由于纳米材料的特性，人们开始尝试运用不同性能的纳米材料与聚氨酯合成革配方体系有机结合，力求赋予合成革某些新的功能。例如，张志华等人采用溶胶-凝胶反应制备纳米SiO2颗粒，然后通过超声分散机将这些纳米颗粒分散到聚氨酯树脂中制备出聚氨酯/SiO2纳米复合材料，其拉伸强度、拉伸模量和耐热性能得到了提高；邬润德等人将纳米SiO2经预分散后加入聚氨酯反应体系进行原位聚合，使复合材料的力学性能有了很大的提高；Petrovic等人也采用了纳米SiO2（粒径为10～20nm）对聚氨酯弹性体进行纳米改性，与普通的SiO2填料（平均粒径约为15μm）相比，经纳米SiO2改性后的聚氨酯涂层的透明性好，且各项性能都有较大的提高；Liu等人采用多种纳米材料复合及其助剂作为改性添加剂，并配以适量填料进一步提高聚氨酯合成革产品的性能，并降低成本。研究结果表明：加入纳米填料后，聚氨酯合成革的拉伸强度和延伸率均得以提高。Kuo等人采用多种方法制备纳米合成革，或将纳米材料接枝到聚氨酯软段上，使纳米粒子在软硬段聚合过程中均匀分散；或直接将纳米粒子加入聚氨酯树脂中，结果表明：纳米聚氨酯合成革在外观、物理机械性能、表面光滑性、耐水解性等方面都优于传统聚氨酯合成革。
根据目前功能性纳米合成革的研究方向和进展，其产品的功能性主要集中在抗菌除臭、增韧增强、抗老化、耐黄变、红外保暖保健等几个方面，现将这些功能实现的机理总结如下：
①抗菌机理 根据所使用的纳米材料的性能不同，纳米合成革抗菌的机理对应有两种解释。第一，在合成革制备过程中采用的纳米粒子具有高价态和低价态两种，高价态粒子有极高的还原势，能使周围的空间产生原子氧，具有抗菌作用；低价的纳米粒子可强烈吸收细菌体内酶蛋白的巯基，并与其迅速结合，使蛋白酶丧失活性，致使细菌死亡。当菌体被杀灭后，纳米粒子又游离出来与其他菌落接触，进行新一轮杀灭，周而复始。使用这种纳米材料所制备的合成革具有广谱和长效的抗菌功能。第二，某些纳米材料在一定波长的光线照射下可以产生光生电子和空穴，它们的氧化还原能力极强，可以与氧气和水进一步发生反应生成羟基自由基和超氧化物等具有极强氧化分解能力的活性基团，这些活性基团能与细菌体内的多种有机物及毒素反应，从而将细菌残骸和毒素杀灭消除。具有这种杀菌机理的纳米合成革可用于特殊功能鞋服的制备。
②除臭机理 具有前述抗菌机理的纳米合成革对除臭有一定作用，但是要想彻底除臭，必须将臭体物质消除掉。这些臭体物质包括两大类，即硫基化物类，如硫化氢、甲硫醇和乙硫醇等；另一类是含氮基化物类，如氨和氨类化合物。为了实现上述目标一般选用具有吸附或分解功能的纳米材料。吸附型纳米材料应具有极大的比表面积和孔容，而分解型纳米材料在光催化的条件下可利用水和氧气产生超氧化物阴离子，这种活性基团可以和多种臭体反应，从而消除革制品的臭味。另外还可以充分利用钾、钠、硅等不同元素及氧化物独特的纳米结构特性（如热电、压电效应），致使在外界条件变化时（温度、湿度差异、摩擦等）引发电场使空气电离，被击下的电子附着于邻近的氧分子，并使之转化为负离子达到除异味的作用。根据这种电离机理制成的纳米合成革特别适用于鞋里材料。
③增韧增强机理 利用纳米效应增韧增强合成革，主要是指通过改性合成革面层的物化性能，以达到增加表面耐磨度、拉伸强度、延伸率、耐折度的目的。具体来说，由于纳米粒子具有比表面积大、表面活性高、未成对原子多等特点，当其加入到合成革树脂中后可以与聚氨酯高分子链发生某些物理或化学结合。这种界面相互作用在合成革涂层形变过程中可以有效地转移应力并阻止裂纹的扩散，从而令制品表现出更高的拉伸强度和延伸率。其次，纳米粒子的小尺寸效应还可以使制品表面的摩擦因数变小，从而提高其光洁度。另外，纳米材料本身具有很高的强度，这对于增强制品的耐磨度有一定作用。四川大学的范浩军等人采用原位聚合方式将0.05%的纳米石墨烯引入合成革后整理用水性聚氨酯，结果发现，涂层的抗张强度可提高一倍，而耐磨性能则提高了20倍左右；与此同时，该涂层的阻燃性、耐老化性能以及抗静电性能也得到显著提高。
④抗老化、耐黄变机理 聚氨酯合成革涂层在周围环境条件如空气、光、热的长期作用下会逐渐老化，出现发硬、脆裂、发黏等现象。另外，芳香族聚氨酯分子中的氨酯键在紫外光的作用下会发生重排反应，生成醌式结构等发色基团，致使该合成革涂层黄变而失去本来的颜色。添加适量的纳米材料可以在一定程度上改善合成革的老化和黄变缺陷。其原理在于，某些纳米材料如纳米TiO2、ZnO等具有吸收紫外光的功能，它们的加入可以阻止或削弱紫外光对合成革涂层的破坏作用，从而延缓其老化和黄变的时间。
⑤红外保暖、保健机理 纳米合成革的保温、蓄热和保健功能正逐步被人们所接受，其原理主要是纳米材料可以将阳光能量转换为远红外线储存在合成革制品中。此外，纳米材料在低温下还可以辐射波长为4～14μm的远红外线，这种射线作用能够刺激人体产生热能以起到保温作用。当这些辐射出的远红外线进入人体皮下深层时还可以使微血管扩张，从而促进血液流动，改善人体的新陈代谢。FLSO功能鞋研究中心的研究人员利用这种机理，将具有红外线功能的纳米材料分散到聚氨酯合成革涂层中，使其具有保暖、隔潮、透气的功能。这种纳米合成革在制作防寒皮鞋、军用皮鞋和防寒服等方面具有极大的应用前景。
随着理论和技术的不断进步，人们利用纳米材料改性还可望开发出磁屏蔽型、自清洁型、发光型、吸波型等一系列功能性合成革。这些新增的功能不仅丰富了传统合成革产品的品种，扩大了其应用领域，更为长期落后的合成革工业注入了新的科技力量，有利于提高合成革产品的档次和市场竞争力。
然而，目前利用纳米材料改性合成革也不可避免地遇到了一些技术瓶颈问题，包括已被普遍采用的外添加纳米粉体法无法克服纳米粒子的团聚问题，纳米粒子的尺寸和均匀分布也无法控制。此外，外添加纳米粉体法会改变合成革现有的生产工艺和生产线，这也是企业所难以接受的。针对这类问题，四川大学的范浩军等人以钛酸醇盐作为纳米前驱体，乙酰丙酮为抑制剂，利用现有的湿法生产工艺中凝固液介质条件的改变，在聚氨酯涂层湿法凝固的过程中原位生成TiO2等纳米粒子。该原位生成法的具体工艺流程如图10-15所示。这种方法利用聚合物网络对纳米粒子的稳定作用，确保了无机粒子的组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围内，从而使无机粒子显现出纳米材料的特性。另外，利用这种原位生成法将纳米粒子引入合成革涂层中无须改变现有的湿法生产工艺和设备，在工业生产上简单易行。他们的实验结果证明，在最佳条件下原位生成的纳米颗粒均匀分散于聚氨酯涂层内，且其粒径被控制在100nm左右，没有发生明显的团聚现象，如图10-16所示。
图10-15 原位生成法工艺流程
图10-16 原位生成的纳米TiO2在涂层截面中的形貌(www.xing528.com)
[（a）～ （d）纳米粒子含量逐渐增加]
更重要的是，依据这种方法制备的纳米合成革涂层同时具备优异的透气透湿、抑菌防霉和耐黄变功能。当纳米粒子原位生成于聚氨酯涂层中时，在无机纳米粒子和有机聚氨酯间会由于不相容而产生相间孔隙，这些孔隙的存在可以为水蒸气和其他气体的传递提供更多的通道，因此该涂层的通透性会随纳米粒子的原位引入而大幅度提高，其透湿性甚至可达3500g/（m2·d）以上。这一观点在低温氮吸附-脱附实验、差示扫描量热分析、热重分析和密度实验中得到了充分证实。
其次，在抑菌防霉实验中，范浩军教授等人选用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及聚氨酯合成革霉变过程中常见的黑曲霉作为实验菌种，证实了纳米TiO2粒子的原位引入可以赋予合成革涂层优异的抑菌防霉功能。图10-17和图10-18所示为抑菌圈实验中空白涂层和纳米复合涂层的抗菌性能对比照片。由该图可见，无论是金黄色葡萄球菌还是大肠杆菌都在空白涂层的周围大量繁殖，而纳米复合涂层的周围则形成了明显的抑菌圈，对两种菌种都表现出良好的抑菌性。由图10-19可见，空白涂层在培养第3d即开始有黑曲霉在其表面生长，并且在接下来的几天内，霉菌的繁殖逐渐旺盛直至扩大到整个样品表面。相反，在一周的实验周期内，在纳米复合涂层的表面上没有观察到黑曲霉的生长，这说明纳米TiO2的原位引入也可以赋予合成革涂层优异的防霉性能。采用上述方法所制备的纳米合成革涂层还具有一定的耐黄变功能，在经过氙灯照射100h后，该涂层的黄变指数小于30，且拉伸强度和断裂伸长率仍然可以保持85%以上，这也是由于纳米TiO2具有吸收紫外线功能的缘故。
图10-17 抑菌（金黄色葡萄球菌）圈实验
（a）空白涂层 （b）纳米复合涂层
图10-18 抑菌（大肠杆菌）圈实验
（a）空白涂层 （b）纳米复合涂层
图10-19 黑曲霉在空白涂层（上）和纳米复合涂层（下）的表面生长对比图
（a）第 1d （b）第 3d （c）第4d （d）第 5d （e）第 6d （f）第 7d
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