聚氨酯涂層類防水透濕織物研究進(jìn)展

曲文廣

(威海市文登區(qū)行業(yè)管理辦公室，山東 威海，264400)

聚氨酯涂層類防水透濕織物研究進(jìn)展

曲文廣

(威海市文登區(qū)行業(yè)管理辦公室，山東 威海，264400)

文章介紹了防水透濕織物的性能特征和基本分類，以及聚氨酯涂層類防水透濕織物的研究現(xiàn)狀；綜述了聚氨酯織物涂層的最新改性方法。

防水透濕; 聚氨酯涂層; 有機(jī)硅; 多組分復(fù)合; 耐熱性

防水透濕織物是指在一定壓力作用下液態(tài)水水不能浸入，但是氣態(tài)水蒸氣和空氣卻能透過并傳導(dǎo)到外界的織物，集防水、防風(fēng)、透濕和保暖功能于一體[1-2]。相關(guān)研究表明，人體皮膚與服裝之間的“微氣候區(qū)”對(duì)人體著裝舒適感具有決定性作用。如果人體蒸發(fā)的汗氣不能排出體外，微氣候區(qū)內(nèi)的水蒸氣含量就會(huì)升高，導(dǎo)致皮膚表層相對(duì)濕度增加，水蒸氣甚至?xí)谳^低溫度下發(fā)生冷凝，從而使穿著者感到悶熱不舒適。而防水透濕織物不僅可以阻擋外界水分的浸入，而且能夠使人體表層皮膚蒸發(fā)的汗氣及時(shí)排出體外，在起到防護(hù)功能的同時(shí)改善人體著裝的舒適性[3]。

1 防水透濕織物分類

按生產(chǎn)加工方法的不同，防水透濕織物可以分為三類。分類如下：

1.1 超高密度防水透濕織物

所謂超高密度防水透濕織物，是指采用超細(xì)號(hào)棉紗或超細(xì)合成纖維織造而成的具有防水透濕功能的超高密度機(jī)織物[4]。由于織物的經(jīng)向和緯向的密度很大，織物對(duì)外界水分具有一定的防護(hù)能力，同時(shí)能夠保證水蒸氣的透過。

1.2 層壓防水透濕織物

層壓防水透濕織物，一般是把具有防水透濕功能的薄膜通過層壓工藝與織物結(jié)合而制成的具有防水透濕功能的織物[5]。根據(jù)所用薄膜材料的不同，層壓防水透濕織物可分為無孔親水薄膜、微孔薄膜和無孔親水薄膜微孔薄膜復(fù)合層壓織物[6]。目前，層壓防水透濕織物是防水透濕織物的主要發(fā)展方向，廣泛應(yīng)用于戶外防護(hù)服裝。

1.3 涂層防水透濕織物

涂層類防水透濕織物，是將具有防水功能的高聚物均勻涂覆在織物表面上而制成的具有防水透濕功能的織物。由于高聚物涂層材料將織物表面的孔隙減少到一定程度，而使織物具有防水性的同時(shí)保持其透濕性[7]。此外，相關(guān)學(xué)者通過特殊方法在拒水涂層中引入親水性物質(zhì)或親水基團(tuán)，而使織物具有防水透濕性，例如，目前廣泛應(yīng)用的改性聚氨酯涂層類防水透濕織物。

2 聚氨酯涂層

聚氨酯涂層粘附性優(yōu)良，且成本較低，用于涂層織物時(shí)不僅彈性較好手感優(yōu)良，而且涂層織物抗張強(qiáng)度高，伸長率大，柔韌性、潤濕性、光澤性和耐磨性優(yōu)異。近年來，聚氨酯涂層廣泛應(yīng)用于紡織品功能整理，尤其在防水透濕織物領(lǐng)域，逐漸成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)[8-9]。但是，聚氨酯涂層的綜合性能仍不能達(dá)到人們對(duì)高端涂層產(chǎn)品性能的需求，因此，目前聚氨酯的研究方向主要集中在聚氨酯的改性處理。例如，以無機(jī)納米粉體、有機(jī)低分子化合物、有機(jī)硅類聚合物和多組分復(fù)合體系作為改性劑，對(duì)聚氨酯進(jìn)行處理。相關(guān)研究表明，以改性聚氨酯作為涂層劑用于織物涂層整理時(shí)，涂層織物不僅具有更好的防水透濕性能，而且織物抗張強(qiáng)度、耐熱性和手感性能明顯改善。

3 聚氨酯涂層改性研究現(xiàn)狀

3.1 無機(jī)化合物改性聚氨酯涂層

以二氧化鈦、氧化鋅和二氧化硅為代表的無機(jī)納米材料，在涂層類織物中應(yīng)用廣泛。例如，張海鳳等[10]以鈦酸酯作為偶聯(lián)劑對(duì)聚氨酯涂層進(jìn)行改性處理。系統(tǒng)研究了丙烯酸聚氨酯清漆和添加鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后的納米氧化鋅的丙烯酸聚氨酯涂層的防腐蝕性能。結(jié)果表明，鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后的納米ZnO的分散性明顯改善，團(tuán)聚現(xiàn)象顯著減少，且與聚氨酯基涂料材料表現(xiàn)出良好的相容性，所得復(fù)合涂層抗?jié)B透能力顯著提高。

張發(fā)興等[11]首先對(duì)二氧化硅進(jìn)行改性，然后，采用超臨界CO2流體快速膨脹法使納米二氧化硅粒子接枝在聚氨酯涂層表面，制備得到具有穩(wěn)固粗造結(jié)構(gòu)的SiO2/聚氨酯超疏水涂層。而鄭高等[12]則采用長鏈烷烴和微膠囊方法對(duì)納米二氧化鈦進(jìn)行表面改性，然后，與雙組分聚氨酯涂料進(jìn)行復(fù)合，制備得到納米TiO2/聚氨酯復(fù)合涂料。其中，納米二氧化鈦粉體的分散性良好，在相關(guān)領(lǐng)域展示出誘人的應(yīng)用前景。

3.2 低分子有機(jī)化合物改性聚氨酯涂層

低分子有機(jī)化合物與聚氨酯相容性較好，廣泛用于高聚物的改性，相關(guān)學(xué)者將低分子有機(jī)化合物與聚氨酯涂層進(jìn)行復(fù)合。例如，謝維斌等[13]在水性聚氨酯溶液中分別加入丙烯酸甲酯和丙烯酸羥乙酯，并對(duì)棉織物進(jìn)行涂層處理，系統(tǒng)研究了不同處理工藝和涂層量對(duì)棉織物的抗水性、強(qiáng)力伸長率及透濕性的影響。結(jié)果表明，丙烯酸甲酯改性聚氨酯具有更高的抗水性和抗張強(qiáng)度；而丙烯酸羥乙酯改性聚氨酯涂層有利于涂層織物透氣性的改善。

而楊秋轉(zhuǎn)等[14]以苯甲酸作為改性劑，制備得到含羥基的酚醛環(huán)氧樹脂，然后，經(jīng)鄰苯二甲酸酐固化處理，得到耐熱性良好的環(huán)氧樹脂改性聚氨酯復(fù)合涂層。并進(jìn)一步通過改變酚醛環(huán)氧樹脂的開環(huán)率，研究了聚氨酯復(fù)合體系中酚醛環(huán)氧樹脂含量的不同對(duì)其耐熱性能的影響。結(jié)果表明，酚醛環(huán)氧的引入顯著提高了聚氨酯涂層的耐熱性，在防水透濕織物中具有更廣闊的應(yīng)用前景。3.3 有機(jī)硅類改性聚氨酯涂層

有機(jī)硅類聚合物具有優(yōu)異的耐高低溫性能和突出的耐水性，逐漸成為近年來的材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。雷海波[15]等以水性含氟有機(jī)硅油作為改性劑，對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性處理，并系統(tǒng)研究了聚氨酯復(fù)合膜的微相分離特征和薄膜表面元素組成，制備得到改性聚氨酯涂層織物。結(jié)果表明，隨著含氟有機(jī)硅油含量的逐漸增加，涂層織物透濕量呈先增后降趨勢(shì)，靜水壓逐漸降低，而拒水性能顯著提高，織物回彈性能則先增加后下降。

為改善聚氨酯涂層的耐熱性能，周華利等[16]系統(tǒng)研究了不同有機(jī)硅添加量時(shí)，聚氨酯涂層的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，有機(jī)硅含量為8%時(shí)，改性聚氨酯涂層不僅具有較好的熱穩(wěn)定性，而且具有更高的力學(xué)強(qiáng)度和耐腐蝕性能。有機(jī)硅改性聚氨酯涂層用于織物整理時(shí)，所得防水透濕織物具有更好防水透濕性能的同時(shí)，綜合力學(xué)性能和熱學(xué)性能明顯改善。

3.4 多組分復(fù)合改性聚氨酯涂層

近年來，多組分復(fù)合改性逐漸成為聚氨酯研究的熱點(diǎn)。例如，郭云飛[17]以異佛爾酮二異氰酸酯、聚氧化丙烯二醇、端羥基聚二甲基硅氧烷、1,4-丁二醇和三羥甲基丙烷等為主要原料，合成了溶劑型有機(jī)硅改性聚氨酯嵌段聚合物。而曲鵬飛等[18]以甲苯二異氰酸酯、二羥甲基丙酸、羥基硅油、甲乙酮、聚醚N220和N330為主要原料，合成了有機(jī)硅改性封閉型水性聚氨酯涂層。與普通水性聚氨酯相比，有機(jī)硅改性封閉型水性聚氨酯作為織物涂層劑，具有更好的穩(wěn)定性，不僅可以達(dá)到靜水壓、水洗牢度和手感之間的性能平衡，而且具有良好的耐水洗性。

董青青等[19]首先以異佛爾酮二異氰酸酯和聚醚210作為反應(yīng)基體制得預(yù)聚體，然后，以三官能團(tuán)自交聯(lián)單體、二羥甲基丙酸和1,4-丁二醇作為擴(kuò)鏈劑，合成自交聯(lián)型脂肪族水性聚氨酯乳液，并進(jìn)一步引入有機(jī)硅單體，合成自交聯(lián)型有機(jī)硅改性聚氨酯。與普通聚氨酯涂層相比，自交聯(lián)型有機(jī)硅改性聚氨酯用于織物整理時(shí)具有更好的耐靜水壓性能、透濕率和手感。

4 結(jié)語

聚氨酯是一種極具開發(fā)價(jià)值的涂層材料，應(yīng)用于紡織品涂層整理時(shí)可以大大提高紡織產(chǎn)品的附加值，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)紡織產(chǎn)品的功能化。改性聚氨酯涂層不僅具有優(yōu)良的防水性和透濕性，而且可以明顯改善涂層織物的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和手感風(fēng)格特征，在紡織品功能整理領(lǐng)域展示出誘人的市場(chǎng)前景。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的逐漸提高，防水透濕織物越來越被受到人們的青睞，其需求量也會(huì)相應(yīng)增長，相信在不遠(yuǎn)的將來，改性聚氨酯涂層類防水透濕紡織品的應(yīng)用范圍更加廣泛，應(yīng)用前景更加美好。

[1] 陳麗華.不同種類防水透濕織物的性能及發(fā)展[J].紡織學(xué)報(bào),2012,33(7):149—156.

[2] 陳進(jìn)來.防水透濕織物的發(fā)展現(xiàn)狀[J].棉紡織技術(shù),2010,38(1):67—68.

[3] 楊銀英,賈哲昆,孟家光，等.防水透濕織物的加工技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2010,18(1):58—60.

[4] 蔡?hào)|照,胥正安.防水透濕織物織造工藝的優(yōu)化[J].棉紡織技術(shù),2011,39(4):54—56.

[5] 陳麗華.防水透濕織物服用性能的影響因素分析[J].棉紡織技術(shù),2014,42(10):27—32.

[6] 呂海寧,薛元,蔡再生，等.PU型防水透濕層壓復(fù)合織物的制備工藝及研究進(jìn)展[J].聚氨酯工業(yè),2010,25(2):5—8.

[7] 顧艷楠,鄭今歡.抗紫外防水透濕涂層織物整理研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2012,20(4):8—12.

[8] 黃良仙,郭能明,楊軍勝，等.織物涂層劑研究新進(jìn)展[J].印染助劑,2012,29(1):10—15.

[9] 楊文龍,楊建軍,張建安，等.含氟聚氨酯的合成、性能及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].印染助劑,2012,29(3):9—13.

[10] 張海鳳,高延敏,曹霞，等.改性納米氧化鋅對(duì)丙烯酸聚氨酯涂層防腐性能的影響[J].電鍍與涂飾,2010,29(2):54—58.

[11] 張發(fā)興,衛(wèi)曉利,肖忠良，等，超臨界CO2快速膨脹法制備SiO2/聚氨酯超疏水涂層[J].化工學(xué)報(bào),2012,63(7):2290—2297.

[12] 鄭高,杜楠,梁紅波等.納米二氧化鈦表面改性及其在聚氨酯涂層中的分散性質(zhì)[J].表面技術(shù),2007,36(4):42—44,48.

[13] 謝維斌.丙烯酸酯類改性聚氨酯在棉織物涂層上的應(yīng)用[J].染整技術(shù),2006,28(1):1—4,9

[14] 楊秋轉(zhuǎn),文秀芳,蔡智奇等.耐熱環(huán)氧聚氨酯復(fù)合涂層的制備與表征[J].電鍍與涂飾,2011,30(9):63—67.

[15] 雷海波,羅運(yùn)軍,王勝鵬等.含氟硅油改性聚氨酯的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能[J].材料工程,2012,(10):25—29.

[16] 周華利,殷錦捷,關(guān)媛媛等.鋅粉和有機(jī)硅對(duì)聚氨酯涂層耐蝕性和熱性能的影響[J].電鍍與涂飾,2011,30(7):69—71.

[17] 郭云飛.有機(jī)硅改性聚氨酯合成革涂層劑的合成和性能研究[D].北京：北京服裝學(xué)院,2008.

[18] 曲鵬飛,朱清峰.有機(jī)硅改性聚氨酯涂層劑的合成及應(yīng)用[J].印染,2011,37(21):6—9,34.

[19] 董青青.有機(jī)硅改性水性聚氨酯涂層劑的制備及性能研究[D].杭州：浙江理工大學(xué),2011.

Review on the Advance of Polyurethane Coated Waterproof and Breathable Fabric

QuWenguang

(Industry Management Office of Weihai Wendeng District,Weihai 264400，China)

The performance and basic classification of waterproof and breathable fabric were described, and current research progress of polyurethane coated waterproof and breathable fabric were summarized. The latest modified methods of polyurethane coated fabric were further reviewed.

waterproof and breathable; polyurethane coating; silicone; multi-component composites; heat resistance

2015-03-19

曲文廣(1967—)，男，山東威海人，工程師。

TS 195.9

A

1009-3028(2015)03-0042-03