图2所示
在座椅主面和侧翼区域都检测到相同的元素，但是座椅外侧侧翼比主面上的Mg、Al、Si、Ca相对含量大，外侧表皮与手和衣服接触多，暴露在空气中的范围宽，因此沾到的皮脂和沙尘更多，经人体和衣服摩擦污染更严重。此结果正好验证了表皮脏污过程的推论。
在回收的污染表皮上有部分呈现颜色污染，着色的表皮与乘客穿着衣物的颜色基本一致，衣物脱出的成分主要为色素桂蓝等，如图3所示，对着色污染的表皮采用水洗或清洁剂清洗都无法去除。
综合黑色污染物和着色污染两种主要污染物质类型的分析，可知座椅表皮的脏污成分既包含有机物，也包含无机物，污染物质的复杂性会让表皮的清洁更难实现。目前市场上通常顾客自行清理或者在洗车行通过吸尘器和化学洗涤剂进行清理，很难同时清除有机和无机物，并且频繁脏污后，皮革上的污垢会更难清除，造成顾客抱怨。因此，研究污染物的附着形态，根据不同的形态来制订针对性策略非常必要。
为进一步观察这些脏污物质在座椅表皮上的附着形态，本文采用显微镜放大观察黑色污染皮革的附着。发现在纹理凸起区域污染物是附着在表面，在纹理凹陷区域污染物是浸入到谷底，如图4所示。
结合污染皮革的断面和显微镜下的附着状态，脏污附着形态总共分为两类：砂砾、灰尘、皮脂、汗液等混合后污染物附着于皮革表层纹理；衣物色素随着皮革表面分子结构间隙进入到皮革。附着原理如图6所示。
上述己对表皮脏污的物质附着形态进行了说明。从机理上来说，表皮脏污可大致分为两类：物理性脏污和化学性脏污。所谓物理性脏污是指污染源物质并未与表皮的分子发生化学反应，而化学脏污是指污染源物质与面料的分子发生结合反应。两者的机理不一样，防污方法也不一样。污染物能够入侵表皮，是因为在皮革表面具有润温、铺展和附着能力[4]。将污染物与表皮的附着形态表示为图7所示。
以上是表皮与污染物、空气三相界面平衡的状态，表皮要实现防污则要疏离污染物，污染物与表皮的接触角。的大小用于表示污染物在表皮的铺展程度。若θ＝：0，则污染物完全侵入表皮表面铺展；若0＜θ＜90°，则污染物可侵入表皮，且θ越小，侵入d性越好；若90°＜θ180°，则污染物不能侵入表皮；若θ＝：180°，则完全不侵入，污染物在表皮凝聚成圆珠状。若改变接触角从0°到180°变化，Γs=:ΓLS+ΓLcosθ,Γcosθ=:Γs-ΓLS/ΓL，可改善污染物的附着能力。基础原理如图8所示。
表皮的易清洁机理也是利用表面张力差来实现的，但是却与脏污机理不同，要实现易清洁，则表面表现为亲水效应，也就是当污染物／表皮表面能＜水／表皮表面能，表皮与水进行融合，使得污染物从表皮中脱出，脏污物质游离在水中，随着清洁过程将脏污物质清理掉。
对于化学污染，因为分子结构可以进行了结合而入侵皮革表层，根据衣物的前蓝成分可知，染料的成分是很容易与皮革表面的聚氨醋结合的，如图9所示。
研究表明，利用物质的表面张力差是能轻松实现防污、易清洁性能的，这可以有效解决物理污染部分。对于化学污染需要有效的惰性涂层，与外界入侵的色素或前蓝不发生反应。考虑以上两种污染形态，防污方法必须结合两种形态进行对策。
下面研究应用不同物质的表面张力差来实现功能需求。改变表皮表面张力差的涂料是实现防污的关键。目前现行市场多采用各系聚合物涂层的表皮其防污、去污原理也是利用表皮与污染物张力差来实现的。根据各项研究报道，统计不同物质获得的表面张力状况见表2。
现在表皮行业一般会用氟系和硅系聚合物做涂层材料[5]由张力差值能够正常的看到，两种材料可以极大降低表皮表面张力，使得污染物在表皮上不易附着以达到防污效果。在应用时，两者各有优缺点：全氟皖炬（PFCs）是极性最低的溶剂，具有憎水抗油性，具有不黏性和低摩擦系数；但耐低温性能差。硅系材料具备生理惰性，无化学活性，耐高抵温和抗紫外线性好；但是耐化学介质差。虽然氟系材料有特殊优势，即表面张力能够达到1516mN/m，含氟量越大效果越好，但是因为氟为禁用物质，因此现在很多研究将硅氟聚合的材料用于表皮涂层以各取所长。但是此类物质的合成应用仍处于研究阶段[6]。
针对炭黑类皮脂型污渍，主要方法是使皮脂类的油性物质不容易在表面铺展入侵，并通过亲水涂层使其更容易清洁口[7,8]。在皮革表面处理时喷涂亲水涂层，避免皮脂混合炭黑污渍的侵入。有研究发现，聚丙烯酸型材料具备很好的亲水基团乙烯单体和具有疏水基团的乙烯基单体组成，可以在一定程度上完成防污和去污的效果。其中，丙烯酸材料的竣基含量越高，防污效果更优，丙烯酸中的反应基团乙烯单体同时可提升耐久效果。因此，将皮革表面涂膜的聚氨醋树脂变更为聚丙烯酸树脂，从丙烯酸的结构能够准确的看出，无氢键不容易与染料分子进行结合，这也同时可以有很大效果预防着色污染。同时将Si类作为助剂添加到涂料中能够更好的降低涂层表面能并且增强聚合物的化学惰性，因此涂料具有较低的表面能和良好的稳定性，使得污染物不容易和涂层结合。用碳二亚胶可与在基活性基团反应，促进涂层树脂的交联反应，加入水性涂料中，能大大的提升产品耐水、耐化学、耐磨性能，如图10所示。
为验证上述对策的有效性分别对市场调研分析的两种污染类型来测试验证。本文选用两种脏污物质模拟成分：炭黑污染物、衣物色素。其中炭黑污染物参考JISZ8901中CLASS12（炭黑）、ASTMD4265-14（人工皮脂）、ISO12103-1（道路试验用灰尘）按照1:1:6进行提合配比模拟人体接触件污染物，色素污染选用EMPA277标准纯棉牛仔布模拟衣物褪色污染物。
1）将污染物滴在lOOmm×lOOmm污染面料上，用抹刀涂抹均匀，使污染物在面料上保持1h。
2）设备ISO105-X22描述的耐摩擦牢度仪。设备有直径16的圆柱形摩擦臂，在施加（9±0.5）N力下沿直线前后能运动轨迹长度lOOmm，摩擦100次。
3）摩擦完毕后，将擦拭布取下，根据ISO105A02标准察看每块测试面料颜色的变化。
5）将6块不同白色擦拭布浸泡在肥皂水中，拧去过剩的清洁剂。将f占有清洁剂的白色擦拭布分别安装在摩擦色牢度测试仪上，对测试面料施加州压力，在直线距离lOOmm的范围内往返摩擦10次。
本文在常温下对新防污涂层和现有表皮（sample15）的防污性能进行了比较，用于确认该方法的优势。防污品以现行品中防污较差的sample5为基础，在彩色涂层、基底、精加工等所有工序上与sample5保持一致，仅在皮革进行表涂处理时追加上述防污涂层。结果显示，该防污方法能够将sample5最差的防污效果改善到样品中最优水平，并且在常温/老化后仍能保持最优效果。防污测试对比如图11所示。
从实验结果能看出，表皮的防污性热老化后、耐光老化、耐温热、耐磨耗后防污性能出现稍微下降，但是仍然能够很好的满足4级以上的评价结果，由此说明，该防污方法耐久防污效果较好。
另外，为了验证上述模拟实验方法是否真实还原市场的脏污类型，也验证该对策方法的市场有效性，本文在多款颜色的表皮上进行了对比实验，并经过投入市场使用一年后的实验结果回收。测试结果为不一样的颜色的表皮对于污染后顾客感知是存在一定的差异的，经过研究，表皮L亮度值越小，防污评价就越好，追加防污涂层后改善程度越不容易察觉（因为ΔE的值变化会越小）。而浅色产品且明度L大于40的产品不耐受污，添加防污涂层后多款明度大的浅色表皮防污效果极大的提升，如图13所示。
综上所述，本文在表皮上添加的聚丙烯酸树脂和硅系防污处理剂的方法，可以有很大效果预防黑色油性污染物及着色污染，在实际车辆中实现了顾客的防污应用需求，同时能满足车用表皮耐候后的防污保持性尤其对亮度较大的表皮的改善效果更明显。由于是表面处理材料发生了变更，为了掌握变更后的气味变化，本文进行了涂层最厚、烘烤时间最短的极限加工品的气味确认，评价结果无明显变化。
汽车内饰己成为顾客频繁接触的空间，座椅的整洁已成为顾客高品质、健康生活的追求，既能防止污染又能在保养时便利清洁的开发目标早已提上日程。但是，目前市场对采用何种防污涂料仍在探索，仍在寻找更优的防污效果及经时耐久的产品。
实际的表皮材料在汽车中使用环境复杂，通常还存在耐化学药品性后的防污课题表皮有可能接触人体汗液、清洁酒精、清洗液等化学药品这些复杂的使用工况下防污效果还有待进一步研究。汽车座椅表皮的防污性研究还存在诸多挑战，今后的研究重点是高耐候性防污涂料在表皮上的应用，为了座椅表皮能达到一定的特殊物理性能y稳定性以及耐久性，研究防污涂料在表皮上的制备方法，从研究型向工业化应用角度转化、优化，同时要兼顾此行业应用的成本因素，为顾客带来更高商品价值的产品。
[1]廖启标．我国汽车座椅面料的发展的新趋势［J］.纺织科技进展，2005(4):89.
[2]路晓，管自生．自清洁仿生表面的温润性及制备的进展[JJ.材料导报2006(6):63-66.
[3]刘晓英，杜志平，等，皮脂污布的染制均匀性对洗涤剂性能评价的影响［J］.印染助剂，2015(32):12.
[4]张云霞．材料表面的接触角研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.
[5]赵晓蝉，顾振亚．防污自洁PVC建筑膜材的研究[J］.新型建筑材料，2007(7):0407
[6]唐焕林，朱清峰，李翰宇．甲眶清除和防污复合功能汽车座椅面料的开发［JJ.染整技术，2014(5):19-21.
[7]邓燕，廉志军．新型表面防污自洁处理剂的应用[J］.印染助剂，2005,22(9):25-27.
[8]王瑾，陈均志，邵超群．有机硅表面活性剂在日化及纺织业中的应用［JJ.日用化学品科学，2008,31(10):182.
声明：本文由入驻搜狐公众平台的作者撰写，除搜狐官方账号外，观点仅代表作者本人，不代表搜狐立场。
