什麼是防水透氣麵料技術發展

什麼是阻水透氣織物技術進展 　科學技術的進展也推動麵料業不斷向前進展，21世紀的工作裝將向著穿著舒適化、功能化及回回自然等方向進展。各種智能織物，功能織物得到廣泛的關注和進展。拒水透氣織物就是其中之一。　　　　阻水透氣織物是指織物既能防雨阻風，又能排汗、透氣、穿著舒適，在穿著過程中使水在肯定壓力下不浸透織物，而人體散發的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過織物或傳導到外界，而不在人體表麵和織物之間冷凝積聚，保持穿著者幹爽、溫暖。 人們對穿著舒適性，功能性要求的不斷提高，促使我們采納各種新型技術來改善織物的各項性能，不同工藝、技術的貼合是給予織物新功能的主要手段，其中織物的PU塗層/層壓技術是重要的方法之一。　　　　織物PU塗層/層壓是織物和高分子聚合物的貼合，它不僅保留織物原有的功能，更增加了覆蓋層的功能，織物PU塗層/層壓技術給麵料業製造功能性織物提供了更多的可能性，大大拓寬了布料品的用途，應用領域也越來越廣，不僅使用於衣用麵料品的生產，而且其應用擴大到鞋業，民事或軍工製服，極端氣候條件下的工作裝，防油布，棉帳篷，包裹等。　　　　織物的阻水透氣機理 織物的阻水透氣機理有物理透氣和功能透氣，主要有以下四種方式：　　一、是利用水滴的小直徑和水汽或空氣的直徑之間的差異來實現，既采納織物的經緯交錯間的孔隙或織物貼合物的孔徑介於小直徑和水汽或空氣的直徑之間，達到阻水透氣的目的，基於這一原理設計的阻水透氣的織物有超細高密織物、特高密度的棉織物等。這類織物的透氣類型屬於紡紗線間孔隙的自然擴散。高密織物由於輕薄耐用，透氣性好，柔軟、懸垂性好，阻風，廣泛用於體育、戶外活動工作裝上。主要缺點是阻水性差，由於織物密度大，織物的撕裂性能差，紡紗必須非常處理，生產成本高，整理困難。　　二、是采納微孔薄膜使薄膜微孔（微孔直徑大約在1nm）的孔徑介於水滴和濕氣之間，將薄膜和織物貼合給予織物阻水透氣功能，如圖1。微孔高聚物薄膜可以和織物通過層壓或PU塗層工藝和織物貼合從而給予貼合體阻水透氣功能。微孔的產生有多種方式：可通過對薄膜的雙向拉伸產生微孔，也可在高聚物上填加填料（如陶瓷）使高聚物和填料之間形成孔隙，也可以通過相分別（聚氨酯的濕法）產生微孔，還可以機械方式利用打孔技術（如激完）使無孔膜產生空隙達到透氣的目的。　　三、是利用高聚物膜的親水成分提供了足夠的化學基團作為水蒸氣分子的階石，水分子由於氫鍵和其它分子間力，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，如圖2。親水成分可以是分子鏈中的親水基團或是嵌段共聚物的親水組分；其阻水性來自於薄膜自身膜的連續性和較大的膜麵張力。利用薄膜和織物進行層壓/PU塗層給予織物拒水透氣功能。　　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變溫度區域，由於分子鏈微布朗休閑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。采納這種形狀記憶聚氨酯產生阻水透氣織物可以采納無孔層壓/PU塗層方式，減少了由於微孔而在使用過程中產生微孔堵塞等缺點，更重要的是織物的透氣氣性能能隨著人體溫度的變化而變化，達到"智能"效果，使其適宜於各種條件下穿著。　　　　聚氨酯的進展及其在拒水透氣麵料上的應用 用於阻水透氣織物的高聚物起初有PVC（PVC），聚乙烯，聚氯丁橡膠和其它各種合成橡膠等，由於其透氣氣性能差，穿著此類工作裝活動時，大量汗液無法以水蒸氣形式排出，在工作裝內部形成冷凝水，人體有粘濕、發悶等不舒適感，雖然有良好的阻水性能，但服用性能有待於進一步提高。後來進展的聚四氟乙烯層壓薄膜，熱塑性聚氨酯（TPU）的PU塗層和層壓織物具有良好的透氣氣性能，進展也快，特別是熱塑性PU具有良好的耐磨性、抗化學及水解性、防蟲蛀，發黴、耐低溫性、易著色、工藝操作選擇範圍大等優點，不管是在應用的範圍，還是在自身性能的改善等方麵都得到極大的進展。 不同類型的阻水透氣聚氨酯 聚氨酯用於織物的PU塗層後整理，不僅在原材料類型上還是在生產工藝上都有不同形式，根據阻水透氣的原理可生產出各種各樣的阻水透氣產品。聚氨酯PU塗層劑有溶劑和水分散兩大類，其中溶劑型又有單組分和雙組分之分，不同類型的PU塗層劑有不同PU塗層工藝選擇。 1 微孔聚氨酯 微孔性PU塗層主要是使聚氨酯在成膜過程中形成微孔，這些孔隙直徑小於2mm，能阻擋水滴（平均直徑100mm），卻同意水蒸氣分子（平均直徑0.0004mm）通過，從而獲得阻水透氣性。產生微孔的方式有：泡沫法，相分別法，相轉化法三種方式。　　泡沫PU塗層法：采納聚氨酯中加入陰離子或非離子表麵活性劑，在PU塗層過程中加入發泡劑形成泡沫狀塗敷到織物上，當空氣從膜中逸出後膜形成微孔，從而使其有透氣性能，但由於微孔的存在，其拒水性能較差。聚氨酯的發泡有機械發泡和化學發泡等多種方式。PU塗層的方式大都采納直接PU塗層法。　　相分別法：相分別法主要是使聚氨酯溶於易揮發溶劑中，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：當溶於DMF的聚氨酯塗液塗敷到織物上，放置於水中，由於聚氨酯不溶於水，而DMF和水可以互溶，使得水和聚氨酯內的DMF發生置換，當水幹燥後在聚氨酯膜上形成微孔。如Toary公司的ENTRANT，美國Burlington公司的Ultrex等。（2）鹽凝聚法：聚氨酯乳液由於鹽的加入產生凝聚成微孔膜，如Stahi（ICI）/NL公司的Porelle薄膜。 n 相轉化法：聚氨酯溶液含有非溶劑成分（甲苯/丁酮），選擇適當的蒸發梯度，聚氨酯凝聚成微孔薄膜，如比利時UCB Special Chemicals公司的Ucecoat 2000（S）。　　2 親水性無孔聚氨酯PU塗層：聚氨酯PU塗層劑中含有親水基團或分子主鏈上含有親水成分，PU塗層之後，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--解吸作用達到透氣的目的。由於膜中沒有微孔，因此阻水性能很好，但透氣氣性能有待於提高。其它，這類PU塗層織物的缺點是需要表麵經拒水後整理來改善拒水性。這類產品有英國Baxenden化學公司生產的Witcoflex Staycool、X-liner等，德國Bayer公司的Impraperm。　　3 親水和微孔的貼合：結合親水性PU塗層和微孔性薄膜特點，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後整理來改善微孔薄膜的拒水性，但親水性後整理要保證不影響原有的透氣氣性。如美國3M公司生產的Thintech品牌，日本Toray公司新近開發的Entrant GII則將兩種PU貼合，內層聚氨酯含微孔和超微孔（<0.5mm），利用其類似於"芯吸"作用，達到阻水透氣效果。　　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氣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範圍內，當人體溫度變化時其透氣氣性能也隨之改變，就如人體皮膚一樣，達到智能透氣效果，由於膜為無孔膜，因此拒水性很好。日本三菱重工業公司生產的形狀記憶聚氨酯及其阻水透氣織物Diaplex產品，其拒水性能達到20,000~40,000mmH2O水柱，而透氣氣行達到8,000~12,000g/m2/24h。而且具有良好的抗冷凝性，它不僅適用於一般條件下的穿著，而且適合在極端環境條件下的穿著，其拒水透氣保暖性能隨溫度變化而改變始終保持穿著者有良好的舒適性。　　　　聚氨酯PU塗層的新進展　　1 形狀記憶聚氨酯 形狀記憶聚氨酯在麵料中的應用形式既可以進行紡絲得到紡紗線給予紡紗線有記憶功能，也可以作為織物PU塗層劑進行織物的功能性PU塗層；還可以作為後整理劑對織物進行功能性後整理（形狀記憶功能）。利用它的透氣氣性可受溫度操縱，而且溫度是在室溫條件下，來充分改善織物的穿著舒適性。形狀記憶聚氨酯在Tg範圍變化區，其透氣氣性有明顯的改變。將Tg設定在室溫,則PU塗層織物能起到低溫(Tg)高透氣氣的散熱作用；薄膜的孔徑遠遠小於水滴平均直徑起到拒水效果。從而使織物在各種溫度條件下具有良好的穿著舒適性。三菱重工業公司（日本）用形狀記憶聚氨酯PU塗層的織物"Azekura" 不僅可以拒水透氣而且其透氣氣性可以通過體溫加以操縱，達到調節體溫的作用。　　2 調溫功能聚氨酯 近年來人們正在致力於開發一種新型的PU，除阻水透氣外，還兼並調溫功能，從而進一步提高了穿著者的舒適性，初美國農業部南方實驗室的Vigo，Frost等人發覺，經聚已二醇（PEG）浸漬的布料，具有儲存熱的功能，即受熱時汲取熱量，遇冷時放出熱量。這種技術應用於聚氨酯織物PU塗層上，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於人體感覺舒適的溫度範圍，這樣，環境高於臨界溫度時，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，熱休閑加劇，使透氣氣量增加，排熱排汗加快，使人感到涼快；當環境溫度低於高聚物臨界溫度時，PEG鏈段結晶，高聚物相變放出熱量，同時，布朗休閑減小,透氣性能降低，起到擋風保溫作用。這樣透氣氣性和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。　　3 PU塗層工藝上的革新 無汙染聚氨酯的研究開發：研究一種完全水分散，無溶劑汙染的PU塗層劑是當前進展的熱點和難點。當前PUPU塗層不管是幹法還是濕法生產，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、甲已酮等有機溶劑，這些溶劑對操作者有肯定的危害，易燃易爆，還汙染環境，溶劑的回收難等問題。近幾十年來，人們的環保意識不斷加強，有關的勞動愛護、安全、環境愛護等法規日益加強，因此進展水乳性聚氨酯塗料在生產過程中用水代替有機溶劑，以減少環境汙染及對人體危害，有重要的現實意義。水乳性聚氨酯得到重視也是進展的熱點。 改善阻水透氣性能：一方麵結合微孔PU塗層和親水無孔PU塗層各自的優點，在微孔PU塗層的基礎上進行親水PU塗層後整理，在不影響微孔透氣性的同時增加織物的阻水性和改善其耐用性，如在使用中不易造成微孔堵塞等；其它，在PUPU塗層劑中填加其它添加劑，不僅可以提高PU薄膜的透氣性，而且還給予織物防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，並具有肯定的抑菌作用；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，並促進人體微循環的功能。 結語 拒水透氣織物是一種高附加值的產品，不同生產工藝生產的產品各有其特色，在PU塗層材料中，聚氨酯PU塗層材料具有廣泛的應用前景，其中功能性聚氨酯（調溫性，形狀記憶性）的開發及其在麵料上的應用，對改善PU塗層織物舒適性具有重要的意義，也是當前阻水透氣織物進展的重要方向之一。AAE4T45UY75T