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什么是防水透氣面料技術發(fā)展

　科學技術的發(fā)展也推動紡織業(yè)不斷向前發(fā)展，21世紀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。各種智能織物，功能織物得到廣泛的關注與發(fā)展。防水透氣織物就是其中之一。
　　
　　防水透氣織物是指織物既能防雨防風，又能排汗、透氣、穿著舒適，在穿著過程中使水在一定壓力下不浸透織物，而人體散發(fā)的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過織物或傳導到外界，而不在人體表面與織物之間冷凝積聚，保持穿著者干爽、溫暖。人們對穿著舒適性，功能性要求的不斷提高，促使我們采用各種新型技術來改善織物的各項性能，不同工藝、技術的復合是賦予織物新功能的主要手段，其中織物的涂層/層壓技術是重要的方法之一。
　　
　　織物涂層/層壓是織物與高分子聚合物的復合，它不僅保留織物原有的功能，更增加了覆蓋層的功能，織物涂層/層壓技術給紡織業(yè)制造功能性織物提供了更多的可能性，大大拓寬了紡織品的用途，應用領域也越來越廣，不僅使用于衣用紡織品的生產(chǎn)，而且其應用擴大到鞋業(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。
　　
　　織物的防水透氣機理織物的防水透氣機理有物理透濕和功能透濕，主要有以下四種方式：
　　一、是利用水滴的小直徑與水汽或空氣的直徑之間的差異來實現(xiàn)，既采用織物的經(jīng)緯交織間的孔隙或織物復合物的孔徑介于小直徑與水汽或空氣的直徑之間，達到防水透氣的目的，基于這一原理設計的防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(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，將薄膜與織物復合賦予織物防水透氣功能，如圖1。微孔高聚物薄膜可以與織物通過層壓或涂層工藝與織物復合從而賦予復合體防水透氣功能。微孔的產(chǎn)生有多種方式：可通過對薄膜的雙向拉伸產(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，也可以通過相分離（聚氨酯的濕法）產(chǎn)生微孔，還可以機械方式利用打孔技術（如激光）使無孔膜產(chǎn)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，水分子由于氫鍵和其它分子間力，在高濕度一側(cè)吸附水分子，通過高分子鏈上親水基團傳遞到低濕度一側(cè)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；其防水性來自于薄膜自身膜的連續(xù)性和較大的膜面張力。利用薄膜與織物進行層壓/涂層賦予織物防水透氣功能。
　　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動而使透氣性有質(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)，如圖3。采用這種形狀記憶聚氨酯產(chǎn)生防水透氣織物可以采用無孔層壓/涂層方式，減少了由于微孔而在使用過程中產(chǎn)生微孔阻塞等缺點，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。
　　
　　聚氨酯的發(fā)展及其在防水透氣紡織上的應用用于防水透氣織物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，穿著此類服裝活動時，大量汗液無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一步提高。后來發(fā)展的聚四氟乙烯層壓薄膜，熱塑性聚氨酯（TPU）的涂層和層壓織物具有良好的透濕氣性能，發(fā)展也快，尤其是熱塑性聚氨酯材料具有良好的耐磨性、抗化學及水解性、防蟲蛀，發(fā)霉、耐低溫性、易著色、工藝操作選擇范圍大等優(yōu)點，不管是在應用的范圍，還是在自身性能的改善等方面都得到極大的發(fā)展。不同類型的防水透氣聚氨酯聚氨酯用于織物的涂層整理，不僅在原料類型上還是在生產(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，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。 1 微孔聚氨酯微孔性涂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，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表面活性劑，在涂層過程中加入發(fā)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，但由于微孔的存在，其防水性能較差。聚氨酯的發(fā)泡有機械發(fā)泡和化學發(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：當溶于DMF的聚氨酯涂液涂敷到織物上，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(nèi)的DMF發(fā)生置換，當水干燥后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：聚氨酯乳液由于鹽的加入產(chǎn)生凝聚成微孔膜，如Stahi（ICI）/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?shù)恼舭l(fā)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(fā)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，但透濕氣性能有待于提高。另外，這類涂層織物的缺點是需要表面經(jīng)拒水整理來改善防水性。這類產(chǎn)品有英國Baxenden化學公司生產(chǎn)的Witcoflex Staycool、X-liner等，德國Bayer公司的Impraperm。
　　3 親水與微孔的復合：結(jié)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，但親水性整理要保證不影響原有的透濕氣性。如美國3M公司生產(chǎn)的Thintech品牌，日本Toray公司新近開發(fā)的Entrant GII則將兩種聚氨酯材料復合，內(nèi)層聚氨酯含微孔和超微孔（<0.5mm），利用其類似于"芯吸"作用，達到防水透氣效果。
　　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濕氣性隨著溫度的改變而改變，如圖4，而且在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域有很大改變，根據(jù)這特性把聚氨酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度設置到人體溫度變化范圍內(nèi)，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，由于膜為無孔膜，因此防水性很好。日本三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)的形狀記憶聚氨酯及其防水透氣織物Diaplex產(chǎn)品，其防水性能達到20,000~40,000mmH2O水柱，而透濕氣行達到8,000~12,000g/m2/24h。而且具有良好的抗冷凝性，它不僅適用于一般條件下的穿著，而且適合在極端環(huán)境條件下的穿著，其防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。
　　
　　聚氨酯涂層的新進展
　　1 形狀記憶聚氨酯形狀記憶聚氨酯在紡織中的應用形式既可以進行紡絲得到紗線賦予紗線有記憶功能，也可以作為織物涂層劑進行織物的功能性涂層；還可以作為整理劑對織物進行功能性整理（形狀記憶功能）。利用它的透濕氣性可受溫度控制，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范圍變化區(qū)，其透濕氣性有明顯的改變。將Tg設定在室溫,則涂層織物能起到低溫(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。三菱重工業(yè)公司（日本）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(diào)節(jié)體溫的作用。
　　2 調(diào)溫功能聚氨酯近年來人們正在致力于開發(fā)一種新型的聚氨酯材料，除防水透氣外，還兼并調(diào)溫功能，從而進一步提高了穿著者的舒適性，初美國農(nóng)業(yè)部南方實驗室的Vigo，F(xiàn)rost等人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)聚已二醇（PEG）浸漬的面料，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(gòu)成的軟段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度處于人體感覺舒適的溫度范圍，這樣，環(huán)境高于臨界溫度時，高聚物發(fā)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?jīng)鏊?；當環(huán)境溫度低于高聚物臨界溫度時，PEG鏈段結(jié)晶，高聚物相變放出熱量，同時，布朗運動減小,透氣性能降低，起到擋風保溫作用。這樣透濕氣性與溫度調(diào)節(jié)同時發(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，都會感到舒適。
　　3 涂層工藝上的革新無污染聚氨酯的研究開發(fā)：研究一種完全水分散，無溶劑污染的涂層劑是當前發(fā)展的熱點與難點。當前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、甲已酮等有機溶劑，這些溶劑對操作者有一定的危害，易燃易爆，還污染環(huán)境，溶劑的回收難等問題。近幾十年來，人們的環(huán)保意識不斷加強，有關的勞動保護、安全、環(huán)境保護等法規(guī)日益加強，因此發(fā)展水乳性聚氨酯涂料在生產(chǎn)過程中用水代替有機溶劑，以減少環(huán)境污染及對人體危害，有重要的現(xiàn)實意義。水乳性聚氨酯得到重視也是發(fā)展的熱點。改善防水透氣性能：一方面結(jié)合微孔涂層與親水無孔涂層各自的優(yōu)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涂層劑中填加其它添加劑，不僅可以提高PU薄膜的透氣性，而且還賦予織物防菌等功效以及優(yōu)良的手感，如加入甲殼質(zhì)來改善PU的透氣性、吸濕性的同時，并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(huán)的功能。結(jié)語防水透氣織物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用前景，其中功能性聚氨酯（調(diào)溫性，形狀記憶性）的開發(fā)及其在紡織上的應用，對改善涂層織物舒適性具有重要的意義，也是當前防水透氣織物發(fā)展的重要方向之一。AAE4T45UY75T