• 技術資料
    防水透氣種種
    不詳
    2013/4/21
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    資料來源:防水透氣織物的發展,曾躍民 嚴灝景 胡金蓮
    一、織物的防水透氣機理
    可分物理透濕和功能透濕,主要有以下4種方式。
    1.1、超細高密織物、特高密度的棉織物等。這類織物的透濕類型屬于紗線間孔隙的自然擴散。高密織物由于輕薄耐用,透濕性好,柔軟,懸垂性好,防風,廣泛用于體育、戶外活動服裝上。主要缺點是防水性差,由于織物密度大,織物的撕裂性能差,紡紗必須特殊處理,生產成本高,加工困難。
    1.2、采用微孔薄膜,微孔(微孔直徑大約lnm)的孔徑介于水滴與濕氣之間,將薄膜與織物復合賦予織物防水透氣功能,
    1.3利用高聚物膜的親水成分提供了足夠的化學基團作為水蒸氣分子的階石,在高濕度一側吸附水分子,通過高分子鏈上親水基團傳遞到低濕度一側解吸,形成"吸附→擴散→解吸"過程,達到透氣的目的。
    1.4、利用形狀記億高聚物的特性。形狀記憶高聚物在玻璃化轉變溫度Tg區域,由于分子鏈微布朗運動而使透氣性有質的突變,而且其透氣性能隨外界溫度的變化而變化,即智能化功能,尤如人體皮膚一樣,能隨著外界溫濕度的改變而調節,如圖3。

              圖3 形狀記憶能透氣原理
    采用這種形狀記億聚氨酯產生防水透氣織物可以來用無孔層壓/涂層方式·避免了微孔在使用過程阻塞的缺點,更重要的是織物的透濕氣性能能隨著人體溫度的變化而變化,達到"智能"效果,使其適宜于各種條件下穿著。
    三、不同類型的防水透氣聚氨酯
     聚氨酯用于織物的涂層整理時,原料類別和生產工藝都有不同。根據防水透氣的原理可生產出各種各樣的防水透氣產品。聚氨酯涂層劑有溶劑和水分散兩大類,其中溶劑型又有單組分與雙組分之分,不同類型的涂層劑有不同涂層工藝選擇。
    3·1微孔聚氨酯
    聚氨酯在成膜過程中形成微孔。這些孔隙直徑小于2μm,能阻止水滴(平均直徑100μm),卻允許水蒸氣分子(平均直徑0·0004μm)通過,從而獲得防水透氣性。產生微孔的方式有;泡沫法、相分離法、相轉化法三種。
    3·1·1泡沫涂層法
    采用聚氨酯中加入陰離子或非離子表面活性劑,在涂層過程中加人發泡劑形成泡沫狀涂敷到織物上,當空氣從膜中逸出后膜形成微孔,從而使其有透氣性能。但由于微孔存在,其防水性能較差。聚氨酯的發泡有機械發泡和化學發泡等多種方式。涂層方式大都采用直接涂層法。
    3.1.2 相分離法
    將聚氨酯溶于易揮發溶劑中,溶劑揮發過程中聚氨酯凝聚形成微孔。主要有兩種方式;(1)濕法浸漬凝聚;溶于DMF的聚氨酯涂液涂放到織物上,放置于水中,由于聚氨酯不溶于水,而DMF與水可以互溶,使得水與聚氨酯內的DMF發生置換,當水干燥后在聚氨酯膜上形成微孔。如Toray公司的Entrant美國Burlington公司的Ultrex等。(2)鹽凝聚法;聚氨酯乳液由于鹽的加入產生凝聚成微孔膜,如Stahi(ICI)/NL公司的Porelle薄膜。
    3·2 親水性無孔聚氮酯涂層
    聚氨酯涂層劑中含有親水基團或分子主鏈上含有親水成分,涂層之后,溶劑揮發形成無孔薄膜,通過親水基團或氫鍵對水分子的吸附-傳遞-解吸作用達到透濕的目的。由于膜中沒有微孔,因此防水性能很好,但透濕氣性稍遜。另外,
    這類涂層織物的缺點是需作表面拒水整理來改善防水性。這類產品有英國Baxenden化學公司的Witcoflex Staycool、Xliner,德國Bayer公司的Imprapem等。
    3·3 親水涂層與微孔模復合
    結合親水性涂層與微孔性薄膜特點,在微孔薄膜上加一層親水性無孔膜,對微孔薄膜進行親水性整理來改善微孔薄膜的防水性,保證不影響原有的透濕氣性。如美國3M公司生產的Thin
    tech品牌,日本Toray公司新近開發的Entrant GII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,達到防水透氣效果。

    3.4 形狀記憶聚氨酯
    無孔薄膜由上述提及到的形狀記憶聚氨酯薄膜的透濕氣性隨著溫度的改變而改變(如圖4),

    而且在其玻璃化轉變溫度區域有很大改變,根據這特性把聚氨酯的玻璃化轉變溫度設置到人體溫度變化范圍內。當人體溫度變化時其透濕氣性能也隨之改變,就如人體皮膚一樣,達到智能透濕效果。因膜為無孔膜,故防水性很好。日本三菱重工業公司生產的形狀記憶聚氨酯及其防水透氣織物Diaplex產品,其防水性能達到20000-400OOmm水柱,而每24h透濕達到8000-12000g/m2。而且具有良好的抗冷凝性,它不僅適用一般條件下的穿著,而且在極端環境條件下,其防水透氣保暖性能隨溫度變化而改變,始終保持良好舒適性。

    四、聚氨酯涂層材料的最新進展
    4.1形狀記憶聚氨酯
    形狀記憶聚氨酯在紡織中的應用方式既可以通過紡絲得到紗線并賦予紗線有記憶功能,也可作為織物涂層劑進行織物功能性涂層處理;還可作為整理劑對織物進行形狀記憶功能性整理。利用它的透濕氣性可受溫度控制,且在室溫條件下,來充分改善織物的穿著舒適性。形狀記憶聚氨酯在Tg范圍變化區,其透濕氣性有顯示的改變。將
    Tg設定在室溫,則涂層織物能起到低溫(<Tg=時 的低透濕氣性的保暖作用和高溫(>Tg)高透濕氣的散熱作用,薄膜的孔徑遠遠小于水滴平均直徑起到防水效果。從而使織物在各種溫度條件下具有良好的穿著舒適性。日本三菱重工業公司用形狀記憶聚氨酯涂層的織物Azekura不僅可以防水透氣,而且其透濕氣性可以通過體溫加以控制,達到調節體溫的作用。

    4.2 調溫功能聚氨酯近年來人們正在致力于開發一種新型的聚氨酯材料,除防水透氣外,還兼有調溫功能,從而進一步提高穿著舒適性,最初美國農業部南方實驗室的Vigo、Frost等發現,經聚乙二醇(PEG)
    浸漬的面科具有儲存熱的功能,即受熱時吸收熱量,遇冷時放出熱量。這種技術應用于聚氨酯織物涂層上,PEG作為聚氨酯的一種組分,通過選 擇設計PEG的聚合度和含量,使PEG所構成的軟段的玻璃化轉變溫度處于人體感覺舒適的溫度范圍,這樣,環境高于臨界溫度時,高聚物發生相變吸熱,同時聚合物體積膨脹,親水基團空間體積增大,熱運動加劇,使透濕氣量增加,排熱排汗加快,使人感到涼爽;當環境溫度低于高聚物臨界溫度時,PEG鏈段結晶,高聚物相變放出熱量,同時,布朗運動減小便透氣性能降低,起到擋風保溫作用,透濕氣性與溫度調節同時發揮協調作用。這樣穿著者在環境溫度多變或人體發熱出汗等情況下,都會感到舒適。
    4.3涂層工藝的革新
    4.3.1無污染聚氨酯的研究開發
    研究一種完全水分散、無溶劑污染的涂層劑是當前發展的熱點與難點。當前PU涂層不管是干法還是濕法生產,所有的PU溶液大都是溶劑型,含有70%左右的二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯、
    甲己酮等有機溶劑,這些溶劑對操作者有一定的危害,易燃易爆,還污染環境,溶劑的回收難。因此發展水乳性聚氨酯涂料,在生產過程中用水代替有機溶劑,以減少環境污染及對人體危害,有重要的現實意義。水乳性聚氨酯發展得到重視。

    4.3.2 改善防水透氣性能
    可結合微孔涂層各自的優點,在微孔涂層的基礎上進行親水涂層整理,在不影響微孔透氣性的同時增加織物的防水性和改善其耐用性,如在使用中不易造成微孔堵塞等;另外,在PU涂層劑中填加其他添加劑,不僅可以提高PU薄膜的透氣性,而且還賦予織物抗菌等功效以及優良的手感,如加入甲殼質來改善PU的透氣性、吸濕性的同時,還具有一定的抗菌作用;在樹脂中滲入金屬粉末,形成金屬層,反射人體的輻射熱,向人體輻射遠紅外線,使織物保暖性提高,并促進人體微循環的功能。

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