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防水透气面料的发展--ULTREX

防水透气面料的发展--ULTREX
科学技术的发展也推动纺织业不断向前发展，21世纪的服装将向着穿着舒适化、功能化及回归自然等方向发展。各种智能面料，功能面料得到广泛的关注与发展。防水透气面料就是其中之一。
防水透气面料是指面料既能防雨防风，又能排汗、透气、穿着舒适，在穿着过程中使水在一定压力下不浸透面料，而人体散发的汗液等却能以水蒸气的形式通过面料或传导到外界，而不在人体面与面料之间冷凝积聚，保持穿着者干爽、温暖。人们对穿着舒适性，功能性要求的不断提高，促使我们采用各种新型技术来改善面料的各项性能，不同工艺、技术的复合是赋予面料新功能的主要手段，其中面料的涂层/层压技术是重要的方法之一。
面料涂层/层压是面料与高分子聚合物的复合，它不仅保留面料原有的功能，更增加了覆盖层的功能，面料涂层/层压技术给纺织业制造功能性面料提供了更多的可能性，大大拓宽了纺织品的用途，应用领域也越来越广，不仅使用于衣用纺织品的生产，而且其应用扩大到鞋业，民事或军工制服，极端气候条件下的服装，防油布，帐篷，包裹等。
面料的防水透气机理
面料的防水透气机理有物理透湿和功能透湿，主要有以下四种方式：
一是利用水滴的小直径与水汽或空气的直径之间的差异来实现，既采用面料的经纬交织间的孔隙或面料复合物的孔径介于小直径与水汽或空气的直径之间，达到防水透气的目的，基于这一原理设计的防水透气的面料有超细高密面料、特高密度的棉面料等。这类面料的透湿类型属于纱线间孔隙的自然扩散。高密面料由于轻薄耐用，透湿性好，柔软、悬垂性好，防风，广泛用于体育、户外活动服装上。主要缺点是防水性差，由于面料密度大，面料的撕裂性能差，纺纱必须特殊处理，生产成本高，加工困难。
二是采用微孔薄膜使薄膜微孔微孔直径大约在1nm的孔径介于水滴与湿气之间，将薄膜与面料复合赋予面料防水透气功能，1。微孔高聚物薄膜可以与面料通过层压或涂层工艺与面料复合从而赋予复合体防水透气功能。微孔的产生有多种方式：可通过对薄膜的双向拉伸产生微孔，也可在高聚物上填加填料如陶瓷使高聚物与填料之间形成孔隙，也可以通过相分离聚氨酯的湿法产生微孔，还可以机械方式利用打孔技术如激光使无孔膜产生空隙达到透气的目的。
三是利用高聚物膜的亲水成分提供了足够的化学基团作为水蒸气分子的阶石，水分子由于氢键和其它分子间力，在高湿度一侧吸附水分子，通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成"吸附--扩散--解吸"过程，达到透气的目的，2。亲水成分可以是分子链中的亲水基团或是嵌段共聚物的亲水组分；其防水性来自于薄膜自身膜的连续性和较大的膜面张力。利用薄膜与面料进行层压/涂层赋予面料防水透气功能。
四是利用形状记忆高聚物的特性，形状记忆高聚物在玻璃化转变温度区域，由于分子链微布朗运动而使透气性有质的突变，而且其透气性能随外界温度的变化而变化，即智能化功能，尤如人体皮肤一样，能随着外界温湿度的改变而调节，3。采用这种形状记忆聚氨酯产生防水透气面料可以采用无孔层压/涂层方式，减少了由于微孔而在使用过程中产生微孔阻塞等缺点，更重要的是面料的透湿气性能能随着人体温度的变化而变化，达到"智能"效果，使其适宜于各种条件下穿着。图1微孔性透气原理图4形状记忆pu透气与温度关系图2亲水性透气原理低温下分子间孔隙(Tg)图3形状记忆功能透气原理聚氨酯的发展及其在防水透气纺织上的应用用于防水透气面料的高聚物起初有聚氯乙烯PVC，聚乙烯，聚氯丁橡胶和其它各种合成橡胶等，由于其透湿气性能差，穿着此类服装活动时，大量汗液无法以水蒸气形式排出，在服装内部形成冷凝水，人体有粘湿、发闷等不舒适感，虽然有良好的防水性能，但服用性能有待于进一步提高。后来发展的聚四氟乙烯层压薄膜，热塑性聚氨酯TPU的涂层和层压面料具有良好的透湿气性能，发展也快，尤其是热塑性聚氨酯材料具有良好的耐磨性、抗化学及水解性、防虫蛀，发霉、耐低温性、易着色、工艺操作选择范围大等优点，不管是在应用的范围，还是在自身性能的改善等方面都得到极大的发展。不同类型的防水透气聚氨酯聚氨酯用于面料的涂层整理，不仅在原料类型上还是在生产工艺上都有不同形式，根据防水透气的原理可生产出各种各样的防水透气产品。聚氨酯涂层剂有溶剂和水分散两大类，其中溶剂型又有单组分与双组分之分，不同类型的涂层剂有不同涂层工艺选择。1微孔聚氨酯微孔性涂层主要是使聚氨酯在成膜过程中形成微孔，这些孔隙直径小于2mm，能阻止水滴平均直径100mm，却允许水蒸气分子平均直径0.0004mm通过，从而获得防水透气性。产生微孔的方式有：泡沫法，相分离法，相转化法三种方式。
泡沫涂层法：采用聚氨酯中加入阴离子或非离子面活性剂，在涂层过程中加入发泡剂形成泡沫状涂敷到面料上，当空气从膜中逸出后膜形成微孔，从而使其有透气性能，但由于微孔的存在，其防水性能较差。聚氨酯的发泡有机械发泡和化学发泡等多种方式。涂层的方式大都采用直接涂层法。
相分离法：相分离法主要是使聚氨酯溶于易挥发溶剂中，溶剂挥发过程中聚氨酯凝聚形成微孔。主要有两种方式：1湿法浸渍凝聚：当溶于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与水可以互溶，使得水与聚氨酯内的DMF发生置换，当水干燥后在聚氨酯膜上形成微孔。如Toary公司的ENTRANT，美国Burlington公司的Ultrex等。2盐凝聚法：聚氨酯乳液由于盐的加入产生凝聚成微孔膜，如StahiICI/NL公司的Porelle薄膜。n相转化法：聚氨酯溶液含有非溶剂成分甲苯/丁酮，选择适当的蒸发梯度，聚氨酯凝聚成微孔薄膜，如比利时UCBSpecialChemicals公司的Ucecoat2000S。
2亲水性无孔聚氨酯涂层：聚氨酯涂层剂中含有亲水基团或分子主链上含有亲水成分，涂层之后，溶剂挥发形成无孔薄膜，通过亲水基团或氢键对水分子的吸附--传递--解吸作用达到透湿的目的。由于膜中没有微孔，因此防水性能很好，但透湿气性能有待于提高。另外，这类涂层面料的缺点是需要面经拒水整理来改善防水性。这类产品有英国Baxenden化学公司生产的WitcoflexStaycool、X-liner等，德国Bayer公司的Impraperm。
3亲水与微孔的复合：结合亲水性涂层与微孔性薄膜特点，在微孔薄膜上加一层亲水性无孔膜，对微孔薄膜进行亲水性整理来改善微孔薄膜的防水性，但亲水性整理要保证不影响原有的透湿气性。如美国3M公司生产的Thintech品牌，日本Toray公司新近开发的EntrantGII则将两种聚氨酯材料复合，内层聚氨酯含微孔和超微孔，具有储存热的功能，即受热时吸收热量，遇冷时放出热量。这种技术应用于聚氨酯面料涂层上，PEG作为聚氨酯的一种组分，通过选择设计PEG的聚合度和含量，使PEG所构成的软段的玻璃化转变温度处于人体感觉舒适的温度范围，这样，环境高于临界温度时，高聚物发生相变吸热，同时聚合物体积膨胀，亲水基团空间体积增大，热运动加剧，使透湿气量增加，排热排汗加快，使人感到凉爽；当环境温度低于高聚物临界温度时，PEG链段结晶，高聚物相变放出热量，同时，布朗运动减小,透气性能降低，起到挡风保温作用。这样透湿气性与温度调节同时发挥协调作用。这样穿着者在环境温度多变或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适。
3涂层工艺上的革新无污染聚氨酯的研究开发：研究一种完全水分散，无溶剂污染的涂层剂是当前发展的热点与难点。当前PU涂层不管是干法还是湿法生产，所用的PU溶液大都是溶剂型的，含有70%左右的二甲基甲酰胺DMF、甲苯、甲已酮等有机溶剂，这些溶剂对操作者有一定的危害，易燃易爆，还污染环境，溶剂的回收难等问题。近几十年来，人们的环保意识不断加强，有关的劳动保护、安全、环境保护等法规日益加强，因此发展水乳性聚氨酯涂料在生产过程中用水代替有机溶剂，以减少环境污染及对人体危害，有重要的现实意义。水乳性聚氨酯得到重视也是发展的热点。改善防水透气性能：一方面结合微孔涂层与亲水无孔涂层各自的优点，在微孔涂层的基础上进行亲水涂层整理，在不影响微孔透气性的同时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涂层剂中填加其它添加剂，不仅可以提高PU薄膜的透气性，而且还赋予面料防菌等功效以及优良的手感，如加入甲壳质来改善PU的透气性、吸湿性的同时，并具有一定的抗菌作用；在树脂中渗入金属粉末，形成金属层，反射人体的辐射热，向人体辐射远红外线，使面料保暖性提高，并促进人体微循环的功能。结语防水透气面料是一种高附加值的产品，不同生产工艺生产的产品各有其特色，在涂层材料中，聚氨酯涂层材料具有广泛的应用前景，其中功能性聚氨酯调温性，形状记忆性的开发及其在纺织上的应用，对改善涂层面料舒适性具有重要的意义，也是当前防水透气面料发展的重要方向之一。abb0G1UyS

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