聚氨酯防水透气涂层织物的进展

聚氨酯阻水透气PU涂层织物的进展 聚氨酯拒水透气PU涂层织物的进展 新型面料品向人们提供各种优异的服用功能，阻水透气织物就是其中之一．拒水透气织物也叫阻水透气织物，国外又称“可呼吸织物”．消费者可以盼望穿在身上的外衣，既能防雨防凤，又能排汗、透气、穿着舒适．这类织物从根本意义上不同于传统意义上的‘雨衣”．实际上，有些品种巳经开始受到时装界的青睐[5]．其主要特征是能够较快地将人体形成的汗液、汗汽蒸发排出，幸免在服装内凝聚，保持服用者干爽、温暖的感觉．国外有人曾对获得了人在休闲时的大致出汗量作了研究．工作装透气性低于人体出汗量时，人就有闷热感．因此，透气性大小是衡量织物服用舒适性的重要指标，非常是休闲服．

阻水透气织物首先被开发用在军服、防护服的生产，现在巳广泛用于休闲服、旅游包、民用帐篷等的制造．国际市场上对这类织物的需求逐年增加，1996年产量巳达6700万平方米[1]，国内这类产品也正在开发中．

1．1高密度织物 采纳超细纤维（细度小于1dtex）紧密织造，使纺纱线间隙小到不同意水滴通过，有些纺纱线，遇水膨胀，间隙会变得更小．然而对于直径仅为万分之四微米的水蒸汽分子，通道却是足够宽敞了，从而达到阻水透气的目的． 1．2簿膜层压 此工艺是将具有阻水透气功能的薄膜，通常是微孔簿膜，采纳非常的粘合剂，层压或粘接到各类织物上，获得拒水透气的效果［3］。聚四氟乙烯微孔薄膜贴合织物即属此类，笔者也研究开发成功。 1．3织物PU涂层 将被整理的织物，用直接或转移PU涂层工艺涂布，PU涂层封闭织物表面孔隙，获得阻水性。其透气性，则是通过成形过程中在PU涂层内部形成的大量微孔，或亲水性“分子梯级通道”而获得[2]．

上述方法都巳得到应用。但整理成本都较高，性能也有待不断改善。80年代后期，采纳PU（PU）制成的PU涂层或薄膜的研究异样活泼，新工艺、新品种不断面世，引起世界各国的广泛关注。采纳聚氨酯阻水透气材料，除可获得中意的阻水透气性外，其优异的弹性、耐寒性以及滑润的手感，非常是相对低的整理成本，深受消费者和生产厂家的青睐，进展前景广阔，科技含量及附加值高，国外已有十几个品牌。国内研究虽尚属起步，但极有进展前途。

2具有拒水透气功能的聚氨酯 按获得透气性机理的不同，聚氨酯PU涂层织物或薄膜层压织物可分为以下几类。 2．1微多孔聚氨酯 其拒水透气机理是依靠成膜时形成大量的微孔．这些孔隙小于2?m，能阻挡水滴（平均直径100?m），却同意水蒸汽分子（平均直径为0.0004?m）通过[5]，从而获得拒水透气性。成膜方式有以下三种。 2．1．1湿凝聚法 早由美国杜邦（DuPont）公司研制成功[6]，采纳水凝聚以形成微多孔聚氨酯膜．较流行的做法是，将聚氧化丁烯二醇（PBA）/4,4-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）/1,4丁二醇，或PBA／4,4-二环己烷基二异氰酸酯（H12MDI）／1,4-BD，按摩尔比1:3:2，制成聚氨酯树脂的有机溶液，如二甲基甲酞胺（DMF）溶液。成形工艺是：将此溶液在织物上PU涂层，通过水浴浸水，水和二甲基甲酞胺能很好相溶，但水不是PU的溶剂，通过双向扩散，水不断从树脂溶液中萃取出溶剂二甲基甲酰胺进入水相，同时水则进入PUPU涂层膜中使聚氨酯逐渐由溶化状态转变为凝胶状态，后产生聚氨酯固体沉淀而成膜。在形成皮膜的过程中，由于凝固相脱液收缩，在PU涂层膜中形成大量相互贯穿的指状或蜂窝状多孔结构，孔隙直径在0.5?m～2?m之间，表面孔径0.5?m左右[8]。该工艺的整理成本低于Gore－Tex的一半，透气性可达到约4000g／m2·24h，耐静水压约200cm。这类产品已被世界知名的休闲服生产厂家如Nike，Puma，Adidas，Umbro等采纳［8］。具有代表性的品牌有日本东丽（Toray）公司的“Entrant”，美国Burlington公司的“Ultrex”，英国NylaPenn公司的“Tarka”等［9］。 同这类方法类似的还有盐凝聚法，马上PU乳液涂布，加盐使其破乳沉积，也可形成微多孔膜．采纳这一工艺的有英国Stahi（ICI）／NL公司的Permutex，英国Porvail／GB生产的Porelle薄膜［10］。 2．1．2油包水W／O乳液法（又称干法） 将聚氨酯树脂的有机溶液（如甲苯／丁酮），加入水中制备W／O乳液，然后在织物上PU涂层，在不同温度下蒸发，水在PU涂层中的比例不断提高，当达到一个临界值时，聚氨酯则以多孔形式析出，并形成大量微孔。透气性约4000g／m2·24h。但整理过程中有溶剂挥发，阻水性可达2.45×105Pa（2500mmH2O）［11］．此工艺简单，在一般涂布机上即可进行，但易环境污染是其主要缺点。采纳这种方式的有比利时UCBSpecialChemicials公司的Ucecoat2000（s）[11]，日本东螺公司以二甲基甲酰胺/对苯二甲酸二丁酯作为溶剂也获得成功［2］。 2.1.3泡沫PU涂层法 这种整理方式采纳在聚氨酯树脂中加入阴离子或非离子表面活性剂，在聚氨酯形成过程中，另加发泡剂（如酸和水）以终形戍泡沫状PU，得到校粗糙的气固两相晶胞结构，再经压破，形成孔隙。这种整理可获得较高的透气性，但拒水性不够好，Pfersee（Ciba）公司开发的Dicrylan系列，即为这类产品［10］。 2．2聚氨酯无孔薄膜

这是一种阻水性好，又具有透气性的整理方式。透气性机理明显不同于微孔薄膜。其采纳PU中含有肯定量的亲水性基团，这些基团首先以氢键形式“捕获”人体散发的水蒸汽分子，由于PU大分子链段的热遣动，形成瞬时孔隙，并加上内外水蒸汽压差的推动，水蒸汽从蒸汽压高的一面“传递”到另一面，即从接触皮肤的一面，传到四周环境，达到拒水透气、穿着舒适的目的。这类PU涂层织物表面需经后拒水后整理，否则被雨淋湿后，会在表面形成一层水膜，影响透气性。一般工艺是将聚四甲撑乙二醇醚（PTMG）和乙二醇聚醚（PEG）混合物／MDI／l,4-BD按1：3：2摩尔比，合成PU乳液，经PU涂层后溶剂蒸发，在织物上成膜，透气量可达4500g／m2·24h，耐水压可达数十万帕［6］，但透气性随PU涂层膜厚度不同而有差异．这类常见的商品中有英国Baxenden化学公司生产的WltcoflexStayCool、X-Liner等，比利时UCBSpecialChemicals公司的UcecoatNUP产品，德国Bayer公司的Impraperm，日本东纺制造公司的BionⅡ，日本三菱化成公司的ExceporU等［10］。

3聚氨酯PU涂层的新研究 3．1调温功能聚氨酯 近年来，人们正在致力于开发一种新型PU，除阻水外，还兼有透气和调温功能，这更提高了织物的服用舒适性。初，美国农业部南方实验室VigO、Frost等人发觉经聚乙二醇浸渍过的织物，具有储热功能，即受热时汲取热量，遇冷时放出热量［12，13］。 这项技术很快被转移到PUPU涂层上。聚乙二醇作为聚氨酯合成的多元醇组分，通过选择和设计PEG的聚合度和含量，使得聚氨酯中的聚乙二醇相区的相变转化温度，恰好在人们感觉舒适的温度范围．这样，环境高于熔融温度时，PU涂层相变吸热，同时聚合物体积膨胀，亲水基团空间自由体积增大，热休闲加剧，使透气量增大，排热排汗加快，使人有凉快的感觉；当环境低于结晶温度时，PEG链段结晶，PUPU涂层相变放出热量，同时封闭孔隙，由于亲水基团活性降低，透气性减小，从而获得良好的挡风和保暖性能．织物的这种“智能”型调温功能，可大大提高其服用性能，获“空调织物”的美誉。美国Polytech公司已经椎出的Ureatech即为此类[14]。．日前这类聚氨酯PU涂层材料的研究，还处在初始阶段，距工业化还有一段路程，但可以预见，经科研技术人员的努力，这种产品将很快面世，并广泛应用［18］。目前，笔者正致力于这种调温功能的拒水透气PU水分散PU涂层剂的合成及其应用的研究。 3．2提高织物透气性的研究 透气量的大小，从某种意义上讲，决策了织物的服用舒适性。为提高织物透气性，在传统工艺的基础上不断进行改进，近的研究成果集中在以下方面。 3．2．1氨基酸改性聚氨酯[15] 选用适当的氨基酸和多元醇组分混合，再和异氰酸酯组分无规或嵌段加聚，制成改进型PU涂层或薄膜，可以大大提高织物的透气性．据报道，这类产品如三菱化成的Excepor-U，大透气量可达7000g／m2·24h。 3．2．2两种类型的聚氨酯贴合［15］ 将亲水性聚氨酯制成多孔状，或将多孔型结构进行亲水处理，微孔结构和亲水性结构两种机理共同作用，从而获得更中意的透气效果。美国3M公司生产的Thintech品牌即为这种方式。比利时UCB公司也采纳将Ucecoat2000（s）形成的微孔膜加涂UcecoatNPU2307后整理剂的工艺。日本Toray公司新近开发的EntrantGll则将两种PU层压，内层聚氨酯含微孔和超微孔（＜0.5?m＝，利用其类似于“芯吸”作用，抽吸皮肤上的水分，扩散到外层，再排放到空气中，提高排汗作用。 3．2．3聚氨酯PU涂层添加剂［16］ 采纳在聚氨酯PU涂层剂中添加其他物质的方法．不但可以提高PU薄膜的透气性，而且还给予织物杀虫、灭菌的功效，以及优良的手感。甲壳质是贝壳类水生物和动物的鳞甲质的提取物，其化学结构如下： 甲壳质类似于纤维素大分子，但2位上的酰胺基团，使其不溶于大部分有机浴剂，并具抗微生物性。甲壳质具有较高的吸湿性和释湿性，并有肯定的抗微生物性．在PU涂层剂中掺入肯定量的甲壳质后，会对汗液、体液保持清洁，并具有肯定医疗保健作用．如日本Asahikaseid的“Biochiton”。除此之外，加入羊毛屑、蚕丝屑、鳞质粉、纤维素粉等，旨在提高织物透气量的研究均有报道[14]。这些粉末加入时温度高，待冷却固化时，体积缩小，发生相分高，在PU涂层膜内部及粉屑四周形成微隙，增加透气性[1]。 3．3无污染聚氨酯的研究开发 研制一种完全水分散、在合成和应用过程中无溶剂污染的PUPU涂层剂一直是科技工作者的心愿。日前的整理工艺，无论是湿法，还是干法，在整理过程中都采纳肯定量易挥发性的有机溶剂，存在环境污染问题。如果把PU制成水溶性PU涂层剂，在烘干过程中交联成膜，不但可以大大地降低生产成本，而且可克服环境污染问题，所以这方面的研究也很活泼。美国Polytech新推出的Ureatech，据称就是在这方面着手，而被誉为“面向新世纪的高科技产品”，国内也有这方面的研究报道[17]。 3．4金属和陶瓷PU涂层 在不影响原有阻水透气性的前提下，在树脂中掺入金属粉末，形成金属层，反射人体的辐射热，减少热量散失。这种PU涂层适合用作冬季或高寒地带登山休闲员等休闲服袋，如日本东丽公司的Entrantthermo，日本旭化成的Lyonthermo[15]。当PU中掺入具有较高远红外发射率的陶瓷粉后，这种PU涂层则具有汲取阳完的能量或人体热量，向人体辐射远红外线，使织物保暖性能提高，并具促进人体微循环的功能［19］。如日本东丽公司的Megaclon，日本旭化成的VeraV，日本钟纺的Masonic。有些陶瓷还具有汲取氨、硫化氢等异昧的功能，混入PU涂层后，成为除臭的拒水透气织物，如日本尤尼吉可公司Permilan和Deodrant。 4结束语 拒水透气及非常功能PU涂层织物属于一种高科技含量、高附加值的产品，多种整理技术构成拒水透气等功能PU涂层织物家族，而聚氨酯系列属于具有开发潜力，多姿多彩的一个分支．西方各国和日本等发达国家均投入大量人力、财力竞相开发研究，国内研究还较少．其它，美国、日本也把这类产品作为面向新世纪的高科技产品．作为在世界面料品市场具有竞争力的产品的开发和研究，我国这个领域的科技工作者应当抓住机遇，迎头赶上。pt1Hov