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防水透湿防紫外线多功能整理探索

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2015-05-12 12:03【

  

一、理论普及

 

防水透湿涂层织物,国外又称“防水和可呼吸织物”(Water proof and breathable fabrics)。这种织物既能防雨防风,又能将人体产生的汗液蒸发排出,避免在衣服内形成高湿度空间而在夏季时产生闷热感,在冬季时则可避免水蒸气凝结而受冻,使穿着者保持干爽、温暖的感觉。

 

可呼吸涂层织物的开发和应用,国外作为高科技、高附加值产品,在大量研究的基础上,已进入批量商业化生产阶段。国内外市场特别是发达国家的需求逐年增加。据欧洲市场调查统计[1],1986年市场销售量为735万平方米,到1996年销量已达6700万平方米,十年间增加9倍以上。国内市场也于近年开始启动。

 

防紫外线织物也是近年研究开发的热门课题之一。尤其近年地球两极臭氧层空洞的出现,使到达地面的紫外线的比例相应增加。据报道[2],二十世纪九十年代初照射到地球的上述短波段紫外线量与八十年代前期相比,已增大了1.5倍。过度照射紫外线会引起人体色素沉积、皮肤老化干燥、增加皱纹、产生褐斑甚至导致细胞核中的脱氧核糖核酸(DNA)损伤,影响和失去修复功能而使皮肤发生癌变。

 

将防水透湿功能和防紫外线功能结合而开发一只多功能、高技术涂层织物,既符合织物涂层最新发展趋势,也顺应国内外市场需求的方向,具有广阔的经济和社会效益前景。

 

二、技术方案设计

为制得防水可呼吸及防紫外线辐射性能的涂层织物,其技术关键是要制得可赋予织物上述功能的涂层材料。为此设计了以下技术路线:

1、在防水透湿机理上,选择亲水性PU透湿和干法微孔透湿(双溶剂法)相结合的技术路线。

2、采用聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯共混改性技术分别制得防水性与透湿性高度统一的底涂胶和面涂胶。

用于织物涂层的PU涂层剂,按所用的低聚物二醇不同可分为聚酯型和聚醚型。前者有较高的强度和硬度,这归因于酯基(-cooc-)的极性大,内聚能(12.2kj/mol)比醚基(-c-o-c-)的内聚能(4.2kj/mol)高,因而聚酯型PU的机械强度高,尤其与极性基材的粘附力比聚醚型PU优良。而聚醚型PU尤其含较多聚乙二醇醚的PU不但有较好的柔顺性、耐水解性,而且由于其强亲水性而具有较强的“传导”水蒸汽的能力。

如将二者按一定比例进行共混改性,得“PU高分子合金”,分别制成底涂胶和面涂胶,则可以综合二者的优点,涂层得到既有优良防水性能,又具有优良透湿性的可呼吸涂层织物。

3、无机一有机材料嫁接技术,制成既具有紫外线屏蔽功能又可提高透湿功能的涂层材料。

某些无机材料粉末具有很强的反射和吸收紫外线的功能。—般粉末越细,此种性能越好。据文献报道[3],颗粒直径在50-120nm,有最佳的屏蔽效果。因此,要选择纳米级或亚微米级材料,并细心匀化。有些有机化合物,具有吸收紫外线而将其转化为无害的热能之功能。将这两类紫外线屏蔽剂通过偶联剂、分散剂等与高分子PU材料进行嫁接改性,制成防水可呼吸及防紫外线功能的涂层材料。

同时,由于这种涂层材料中含有无机材料的微小颗粒,在焙烘成形过程中PU高分子的体积收缩效应,会引起微相分离,而在无机微粒界面周围产生分子级的微小孔隙,成为传递水蒸汽分子的通道,从而进一步有利于提高涂层织物的透湿能力。

 

三、工艺试验结果与讨论

1、聚醚型PU与聚酯型PU共混比对涂层织物性能的影响

为制得具有优良防水和透湿功能的织物涂层剂,研究了不同共混比对织物性能的影响,观察发现,随着聚醚PU、聚酯PU比例的提高,涂层织物的耐静水压值呈缓缓减少趋势,而透湿量则呈增大趋势。

2、防紫外剂用量的影响

将防紫外剂、分散剂、偶联剂经球磨机三次研磨成均匀细糊,然后按不同比例混入PU涂层剂中,研究了防紫外线剂的添加量对涂层织物防紫外线性能的影响,

表1防紫外线剂用量对屏蔽率的影响

3、生产工艺过程及产品测试结果

本工艺的关键点是采用共聚物共混改性技术和有机物-无机物偶联嫁接技术,分别制得组成不同的底胶和面胶。其涂布工艺则是在对基布前防水处理后,按常规涂层方法进行一道底涂、两道面涂及烘干、焙烘。

经上述制得的大样产品,与主要指标测试结果如表2所示

*测试方法为透射率法

 

4、本涂层织物透湿机理探讨

本厂制得的涂层织物的透湿机理为亲水PU涂层法和干法微孔透湿法的结合,经对涂层织物涂层面的扫描电镜(SEM)观察,发现有无数微孔。

其微孔形成的机理可能为双溶剂法,即作为PU良溶剂的低沸点溶剂与PU大分子形成均匀溶液,而一定量的高沸点溶剂作为PU的不良溶剂,以非常细的分散状态分散于PU溶液中。当涂层后烘干时,低沸点的良溶剂首先蒸发,PU树脂浓度上升,逐渐在两相界面周围凝结,而当高沸点的不良溶剂蒸发后,就在涂层膜上形成了无数微孔。其烘干方法可以一温烘干(140℃,3分钟),也可以两段温度烘干。

亲水PU涂层织物的透湿机理认为,PU大分子链中含有较多的亲水性链段和基团。这些链段和基团以形成氢键的方式“捕获”人体散发的水蒸汽分子。由于PU大分子中无定形区软链段的分子热运动,得以形成瞬时空穴,并在服装内外水蒸汽压差的推动下,人体汗液蒸发的水蒸汽分子从水蒸汽压高的一边逐级“传递”到另一边,即从接触皮肤的一边“传递”到周围环境,从而达到防水透湿功能。

上述两种透湿方法和机理的结合,则大大提高了涂层织物的透湿即可呼吸功能。

 

四、结语

本产品采用了高分子-共混改性技术和无机—有机材料嫁接技术,并将亲水PU透湿法和干法微孔透湿法两种透湿方法相结合,制得具有优良防水可呼吸及防紫外线性能的涂层材料,经一底两面三次涂层,织物获得较高的防水、透湿及防紫外功能。

该产品具有一定的防水透湿和对紫外线防护的功能,社会效益明显。由于产品技术含量高,产品附加值高。经济效益显著,经80多万米试产试销,产品内在指标和外观质量都深受客户欢迎,市场前景广阔。