• 技術資料
    防水透
    不詳
    2021/5/9
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    資料來源:聚氨酯防水透氣涂層織物的進展,王煒 華載文
    防水透氣織物也叫防水透濕織物,國外又稱“可呼吸織物”.消費者可以指望穿在身上的外衣,既能防雨防鳳,又能排汗、透氣、穿著舒適.這類織物從根本意義上不同于傳統意義上的‘雨衣”.實際上,有些品種巳經開始受到時裝界的青睞[5].其主要特征是能夠較快地將人體形成的汗液、汗汽蒸發排出,避免在衣服內凝結,保持服用者干爽、溫暖的感覺.
    防水透氣織物首先被開發用在軍服、防護服的生產,現在巳廣泛用于運動服、旅行包、帳篷等的制造.國際市場上對這類面料的需求逐年增加,1996年產量巳達 6700萬平方米[1],國內這類產品也正在開發中.
    1.1 高密度織物
    采用超細纖維(細度小于1dtex)緊密織造,使紗線間隙小到不允許水滴通過,有些紗線,遇水膨脹,間隙會變得更?。欢鴮τ谥睆絻H為萬分之四微米的水蒸汽分子,通道卻是足夠寬敞了,從而達到防水透氣的目的.
    1.2 簿膜層壓
    此工藝是將具有防水透氣功能的薄膜,通常是微孔簿膜,采用特殊的粘合劑,層壓或粘接到各類織物上,獲得防水透氣的效果[3]。聚四氟乙烯微孔薄膜復合織物即屬此類,筆者也研究開發成功。
    1.3 織物涂層
    將被加工的織物,用直接或轉移涂層工藝涂布,涂層封閉織物表面孔隙,獲得防水性。其透氣性,則是通過成形過程中在涂層內部形成的大量微孔,或親水性“分子梯級通道”而獲得.

    2 具有防水透氣功能的聚氨酯
    按獲得透氣性機理的不同,聚氨酯涂層織物或薄膜層壓織物可分為以下幾類。
    2.!微多孔聚氨酯
    其防水透氣機理是依靠成膜時形成大量的微孔.這些孔隙小于2μm,能阻止水滴(平均直徑100 μm),卻允許水蒸汽分子(平均直徑為0.0004 μm)通過[5],從而獲得防水透氣性。成膜方式有以下三種。
    2.1.1濕凝聚法
    最早由美國杜邦(DuPont)公司研制成功[6],采用水凝聚以形成微多孔聚氨酯膜.較流行的做法是,將聚氧化丁烯二醇(PBA)/4,4-二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)/1,4丁二醇,或PBA/4,
    4-二環己烷基二異氰酸酯(H12MDI)/1,4-BD,按摩爾比1:3:2,制成聚氨酯樹脂的有機溶液,如二甲基甲酰胺(DMF)溶液。成形工藝是:將此溶液在織物上涂層,通過水浴浸水,水與二甲基甲酞胺能很好相溶,但水不是PU的溶劑,通過雙向擴散,水不斷從樹脂溶液中萃取出溶劑二甲基甲酰胺進入水相,同時水則進入
    PU涂層膜中使聚氨酯逐漸由溶解狀態轉變為凝膠狀態,最后產生聚氨酯固體沉淀而成膜。在形成皮膜的過程中,由于凝固相脫液收縮,在涂層膜中形成大量相互貫通的指狀或蜂窩狀多孔結構,孔隙直徑在
    0.5μm~2 μm之間,表面孔徑0.5μm左右。該工藝的加工成本低于Gore-Tex的一半,透濕性可達到約4000 g/m2·24 h,耐靜水壓約 200
    cm。這類產品已被世界知名的運動服生產廠家如Nike,Puma,Adidas,Umbro等采用。具有代表性的品牌有日本東麗(Toray)公司的“Entrant”,美國Burlington公司的“Ultrex”,英國NylaPenn公司的“Tarka”等。
    同這類方法類似的還有鹽凝聚法,即將PU乳液涂布,加鹽使其破乳沉積,也可形成微多孔膜.采用這一工藝的有英國Stahi(ICI)/NL公司的Permutex,英國Porvail/GB生產的Porelle薄膜。
    2.1.2油包水 W/O乳液法(又稱干法)
    將聚氨酯樹脂的有機溶液(如甲苯/丁酮),加入水中制備W/O乳液,然后在織物上涂層,在不同溫度下蒸發,水在涂層中的比例不斷提高,當達到一個臨界值時,聚氨酯則以多孔形式析出,并形成大量微孔。
    2.1.3 泡沫涂層法
    這種加工方式采用在聚氨酯樹脂中加入陰離子或非離子表面活性劑,在聚氨酯形成過程中,另加發泡劑(如酸和水)以最終形成泡沫狀PU,得到校粗糙的氣固兩相晶胞結構,再經壓破,形成孔隙。這種加工可獲得較高的透氣性,但防水性不夠好,Pfersee(Ciba)公司開發的Dicrylan系列,即為這類產品[10]。
    2.2聚氨酯無孔薄膜
    這是一種防水性好,又具有透氣性的加工方式。透氣性機理明顯不同于微孔薄膜。其采用聚氨酯材料中含有一定量的親水性基團,這些基團首先以氫鍵形式“捕獲”人體散發的水蒸汽分子,由于PU大分子鏈段的熱遣動,形成瞬時孔隙,并加上內外水蒸汽壓差的推動,水蒸汽從蒸汽壓高的一面“傳遞”到另一面,即從接觸皮膚的一面,傳到周圍環境,達到防水透氣、穿著舒適的目的。這類涂層織物表面需經后拒水整理,否則被雨淋濕后,會在表面形成一層水膜,影響透氣性。一般工藝是將聚四甲撐乙二醇醚(PTMG)與乙二醇聚醚(PEG)混合物/MDI/l,4-BD按1:3:2摩爾比,合成PU乳液,經涂層后溶劑蒸發,在織物上成膜,透氣量可達4500
    g/m2· 24 h,耐水壓可達數十萬帕[6],但透氣性隨涂層膜厚度不同而有差異.這類常見的商品中有英國Baxenden化學公司生產的Wltcoflex
    StayCool、X—Liner等,比利時UCB Special Chemicals公司的 Ucecoat NUP產品,德國Bayer公司的Impraperm,日本東紡制造公司的
    Bion Ⅱ,日本三菱化成公司的 Excepor U等[10]。
    3 聚氨酯涂層的最新研究
    3.1 調溫功能聚氨酯
    近年來,人們正在致力于開發一種新型聚氨酯材料,除防水外,還兼有透氣和調溫功能,這更提高了織物的服用舒適性。最初,美國農業部南方實驗室VigO、Frost等人發現經聚乙二醇浸漬過的面料,具有儲熱功能,即受熱時吸收熱量,遇冷時放出熱量[12,13]。
    這項技術很快被轉移到PU涂層上。聚乙二醇作為聚氨酯合成的多元醇組分,通過選擇和設計PEG的聚合度和含量,使得聚氨酯中的聚乙二醇相區的相變轉化溫度,恰好在人們感覺最舒適的溫度范圍.這樣,環境高于熔融溫度時,涂層相變吸熱,同時聚合物體積膨脹,親水基團空間自由體積增大,熱運動加劇,使透氣量增大,排熱排汗加快,使人有涼爽的感覺;當環境低于結晶溫度時,PEG鏈段結晶,PU涂層相變放出熱量,同時封閉孔隙,由于親水基團活性降低,透氣性減小,從而獲得良好的擋風和保暖性能.織物的這種“智能”型調溫功能,可大大提高其服用性能,獲“空調織物”的美譽。美國Polytech公司已經椎出的
    Ureatech即為此類。日前這類聚氨酯涂層材料的研究,還處在初始階段,距工業化還有一段路程,但可以預見,經科研技術人員的努力,這種產品將很快面世,并廣泛應用。目前,筆者正致力于這種調溫功能的防水透氣PU水分散涂層劑的合成及其應用的研究。
    3.2 提高織物透氣性的研究
    透氣量的大小,從某種意義上講,決定了織物的服用舒適性。為提高織物透氣性,在傳統工藝的基礎上不斷進行改進,最近的研究成果集中在以下方面。
    3.2.1氨基酸改性聚氨酯[15]
    選用適當的氨基酸與多元醇組分混合,再與異氰酸酯組分無規或嵌段加聚,制成改進型涂層或薄膜,可以大大提高織物的透氣性.據報道,這類產品如三菱化成的Excepor-U,最大透濕量可達
    7000 g/m2·24 h。
    3.2.2 兩種類型的聚氨酯復合[15]
    將親水性聚氨酯制成多孔狀,或將多孔型結構進行親水處理,微孔結構與親水性結構兩種機理共同作用,從而獲得更滿意的透氣效果。美國3M公司生產的Thintech品牌即為這種方式。比利時UCB公司也采用將Ucecoat
    2000(s)形成的微孔膜加涂Ucecoat NPU2307整理劑的工藝。日本Toray公司新近開發的Entrant Gll則將兩種聚氨酯材料復合,內層聚氨酯含微孔和超微孔(<0.5μm=,利用其類似于“芯吸”作用,抽吸皮膚上的水分,擴散到外層,再排放到空氣中,提高排汗作用。
    3.2.3聚氨酯涂層添加劑[16]
    采用在聚氨酯涂層劑中添加其他物質的方法.不但可以提高PU薄膜的透氣性,而且還賦予織物殺蟲、滅菌的功效,以及優良的手感。甲殼質是貝殼類水生物和動物的鱗甲質的提取物.

    甲殼質類似于纖維素大分子,但2位上的酰胺基團,使其不溶于大部分有機浴劑,并具抗微生物性。甲殼質具有較高的吸濕性和釋濕性,并有一定的抗微生物性.在涂層劑中摻入一定量的甲殼質后,會對汗液、體液保持清潔,并具有一定醫療保健作用.如日本Asahikaseid的“Biochiton”。除此之外,加入羊毛屑、蠶絲屑、鱗質粉、纖維素粉等,旨在提高織物透濕量的研究均有報道。這些粉末加入時溫度高,待冷卻固化時,體積縮小,發生相分高,在涂層膜內部及粉屑周圍形成微隙,增加透濕性。
    3.3 無污染聚氨酯的研究開發
    研制一種完全水分散、在合成和應用過程中無溶劑污染的PU涂層劑一直是科技工作者的心愿。美國Polytech最新推出的Ureatech,據稱就是在這方面著手,而被譽為“面向新世紀的高科技產品”,國內也有這方面的研究報道[17]。
    3.4 金屬和陶瓷涂層
    在不影響原有防水透濕性的前提下,在樹脂中摻入金屬粉末,形成金屬層,反射人體的輻射熱,減少熱量散失。這種涂層適合用作冬季或高寒地帶登山運動員等運動服袋,如日本東麗公司的
    Entrant thermo,日本旭化成的 Lyonthermo [15]。當PU中摻入具有較高遠紅外發射率的陶瓷粉后,這種涂層則具有吸收陽光的能量或人體熱量,向人體輻射遠紅外線,使織物保暖性能提高,并具促進人體微循環的功能。如日本東麗公司的Megaclon,日本旭化成的Vera
    V,日本鐘紡的 Masonic。有些陶瓷還具有吸收氨、硫化氫等異味的功能,混入涂層后,成為除臭的防水透氣織物,如日本尤尼吉可公司Permilan和 Deodrant。
    4 結束語
    防水透氣及特殊功能涂層織物屬于一種高科技含量、高附加值的產品,多種加工技術構成防水透氣等功能涂層織物家族,而聚氨酯系列屬于具有開發潛力,多姿多彩的一個分支.西方各國和日本等發達國家均投入大量人力、財力競相開發研究,國內研究還較少.另外,美國、日本也把這類產品作為面向新世紀的高科技產品.作為在世界紡織品市場具有競爭力的產品的開發和研究,我國這個領域的科技工作者應當抓住機遇,迎頭趕上。

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