PU湿法防水透湿涂层织物研发

PU湿法阻水透气PU涂层织物研发 国内外阻水透气织物现状分析 1．1阻水透气织物研发概况

拒水透气织物是世界面料业不断向高次进展独具特色的功能面料，具有阻风、保暖、拒水、透气、拒水等非常功能。在过去几十年中．聚乙烯、氯丁橡胶、聚氨脂等PU涂层织物已得到普遍应用。完管PU涂层织物工作装具有优越的防雨阻风性，获得完全的阻水机能，但是由于大量汗液无法以蒸汽形式排出，在工作装内部形成冷凝水，使人体有粘湿、发闷等不舒适感，在恶劣条件下甚至会结冰而冻伤，不能适应野外活动如部队训练作战、休闲登山、滑雪等激烈休闲的需要，因此美国、西欧、日本等经济、军事发达国家非常重视拒水透气织物的研究开发，相继开发了各种拒水透气产品，并陆续在军需装备及恶劣条件下的防护装方面应用。国内拒水透气织物的研究比较晚，水平低，迄今大多数是阻水不透气的，属于低档产品，拒水和透气成为一对不可调和的矛盾，使穿着使用受到很大限制。1996年，山东科亿达集团公司全方位调研分析了国内外阻水透气织物的现状和进展趋势，结合国情，于1997年确定】，研究开发聚氨脂湿法阻水透气PU涂层织物的方案，制定了10实施计划。领先}进世界先进的湿法生生产线并独获该项设备设计技术．在国内外没有现成资料及经验的情况下，我们组织科技人员在消化汲取的基础上，经过剖析样品、分析论证、小样试验、模拟生产等攻关阶段，摸索形成了微孔PU涂层的原材料配比、工艺流程、参数确定、性能均衡调节等一系列技术资料．为批量生产奠定了基础。

1．2拒水透气织物的类型 过去几十年中已经出现了多种既透气叉阻水的织物，概括起来可分为三种类型。 1．2．1高密度织物 利用高支超细棉纤维和其它超细合成纤维制成紧密的织物，经过热处理和化学处理的高收缩．使纤维收缩为致密的组织，加上高度的拒水处理，使织物的组织具有透气性和阻水性。原理上当织物被弄湿时，棉花纱线汲取膨胀，减少纤维间隔，这一闭孔机制同非常阻水处理，阻挡了织物外面的水进一步渗透，从而具有阻水性。高密度织物的特点是透气性好，但耐水压较低(一般小于lm)，且织物密度大，纺纱必须采取非常工艺，织布时断头多，次品率高，染整整理困难；织物撕破强力低，耐瞎擦性也较差。 1．2．2PU涂层织物可分为亲水性PU涂层织物和微孔PU涂层织物两种 亲水PU涂层织物表面涂上一层完整的亲水PU涂层，因此可以拒水，但PU涂层膜聚台物分子链中存在一连串能和水分子形成弱键的亲水基团，当两面湿度不同时，这些基团就会使水汽分子从高湿度面向低湿度面迁移，透气是一个“吸附扩散解吸”的过程，改善织物透气性。微孔PU涂层织物是一种遍及PU涂层的永久性微孔和通道系。如果微孔大孔径约在23m或以下，那么织物就有阻水能力，并且这种微孔结构也是透气的。层压层压织物是运用层压技术把一般面料布料和高新技术微孔薄膜产品的优良性能层压于一体，取长补短，充分表现出差别化和功能化的时代特征，是目前阻水透气织物的主要进展方向近年来，美国高尔公司的Gore—Tex产品和荷兰AKZO公司的Sympatex产品一直引导着阻水透气层压织物市场，而且代表了全部“阻水透气的高水平 1．3阻水透气PU涂层织物的功能和应用 拒水透气PU涂层织物是国际PU涂层产业的个功能性产品，具有拒水、透气、阻风、保暖、拒水的非常功能，它可以散发体表汗气，确保皮肤干燥，制造温暖的工作装内气候。根据PU涂层织物具有的多功能性，它可以广泛应用于各种领域： ●阻水透气性：制成雨具，如风雪雨衣、钓鱼服，制成休闲服，如跑步服、滑雪服、滑雪服、部队训练服、野外作战服等 ·阻风保暖性：制成防寒服、各种恶劣条件下的防护服，如冬季防寒服、出海服、油田作业服、极地考察服等。我们研制开发的PU湿法拒水透气PU涂层织物经国家棉花纺织织产品质量监督检测中心，．德国、韩国权威机构检测，产品达到国际同类PU涂层产品的先进水平。目前，公安部已经用该产品制作警用多功能服，它轻便保暖、防雨挡风、使用温度范围广、一衣多用，受到好评。2Pu微孔PU涂层织物的阻水透气机理分析 2．1拒水透气PU涂层织物的基本要求究表明：拒水透气PU涂层织物必须满足以下条件，才能适应不同用途、不同恶劣条件下人们穿着时的理想效果 ●具有较高的耐水压，防雨雪浸入； ·透气量高，保持在汗液蒸发量以上； ·具有较好的阻风保暖性，保持人体肯定的体温；

·具有肯定的耐久性和耐水洗性从表1和表2可以看出，如果工作装的透气量在300Og／m·d“上，就能保持穿着的舒适性。目前科亿达PU微孔PU涂层织物的透气量在400og／m·d以上。

2．1．2阻水性 织物的拒水性常以其能承受的水压来表示，耐水压越高，阻水性越好。对于阻水性指标，不同用途有不同的要求美国军用标准中拒水产品的耐水压低要求为1395mm水柱，日本自卫队雨衣的要求在1400mm水柱以上，因此Pu微孔PU涂层织物的耐水压要求在2000mrn水柱以上，完全可达到有关规定阻水性的另一个指标是织物表面的拒水性，可通过有机硅或有机氟后整理来达到。织物拒水性不仅可以提高PU涂层织物的阻水性，还可以使雨雪不致润湿织物表面，从而减少织物的增重科亿达PU涂层织物的拒水度均可达到4级以上，并且耐久性优良阻风性透气量是冬季工作装织物非常重要的功能性指标之一，在有风的情况下，用不易透气的布料制作外衣，可预防服装内暖空气外流和外界冷空气的侵入，提高工作装的保暖率。国内试穿经验表明，冬服织物的透气量对保暖值有明显影响，特别大风环境中更是如此，透气量超过3ml／cm·s时就失去阻风性能。为了在较大风速下使冬季工作装保持8o左右的保暖率，根据ASTM方法平板保暖性试验结果发觉，必须选取透气量小于0，5ml／cm。·s左右的PU涂层织物目前．科亿达微孔PU涂层织物的透气量实际为0．4ml／cm·s。 2．1．4耐久性 耐久性是要求上述各项性能在使用中受摩擦、拉伸等力学作用或清洗仍能保持原来的效果。对于科亿达微孔PU涂层织物而言，主要要求具有很好的剥离强度其它，耐久性还包含织物表面的耐久性拒水，低温柔软性等等。 2．2阻水透气PU涂层织物的阻水透气原理

阻水透气指水不能透过工作装而人体散发的汗液却能以水蒸汽的形式通过工作装传到外界。从字面上看，阻水和透气两种功能是相互矛盾的，但是利用水蒸汽分子和雨水水滴体积之间的庞大差别就可以达到此目的。水蒸汽分子和雨滴直径如表3从表3中我们可以发觉，只要通过工艺操纵使PU涂层膜的孔径在几个m或以下，就能阻挡水滴通过而同意水蒸汽透过。湿法棘层是采纳水中凝固法使织物上的PU涂层形成均匀质密的微孔，微孔的尺寸操纵在水滴和水蒸汽分子之间，约0．22Om，从而起到阻挡水通过而同意水蒸汽通过的作用。孔径、孔率将直接影响织物的拒水(耐静水压)透气(透气量)指标，孔径大、开孔率高则耐静水压指标低，透气量高湿法PU涂层的透气机理和聚四氟乙烯层压织物基本相同，但聚四氟乙烯没有极性，透气完全靠微孔，而PU湿法橡层织物是一种极性高分子材料，透气原理除依靠PU涂层面上的微孔以外，具有亲水性的分子链段还可以传递水分子。因此，湿法PU涂层织物的阻水透气性主要是两种机理：一是微孔机理；二是台阶机理，一个“吸附扩散解吸”的过程。同时湿法PU涂层织物阻水性的另一个指标是拒水性，通过树脂后整理使织物表面获得比水更小的表面张力，大约是水的t／8，使织物上的水滴会以水珠状落下，而不会渗入织物。因此，湿法PU微孔PU涂层织物具备良好阻水透气性的必要条件：·水在微孔PU涂层膜表面的接触角在120左右

·微孔膜的孔径尺寸大于水单分子尺 度，而小于蒸汽分子的尺度，以保证气态水在水蒸汽压力差下，由高湿的工作装内向低湿的外界环境扩散，而在遭受雨淋时，液态水不能通过微孔。 ·微孔膜的毛细输送力具有从内向外的方向性，要求外表面拒水而内表面亲水。拒水透气PU涂层织物工艺试验 3．1原材料选择和配比 由于PU拒水透气PU涂层织物多用作休闲服、休闲服等工作装布料，因此在基础树脂的选择上我们选择了超柔软型多孔层性高分子树脂。考虑到，软质型一般整理时易导致粘连问题，我们进一步优选了低粘连性树脂，使产品获得了和天然真皮相同的低弹性柔软手感，并解决了表面粘连问题。在湿法整理中必须使用由水溶性溶剂调成的PU树脂，若使用像干式整理中所用非水溶性溶剂的混合型，整理起来就非常困难，达不到理想的透气性。因此，理想的溶剂就是DMF，而且纯度≥99．9。在整个湿法整理中，重要的是如何调整多孔层单晶的形状和大小。微孔的孔径大小、孔径分布和开孔率直接影响织物的阻水性、透气性和阻风保暖性能。孔径增大，耐水压、阻风保暖性能下降，透气性提高，孔径分布越宽，耐水压、阻风保暖性能下降，透气性提高。适宜的孔径好在0．2～0．5,urn范围内，开孔率好为45～90一般单晶的形状受多种因素、条件(例如配合液中树脂浓度、粘度、凝固槽的温度及组成，还有添加剂等)影响而发生微妙的变化，因此要制造出微孔合理、表面平坦完滑、无卷曲的PU涂层皮膜织物，必须考虑以上各因素的影响，再设定使用条件，使用比例。 3．1．1配合液中树脂浓度 如果树脂浓度低，相反相当于DMF的浓度高，这样DMF在水中被置换的空间增加，所以多孔性PU涂层膜的密度变小，单晶形状变大，透气性高。通过不同浓度下的对比试验，我们终选定了两种不同工艺流程下的佳涂布浓度。 3．1．2配合液粘度 凝固过程中水向PU湿式层浸入和DMF从湿式层中向水中的扩散是同时和协地进行。一般，配合液粘度高，前者的速度慢，所以厚度减少，单晶有变小的倾向，耐水压、阻风保暖性能好，透气性下降，因此，粘度保持一致对质量的稳定有肯定影响 3．1．3添加剂 在湿式整理中，如果将PU树脂单用DMF稀释之后使用的话，这样很难得到表面平坦完滑、微孔大小、形状大体均匀一致的PU涂层皮膜。在实际整理中，要加一些添加剂，以此来缓解聚合物之间的较强聚集力，同时也能缓和初期的DMF急剧扩散和水的急剧渗入，使凝固过程缓慢进行。由此可知，湿法生产中浆料的配方及比例是为关键的技术因素，在大量小样中试试验中，通过计算、对比分析、模拟了多种配合比例，不断改变添加剂、溶剂及助剂的种类、加入量，然后对每种配方的产品进行标准化的透气性、透气性、耐水压等指标测定，然后进行对比分析研究，终根据不同的功能要求及工艺流程寻到了合理的配合。 3．2PU涂层织物生产工艺流程和技术要求在确定原材料及配比基础上，确定合理的工艺流程及参数对保证产品性能，提高产品质量，降低产品成本有非常重要的作用在试制中，通过理论分析，实践总结，设计了几条工艺路线，这些路线在工艺及参数的主要方面是一致的，但根据基布、原材料配合的不同在一些细节上存在着差异，因此我们根据阻水透气PU涂层织物布料纤维、组织结构的不同和应用领域性能要求不同，将湿法整理的流程分为以下两种： ·整理流程一 (1)工艺流程配料t织物检验一前拒水后整理一湿法辊涂一凝固水洗一干燥一耐久性后拒水处一打卷一检验一包装

(2)主要工艺参数及要求织物：根据用户要求选择适当的布料，须使用有关标准规定的一等品。前拒水后整理：主要预防树脂过多渗入织物使手感变硬或透腔。一般采纳有机氟阻水剂，处理蔽浓度根据基布的不同作用相应调整。湿法辊涂：刀距一般为基布+250~m，上胶量150～18og／m，配合液粘度(120009-1000)cps／25C。凝固组成：温度20～30℃DMF浓度(10±2)。水洗：40～60℃分阶段升温，后水洗槽DMF浓度0～1％干燥：80～120"C，先采取滚筒预干燥再熟化热定型干燥后拒水处理：主要是使产品具有持久的拒水性和耐水洗性，并相应提高其耐水压。

·整理流程二 (1)工艺流程14配料t织物检验一前拒水后整理一湿法刮涂一预凝固一千燥一湿法辊涂一十配料凝固水洗一干燥一耐久性拒水处理一打卷一检验一包装 (2)主要工艺参数和要求织物：同整理流程一前拒水处理：预防PU涂层时产生蕊吸效应，树脂过多渗入织物使手感变硬，并使PU涂层连续完整，采纳有机氟阻水剂，处理液浓度为3，拒水度达到70～8O。湿法刮涂：主要为提高PU涂层织物的剥离强度，提高耐水压，同时使织物手感柔软。上胶量25～30g／m，配台液粘度10000～12000cps／25C。预凝固：水温常温DMF浓度<3干燥：滚筒熨平干燥，温度100～110℃湿法面涂：刀距一般操纵在基布原+(200~250)p．m，配合液粘度由于底涂后透气度有所下降，所以粘度一般操纵在(8000~500)cps／25C。其余工艺参数及要求同整理流程一整理流程一和整理流程二相比，前者对于提高涂屡织物的粘结强力是特别有效的并能使湿法辊涂时减少树脂对纺纱线间的渗透，使PU涂层趋于表面成膜，提高PU涂层膜的平坦完洁、手感柔软性，但整理流程一在不强调剥离强度的情况下，使透气度大化是有效的。 3．3PU涂层织物主要工艺参数的确定和操纵工艺条件是执行各工艺过程的重要内容，它对产品的性能质量有特别重要的影响，在PU湿法拒水透气PU涂层织物的试制生产中，主要的工艺参数有如下几方面：前拒水前拒水主要是预防PU涂层时织物产生蕊吸效应，保证PU涂层膜趋于表面使其连续完整，并使产品手感柔软。影响前拒水的因素：(13阻水剂种类的选择。对PuPU涂层整理一般选择初使效果良好的有机氟拒水剂，且成本低。(2)处理液的浓度及剂绞率，采取整理流程一时，处理液浓度不能太高，太高PU涂层织物的粘附强力低，耐久性差；太低时，树脂渗入织物内部多，手感变硬甚至透胶，因此要多加注意(3)热处理的温度及时间。热处理的温度必须依照拒水剂的熔点温度来设定，并且拒水剂颗粒的熔化需肯定的时间，因此要严格操纵．否则达不到理想效果。 3．3．2凝固温度 一般，如果凝固槽温度高，即大于30C，DMF抽出速度快，和此相反，水的浸入速度变慢，在其内部聚合物的溶化状态维持的长，所以厚度减少，密度增大，微孔就变小，透气性下降。并且当树脂浓度低时，囤配合液自身粘度低，由凝固槽温度所决策，密度不太变化．但单晶微孔形状则困凝固槽温度高而变得粗糙，这些必须注意。 3．3．3凝固槽的组成 在湿法整理时，一般凝固槽内使用水，但如果从DMF易回收方面考虑，我们采纳DMF浓度1O～15％来凝固。 3．3．4水洗槽的温度和组成 当PU涂层织物进入水冼槽时，树脂层内仍残留着30的DMF，如果在这种状态下直接干燥，那么残留的DMF就会使PU涂层再次溶化，既破坏表面平滑性，又使透气性能变坏。因此就要在水洗槽内将残留的DMF用强制的方法全部抽出(例如水洗高温度挤压辊反复挤压)，否则就很难得到平坦完滑的PU涂层表面．因此后水洗槽浓度必须操纵在0～1之间。在工艺参数设定上温度在4O～60C，并且要分阶段升温，预防温差过大，使微孔遇热急剧收缩影响透气性，其它从较低温度进入较高温度的较大温差也是造成手感不好的原因之一，因此要注意温度。 3．3．5干燥温度 从水洗槽出来的PU涂层织物，接下来就是下燥，在干燥前必须使DMF的残留量越少越好．一般要求在湿胶膜中DMF的存留量操纵在3以下，否则干燥时会使树脂再次溶化，破坏透气量，增大表面粘连性。 3．6后拒水处理 产品的后拒水处理主要目的是使产品具有持久的拒水性，并相应提高耐静水压。在拒水剂种类选择上我们选择了日本的碳氟树脂拒水防油剂，但碳氟树脂在纤维上后整理较困难，PU涂层织物的拒水性不耐摩擦和水洗，经过试验通过使用一种媒介剂及催化剂来连接纤维和碳氟树脂，成功地将拒水剂牢牢地固定在纤维上，解决了不耐摩擦和水洗的问题，产品具有耐久的拒水性 结语 阻水透气PU涂层织物属拒水PU涂层织物系列产品，其突出的优点在于具有拒水并能透出闷热的汗气。解决了阻水和透气这对不可调和的矛盾，它有其它PU涂层产品所没有的透气性、拒水性、柔软性、饱满性、表面高档等特点．增加了附加值。拒水透气PU涂层织物属功能面料，具有阻风、阻水、防寒、保温、透气、透气、离水、手感柔软等多方面性能集于一体的高挡布料。在发达国家也是休闲装、休闷装和特种功能工作装的首选织物。该产品填补了我国阻水透气中高档产品的一项空白，具有明显的经济、军事和社会效益。sfrwgtrhtyy