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技術(shù)文章
防水透濕防紫外線多功能整理涂層織物
一、理論普及
防水透濕涂層織物，國(guó)外又稱“防水和可呼吸織物”(Water proof and breathable fabrics)。這種織物既能防雨防風(fēng)，又能將人體產(chǎn)生的汗液蒸發(fā)排出，避免在衣服內(nèi)形成高濕度空間而在夏季時(shí)產(chǎn)生悶熱感，在冬季時(shí)則可避免水蒸氣凝結(jié)而受凍，使穿著者保持干爽、溫暖的感覺(jué)。
可呼吸涂層織物的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，國(guó)外作為高科技、高附加值產(chǎn)品，在大量研究的基礎(chǔ)上，已進(jìn)入批量商業(yè)化生產(chǎn)階段。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家的需求逐年增加。據(jù)歐洲市場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，1986年市場(chǎng)銷售量為735萬(wàn)平方米，到1996年銷量已達(dá)6700萬(wàn)平方米，十年間增加9倍以上。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也于近年開(kāi)始啟動(dòng)。
防紫外線織物也是近年研究開(kāi)發(fā)的熱門(mén)課題之一。尤其近年地球兩極臭氧層空洞的出現(xiàn)，使到達(dá)地面的紫外線的比例相應(yīng)增加。據(jù)報(bào)道，二十世紀(jì)九十年代初照射到地球的上述短波段紫外線量與八十年代前期相比，已增大了1.5倍。過(guò)度照射紫外線會(huì)引起人體色素沉積、皮膚老化干燥、增加皺紋、產(chǎn)生褐斑甚至導(dǎo)致細(xì)胞核中的脫氧核糖核酸(DNA)損傷，影響和失去修復(fù)功能而使皮膚發(fā)生癌變。
將防水透濕功能和防紫外線功能結(jié)合而開(kāi)發(fā)一只多功能、高技術(shù)涂層織物，既符合織物涂層最新發(fā)展趨勢(shì)，也順應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的方向，具有廣闊的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益前景。
二、技術(shù)方案設(shè)計(jì)
為制得防水可呼吸及防紫外線輻射性能的涂層織物，其技術(shù)關(guān)鍵是要制得可賦予織物上述功能的涂層材料。為此設(shè)計(jì)了以下技術(shù)路線：
1、在防水透濕機(jī)理上，選擇親水性PU透濕和干法微孔透濕(雙溶劑法)相結(jié)合的技術(shù)路線。
2、采用聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯共混改性技術(shù)分別制得防水性與透濕性高度統(tǒng)一的底涂膠和面涂膠。
用于織物涂層的PU涂層劑，按所用的低聚物二醇不同可分為聚酯型和聚醚型。前者有較高的強(qiáng)度和硬度，這歸因于酯基(-cooc-)的極性大，內(nèi)聚能(12.2kj/mol)比醚基(-c-o-c-)的內(nèi)聚能(4.2kj/mol)高，因而聚酯型PU的機(jī)械強(qiáng)度高，尤其與極性基材的粘附力比聚醚型PU優(yōu)良。而聚醚型PU尤其含較多聚乙二醇醚的PU不但有較好的柔順性、耐水解性，而且由于其強(qiáng)親水性而具有較強(qiáng)的“傳導(dǎo)”水蒸汽的能力。
如將二者按一定比例進(jìn)行共混改性，得“PU高分子合金”，分別制成底涂膠和面涂膠，則可以綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，涂層得到既有優(yōu)良防水性能，又具有優(yōu)良透濕性的可呼吸涂層織物。
3、無(wú)機(jī)一有機(jī)材料嫁接技術(shù)，制成既具有紫外線屏蔽功能又可提高透濕功能的涂層材料。
某些無(wú)機(jī)材料粉末具有很強(qiáng)的反射和吸收紫外線的功能。—般粉末越細(xì)，此種性能越好。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，顆粒直徑在50-120nm，有最佳的屏蔽效果。因此，要選擇納米級(jí)或亞微米級(jí)材料，并細(xì)心勻化。有些有機(jī)化合物，具有吸收紫外線而將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的熱能之功能。將這兩類紫外線屏蔽劑通過(guò)偶聯(lián)劑、分散劑等與高分子PU材料進(jìn)行嫁接改性，制成防水可呼吸及防紫外線功能的涂層材料。
同時(shí)，由于這種涂層材料中含有無(wú)機(jī)材料的微小顆粒，在焙烘成形過(guò)程中PU高分子的體積收縮效應(yīng)，會(huì)引起微相分離，而在無(wú)機(jī)微粒界面周圍產(chǎn)生分子級(jí)的微小孔隙，成為傳遞水蒸汽分子的通道，從而進(jìn)一步有利于提高涂層織物的透濕能力。
三、工藝試驗(yàn)結(jié)果與討論
1、聚醚型PU與聚酯型PU共混比對(duì)涂層織物性能的影響
為制得具有優(yōu)良防水和透濕功能的織物涂層劑，研究了不同共混比對(duì)織物性能的影響，觀察發(fā)現(xiàn)，隨著聚醚PU、聚酯PU比例的提高，涂層織物的耐靜水壓值呈緩緩減少趨勢(shì)，而透濕量則呈增大趨勢(shì)。
2、防紫外劑用量的影響
將防紫外劑、分散劑、偶聯(lián)劑經(jīng)球磨機(jī)三次研磨成均勻細(xì)糊，然后按不同比例混入PU涂層劑中，研究了防紫外線劑的添加量對(duì)涂層織物防紫外線性能的影響。
3、生產(chǎn)工藝過(guò)程及產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果
本工藝的關(guān)鍵點(diǎn)是采用共聚物共混改性技術(shù)和有機(jī)物-無(wú)機(jī)物偶聯(lián)嫁接技術(shù)，分別制得組成不同的底膠和面膠。其涂布工藝則是在對(duì)基布前防水處理后，按常規(guī)涂層方法進(jìn)行一道底涂、兩道面涂及烘干、焙烘。
4、本涂層織物透濕機(jī)理探討
本廠制得的涂層織物的透濕機(jī)理為親水PU涂層法和干法微孔透濕法的結(jié)合，經(jīng)對(duì)涂層織物涂層面的掃描電鏡(SEM)觀察，發(fā)現(xiàn)有無(wú)數(shù)微孔。
其微孔形成的機(jī)理可能為雙溶劑法，即作為PU良溶劑的低沸點(diǎn)溶劑與PU大分子形成均勻溶液，而一定量的高沸點(diǎn)溶劑作為PU的不良溶劑，以非常細(xì)的分散狀態(tài)分散于PU溶液中。當(dāng)涂層后烘干時(shí)，低沸點(diǎn)的良溶劑首先蒸發(fā)，PU樹(shù)脂濃度上升，逐漸在兩相界面周圍凝結(jié)，而當(dāng)高沸點(diǎn)的不良溶劑蒸發(fā)后，就在涂層膜上形成了無(wú)數(shù)微孔。其烘干方法可以一溫烘干(140℃，3分鐘)，也可以兩段溫度烘干。
親水PU涂層織物的透濕機(jī)理認(rèn)為，PU大分子鏈中含有較多的親水性鏈段和基團(tuán)。這些鏈段和基團(tuán)以形成氫鍵的方式“捕獲”人體散發(fā)的水蒸汽分子。由于PU大分子中無(wú)定形區(qū)軟鏈段的分子熱運(yùn)動(dòng)，得以形成瞬時(shí)空穴，并在服裝內(nèi)外水蒸汽壓差的推動(dòng)下，人體汗液蒸發(fā)的水蒸汽分子從水蒸汽壓高的一邊逐級(jí)“傳遞”到另一邊，即從接觸皮膚的一邊“傳遞”到周圍環(huán)境，從而達(dá)到防水透濕功能。
上述兩種透濕方法和機(jī)理的結(jié)合，則大大提高了涂層織物的透濕即可呼吸功能。
四、結(jié)語(yǔ)
本產(chǎn)品采用了高分子-共混改性技術(shù)和無(wú)機(jī)—有機(jī)材料嫁接技術(shù)，并將親水PU透濕法和干法微孔透濕法兩種透濕方法相結(jié)合，制得具有優(yōu)良防水可呼吸及防紫外線性能的涂層材料，經(jīng)一底兩面三次涂層，織物獲得較高的防水、透濕及防紫外功能。
該產(chǎn)品具有一定的防水透濕和對(duì)紫外線防護(hù)的功能，社會(huì)效益明顯。由于產(chǎn)品技術(shù)含量高，產(chǎn)品附加值高。經(jīng)濟(jì)效益顯著，經(jīng)80多萬(wàn)米試產(chǎn)試銷，產(chǎn)品內(nèi)在指標(biāo)和外觀質(zhì)量都深受客戶歡迎，市場(chǎng)前景廣闊。
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