防水透氣面料的發(fā)展--ULTREX
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也推動(dòng)紡織業(yè)不斷向前發(fā)展，21世紀(jì)的服裝將向著穿著舒適化、功能化及回歸自然等方向發(fā)展。各種智能面料，功能面料得到廣泛的關(guān)注與發(fā)展。防水透氣面料就是其中之一。
防水透氣面料是指面料既能防雨防風(fēng)，又能排汗、透氣、穿著舒適，在穿著過(guò)程中使水在一定壓力下不浸透面料，而人體散發(fā)的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過(guò)面料或傳導(dǎo)到外界，而不在人體面與面料之間冷凝積聚，保持穿著者干爽、溫暖。人們對(duì)穿著舒適性，功能性要求的不斷提高，促使我們采用各種新型技術(shù)來(lái)改善面料的各項(xiàng)性能，不同工藝、技術(shù)的復(fù)合是賦予面料新功能的主要手段，其中面料的涂層/層壓技術(shù)是重要的方法之一。
面料涂層/層壓是面料與高分子聚合物的復(fù)合，它不僅保留面料原有的功能，更增加了覆蓋層的功能，面料涂層/層壓技術(shù)給紡織業(yè)制造功能性面料提供了更多的可能性，大大拓寬了紡織品的用途，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣，不僅使用于衣用紡織品的生產(chǎn)，而且其應(yīng)用擴(kuò)大到鞋業(yè)，民事或軍工制服，極端氣候條件下的服裝，防油布，帳篷，包裹等。
面料的防水透氣機(jī)理
面料的防水透氣機(jī)理有物理透濕和功能透濕，主要有以下四種方式：
一是利用水滴的最小直徑與水汽或空氣的直徑之間的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)，既采用面料的經(jīng)緯交織間的孔隙或面料復(fù)合物的孔徑介于最小直徑與水汽或空氣的直徑之間，達(dá)到防水透氣的目的，基于這一原理設(shè)計(jì)的防水透氣的面料有超細(xì)高密面料、特高密度的棉面料等。這類(lèi)面料的透濕類(lèi)型屬于紗線間孔隙的自然擴(kuò)散。高密面料由于輕薄耐用，透濕性好，柔軟、懸垂性好，防風(fēng)，廣泛用于體育、戶(hù)外活動(dòng)服裝上。主要缺點(diǎn)是防水性差，由于面料密度大，面料的撕裂性能差，紡紗必須特殊處理，生產(chǎn)成本高，加工困難。
二是采用微孔薄膜使薄膜微孔微孔直徑大約在1nm的孔徑介于水滴與濕氣之間，將薄膜與面料復(fù)合賦予面料防水透氣功能，1。微孔高聚物薄膜可以與面料通過(guò)層壓或涂層工藝與面料復(fù)合從而賦予復(fù)合體防水透氣功能。微孔的產(chǎn)生有多種方式：可通過(guò)對(duì)薄膜的雙向拉伸產(chǎn)生微孔，也可在高聚物上填加填料如陶瓷使高聚物與填料之間形成孔隙，也可以通過(guò)相分離聚氨酯的濕法產(chǎn)生微孔，還可以機(jī)械方式利用打孔技術(shù)如激光使無(wú)孔膜產(chǎn)生空隙達(dá)到透氣的目的。
三是利用高聚物膜的親水成分提供了足夠的化學(xué)基團(tuán)作為水蒸氣分子的階石，水分子由于氫鍵和其它分子間力，在高濕度一側(cè)吸附水分子，通過(guò)高分子鏈上親水基團(tuán)傳遞到低濕度一側(cè)解吸，形成"吸附--擴(kuò)散--解吸"過(guò)程，達(dá)到透氣的目的，2。親水成分可以是分子鏈中的親水基團(tuán)或是嵌段共聚物的親水組分；其防水性來(lái)自于薄膜自身膜的連續(xù)性和較大的膜面張力。利用薄膜與面料進(jìn)行層壓/涂層賦予面料防水透氣功能。
四是利用形狀記憶高聚物的特性，形狀記憶高聚物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域，由于分子鏈微布朗運(yùn)動(dòng)而使透氣性有質(zhì)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(diào)節(jié)，3。采用這種形狀記憶聚氨酯產(chǎn)生防水透氣面料可以采用無(wú)孔層壓/涂層方式，減少了由于微孔而在使用過(guò)程中產(chǎn)生微孔阻塞等缺點(diǎn)，更重要的是面料的透濕氣性能能隨著人體溫度的變化而變化，達(dá)到"智能"效果，使其適宜于各種條件下穿著。圖1微孔性透氣原理圖4形狀記憶pu透氣與溫度關(guān)系圖2親水性透氣原理低溫下分子間孔隙(Tg)圖3形狀記憶功能透氣原理聚氨酯的發(fā)展及其在防水透氣紡織上的應(yīng)用用于防水透氣面料的高聚物起初有聚氯乙烯PVC，聚乙烯，聚氯丁橡膠和其它各種合成橡膠等，由于其透濕氣性能差，穿著此類(lèi)服裝活動(dòng)時(shí)，大量汗液無(wú)法以水蒸氣形式排出，在服裝內(nèi)部形成冷凝水，人體有粘濕、發(fā)悶等不舒適感，雖然有良好的防水性能，但服用性能有待于進(jìn)一步提高。后來(lái)發(fā)展的聚四氟乙烯層壓薄膜，熱塑性聚氨酯TPU的涂層和層壓面料具有良好的透濕氣性能，發(fā)展也最快，尤其是熱塑性聚氨酯材料具有良好的耐磨性、抗化學(xué)及水解性、防蟲(chóng)蛀，發(fā)霉、耐低溫性、易著色、工藝操作選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)，不管是在應(yīng)用的范圍，還是在自身性能的改善等方面都得到極大的發(fā)展。不同類(lèi)型的防水透氣聚氨酯聚氨酯用于面料的涂層整理，不僅在原料類(lèi)型上還是在生產(chǎn)工藝上都有不同形式，根據(jù)防水透氣的原理可生產(chǎn)出各種各樣的防水透氣產(chǎn)品。聚氨酯涂層劑有溶劑和水分散兩大類(lèi)，其中溶劑型又有單組分與雙組分之分，不同類(lèi)型的涂層劑有不同涂層工藝選擇。1微孔聚氨酯微孔性涂層主要是使聚氨酯在成膜過(guò)程中形成微孔，這些孔隙直徑小于2mm，能阻止水滴平均直徑100mm，卻允許水蒸氣分子平均直徑0.0004mm通過(guò)，從而獲得防水透氣性。產(chǎn)生微孔的方式有：泡沫法，相分離法，相轉(zhuǎn)化法三種方式。
泡沫涂層法：采用聚氨酯中加入陰離子或非離子面活性劑，在涂層過(guò)程中加入發(fā)泡劑形成泡沫狀涂敷到面料上，當(dāng)空氣從膜中逸出后膜形成微孔，從而使其有透氣性能，但由于微孔的存在，其防水性能較差。聚氨酯的發(fā)泡有機(jī)械發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡等多種方式。涂層的方式大都采用直接涂層法。
相分離法：相分離法主要是使聚氨酯溶于易揮發(fā)溶劑中，溶劑揮發(fā)過(guò)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：當(dāng)溶于DMF的聚氨酯涂液涂敷到面料上，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(nèi)的DMF發(fā)生置換，當(dāng)水干燥后在聚氨酯膜上形成微孔。如Toary公司的ENTRANT，美國(guó)Burlington公司的Ultrex等。2鹽凝聚法：聚氨酯乳液由于鹽的加入產(chǎn)生凝聚成微孔膜，如StahiICI/NL公司的Porelle薄膜。n相轉(zhuǎn)化法：聚氨酯溶液含有非溶劑成分甲苯/丁酮，選擇適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)梯度，聚氨酯凝聚成微孔薄膜，如比利時(shí)UCBSpecialChemicals公司的Ucecoat2000S。
2親水性無(wú)孔聚氨酯涂層：聚氨酯涂層劑中含有親水基團(tuán)或分子主鏈上含有親水成分，涂層之后，溶劑揮發(fā)形成無(wú)孔薄膜，通過(guò)親水基團(tuán)或氫鍵對(duì)水分子的吸附--傳遞--解吸作用達(dá)到透濕的目的。由于膜中沒(méi)有微孔，因此防水性能很好，但透濕氣性能有待于提高。另外，這類(lèi)涂層面料的缺點(diǎn)是需要面經(jīng)拒水整理來(lái)改善防水性。這類(lèi)產(chǎn)品有英國(guó)Baxenden化學(xué)公司生產(chǎn)的WitcoflexStaycool、X-liner等，德國(guó)Bayer公司的Impraperm。
3親水與微孔的復(fù)合：結(jié)合親水性涂層與微孔性薄膜特點(diǎn)，在微孔薄膜上加一層親水性無(wú)孔膜，對(duì)微孔薄膜進(jìn)行親水性整理來(lái)改善微孔薄膜的防水性，但親水性整理要保證不影響原有的透濕氣性。如美國(guó)3M公司生產(chǎn)的Thintech品牌，日本Toray公司新近開(kāi)發(fā)的EntrantGII則將兩種聚氨酯材料復(fù)合，內(nèi)層聚氨酯含微孔和超微孔，具有儲(chǔ)存熱的功能，即受熱時(shí)吸收熱量，遇冷時(shí)放出熱量。這種技術(shù)應(yīng)用于聚氨酯面料涂層上，PEG作為聚氨酯的一種組分，通過(guò)選擇設(shè)計(jì)PEG的聚合度和含量，使PEG所構(gòu)成的軟段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度處于人體感覺(jué)舒適的溫度范圍，這樣，環(huán)境高于臨界溫度時(shí)，高聚物發(fā)生相變吸熱，同時(shí)聚合物體積膨脹，親水基團(tuán)空間體積增大，熱運(yùn)動(dòng)加劇，使透濕氣量增加，排熱排汗加快，使人感到?jīng)鏊�；�?dāng)環(huán)境溫度低于高聚物臨界溫度時(shí)，PEG鏈段結(jié)晶，高聚物相變放出熱量，同時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)減小,透氣性能降低，起到擋風(fēng)保溫作用。這樣透濕氣性與溫度調(diào)節(jié)同時(shí)發(fā)揮協(xié)調(diào)作用。這樣穿著者在環(huán)境溫度多變或人體發(fā)熱出汗等情況下，都會(huì)感到舒適。
3涂層工藝上的革新無(wú)污染聚氨酯的研究開(kāi)發(fā)：研究一種完全水分散，無(wú)溶劑污染的涂層劑是當(dāng)前發(fā)展的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。當(dāng)前PU涂層不管是干法還是濕法生產(chǎn)，所用的PU溶液大都是溶劑型的，含有70%左右的二甲基甲酰胺DMF、甲苯、甲已酮等有機(jī)溶劑，這些溶劑對(duì)操作者有一定的危害，易燃易爆，還污染環(huán)境，溶劑的回收難等問(wèn)題。近幾十年來(lái)，人們的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，有關(guān)的勞動(dòng)保護(hù)、安全、環(huán)境保護(hù)等法規(guī)日益加強(qiáng)，因此發(fā)展水乳性聚氨酯涂料在生產(chǎn)過(guò)程中用水代替有機(jī)溶劑，以減少環(huán)境污染及對(duì)人體危害，有重要的現(xiàn)實(shí)意義。水乳性聚氨酯得到重視也是發(fā)展的熱點(diǎn)。改善防水透氣性能：一方面結(jié)合微孔涂層與親水無(wú)孔涂層各自的優(yōu)點(diǎn)，在微孔涂層的基礎(chǔ)上進(jìn)行親水涂層整理，在不影響微孔透氣性的同時(shí)增加面料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涂層劑中填加其它添加劑，不僅可以提高PU薄膜的透氣性，而且還賦予面料防菌等功效以及優(yōu)良的手感，如加入甲殼質(zhì)來(lái)改善PU的透氣性、吸濕性的同時(shí)，并具有一定的抗菌作用；在樹(shù)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(yuǎn)紅外線，使面料保暖性提高，并促進(jìn)人體微循環(huán)的功能。結(jié)語(yǔ)防水透氣面料是一種高附加值的產(chǎn)品，不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品各有其特色，在涂層材料中，聚氨酯涂層材料具有廣泛的應(yīng)用前景，其中功能性聚氨酯調(diào)溫性，形狀記憶性的開(kāi)發(fā)及其在紡織上的應(yīng)用，對(duì)改善涂層面料舒適性具有重要的意義，也是當(dāng)前防水透氣面料發(fā)展的重要方向之一。abb0G1UyS

本文摘自《英杰紡織涂層事業(yè)部》： http://www.tucengbu.cn/new/new-65-466.html