防水透濕涂層織物發(fā)展及應(yīng)用

羅 棟

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000)

防水透濕織物在許多應(yīng)用領(lǐng)域中使用十分廣泛，在－5℃～－50℃的儲藏室中，優(yōu)良的保熱和透濕性能是織物必須具備的。防水透濕是相互矛盾的，因此，制造這種即防水又透濕的產(chǎn)品對制造商的挑戰(zhàn)很大。

1 目前防水透濕涂層織物發(fā)展概況

防水透濕織物也叫防水透氣織物，在國外又稱“可呼吸織物”。從織物功能與舒適性角度看，防水透濕織物是指具有一定壓力的水或者具有一定功能的雨水，及各種服裝外的雪、露、霜等，不能透過或浸透織物，而人體散發(fā)的汗液、汗氣能夠主要以水蒸氣的形式傳遞到外界，不會積聚冷凝在體表和織物之間而使人體保持干爽和溫暖，從而實現(xiàn)了織物防水功能與織物熱、濕舒適性的統(tǒng)一。從加工方法看，防水透濕織物可以分為高密度織物、涂層織物、層壓織物和高科技非織造布等，這也是目前最常用的分類方法。高密度織物一般采用細棉纖維或超細合成纖維長絲織成高密織物，使這類織物紗線間隙小到不允許水滴通過。這類織物的特點是具有優(yōu)良的透濕性、懸垂性和較好的手感，但防水性差，其耐水壓值一般不超過1m，織物的撕破強力低，耐折邊摩擦性也較差。由于織物密度相當(dāng)大，紡紗必須采用特殊工藝處理，織布時斷頭多，次品率高，一般染整加工較困難。高科技非織造布以美國杜邦公司防水透濕非織造布為代表，由100%高密度聚乙烯通過悶蒸法技術(shù)制作而成，其特殊致密結(jié)構(gòu)能防水透濕、透氣，適用于服裝內(nèi)襯，特別是羽絨服裝。目前研究和應(yīng)用較多的是層壓織物和涂層織物，本章主要討論涂層織物。

人們在日常生活中經(jīng)常要接觸水，這就是人們對穿著的衣物提出了防水的要求。據(jù)文獻記載，早在公元1600年前，中美和南美的居民就生產(chǎn)出了防水織物。以后隨著高分子科學(xué)的發(fā)展，多種合成材料出現(xiàn)了，作為涂層材料作用于織物上，制成防水織物。

在織物上涂漆，將織物加工成漆布作為御雨蔽日的用品，也作為工作服和包裝使用，這是有文獻記載的最早的防水織物。油布是另外一種很好的防水材料，在我國的隋唐時期，用桐油制作油布。油布歷經(jīng)宋朝、元朝的發(fā)展，到清明時期，又增加了油綢、油絹等品種，用來制作雨傘、雨冠、雨衣等。橡膠涂層防雨布最早出現(xiàn)在1600年左右，哥倫布在美洲大陸發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)鼐用駥南鹉z樹流出的漿液涂在布上，生產(chǎn)防水織物。1735年，巴黎科學(xué)院將美洲居民的橡膠涂層防雨布介紹到歐洲。橡膠涂層構(gòu)成了現(xiàn)代涂層的基礎(chǔ)。這些早期的涂層防水織物有一定的防水效果，但不透濕，人體散發(fā)的汗氣不能及時通過織物擴散到外界，積累在體表和織物之間，使服用者產(chǎn)生不舒服甚至低溫寒冷的感覺，在極端氣候條件下，可能會傷害危及人的健康，甚至生命。這促使人們著手研究防水透濕織物，在二戰(zhàn)期間，Shirley 學(xué)院的研究人員最先研制出防水透濕織物，主要用于軍事、戶外活動、醫(yī)生手術(shù)服等。Shirley 防水透濕織物是一種相當(dāng)緊密的全棉牛津布，在干態(tài)時透濕性較好，濕態(tài)時棉纖維吸水膨脹，紗線之間的空隙減少，在短時間內(nèi)可以防止水的滲透［2］。

今天，人們已成功地將矛盾的防水和透濕性能集于一種織物之中，巧妙地將防水透濕織物的設(shè)計與紡織品轉(zhuǎn)移水蒸氣及液態(tài)水的機理密切結(jié)合起來。在涂層法制備防水透濕織物方面，最先利用的涂層材料為丙烯酸和聚氨酯系列。在20 世紀(jì)60年代末和70年代初期，很多學(xué)者對涂層材料織物進行了大量的研究。當(dāng)把水滴在荷葉上時，水不會侵入到荷葉中，而是在其上形成了滾動的水滴。用電子顯微鏡觀察荷葉表面會發(fā)現(xiàn)，荷葉表面因覆蓋著稠密的細短絨毛及連續(xù)的蠟質(zhì)層，絨毛之間存有很多空氣，絨毛與空氣在荷葉表面上自然地混合覆蓋著。這樣的混合覆蓋層，使水不能侵入荷葉內(nèi)而形成水滴滑落下來。超高密防水織物就是利用荷葉防水這一自然現(xiàn)象制成的。20 世紀(jì)80年代以前，一般是利用溶液或溶劑體系產(chǎn)生的聚合物作為涂層體系。自20 世紀(jì)80年代以來，水溶性涂層材料的研究引起了很多研究者的興趣。現(xiàn)在研制成功的水溶性涂層防水材料，主要為聚氨酯及其改性產(chǎn)品。以聚氨酯為代表的干濕工藝技術(shù)的研發(fā)，對開發(fā)防水透濕功能產(chǎn)品起著巨大的推動作用。20 世紀(jì)80年代中期，又出現(xiàn)了一種新的涂層工藝——放電涂層。此種技術(shù)是利用物理和化學(xué)手段，借助等離子體鍍膜技術(shù)，在織物表面進行改性，使其具有憎水、防水能力。

2 防水透濕涂層材料

涂層織物是工程復(fù)合材料，由紡織品(基布)與其表面的聚合物通過黏合劑相結(jié)合而成。涂層織物將紡織品的優(yōu)點和其表面聚合物的優(yōu)點結(jié)合在一起，而具有許多新的性質(zhì)，如防塵、據(jù)液、不透氣、增加織物的耐磨性等，這些性質(zhì)由任何單一組分都無法實現(xiàn)?；紴槠涮峁C械強度，如撕裂強度、拉伸強度、伸長率和尺寸穩(wěn)定性等，并支撐涂在上面的涂層;聚合物為其提供化學(xué)性質(zhì)，如耐磨性、防水性、阻隔氣體通過等。但實際上涂層織物的許多特性是由二者共同決定的。因此，生產(chǎn)涂層織物的關(guān)鍵是基布和聚合物的選擇。當(dāng)然加工設(shè)備、加工方法等對涂層織物的性能、用途同樣具有重要影響［1］。

2.1 紡織品(基布)

基布是開發(fā)涂層產(chǎn)品的基礎(chǔ)，過去幾年中對基布的選用和設(shè)計做了很多工作，但與國外差距還不少，大量基布還需進口。一般來說，干法直接涂層產(chǎn)品，基布在外，涂層在內(nèi)，對基布要求較高，選擇或設(shè)計基布時，特別要注意質(zhì)量和外觀。轉(zhuǎn)移涂層產(chǎn)品基布在內(nèi)，涂層面在外，對基布的要求是成本要低一些，著重考慮圖層面的加工?；嫉倪x擇或設(shè)計，在纖維品種方面，以棉和黏膠較多，成本低、透濕好，穿著也舒適;如要考慮牢度和強度可用混紡織物，通常滌綸混紡織物較多，滌棉混紡織物作為基布量大面廣，也有與腈綸或錦綸混紡的。純化纖織物作為基布，美觀牢固，錦綸和滌綸可用于衣著，丙綸和腈綸等以工業(yè)用較多。濕法仿皮絨以滌綸為主，也有用錦綸的，最好超細纖維，細纖維比超細纖維質(zhì)量要差一些?？椩旆矫妫瑱C織、針織和非織造布都有應(yīng)用，機織布量大面廣，針織布伸長和彈性較好，非織造布成本較低，后兩者多用于轉(zhuǎn)移涂層。濕法涂層基布經(jīng)紗可用滌棉混紡的普通纖維，緯紗可用細旦滌綸長絲來代替超細纖維，織造時緯密可大一些，經(jīng)密不宜太大。很多坯布經(jīng)物理處理后性能更好，起絨后的基布用于轉(zhuǎn)移涂層可以增加黏結(jié)力，減少滲透。濕法涂層仿鹿皮最后要磨削，使外觀和風(fēng)格更接近鹿皮。

根據(jù)不同的用途要求，可用于涂層織物基布的紡織品種類很多。諸如棉、滌綸和錦綸等，前者與聚合物有很好的粘合力，是最早用于涂層的紡織品，且用量很大;而后兩者的強度、拒水拒油性、抗微生物性、尺寸穩(wěn)定性等更好。表1 是常用涂層基布的特點。

表1 涂層中常用基布的特點Table 1 Features commonly used in fabric coating

2.2 涂層膠

紡織品涂層整理劑又叫涂層膠，也叫涂層劑，是一種均勻涂布于織物表面的高分子類化合物，它通過黏合作用，在織物表面形成一層或多層薄膜，使織物改善外觀和風(fēng)格，增加附加功能，具有防水、透濕、阻燃等特殊功能。涂層劑通常以溶液、水分散體或在溶劑中未交聯(lián)狀態(tài)涂在織物上。聚合物沉積在織物上后進行交聯(lián)，以提高涂層耐磨性、耐水性及耐溶劑型。但交聯(lián)又會影響到織物的手感。能夠用作涂層劑的化合物主要有聚丙烯酸酯類、聚氨酯、有機硅類、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠等。聚合物的性能、交聯(lián)劑的類型和濃度，催化劑的類型和濃度、交聯(lián)溫度和時間等都會影響交聯(lián)的效果，從而影響涂層織物的使用性能。聚合物樹脂的具體性能及用途概括為表2。

表2 涂層織物常用聚合物Table 2 Common polymer of coated fabrics

續(xù)表2

從表2 中可以看出，聚氨酯對于基布的黏合力好，即使在很低的溫度下也有較好的延伸性和非常好的彈性，表面耐磨性非常好，常用于皮革的漆料。丙烯酸樹脂的透明性好，同時具有很好的抗紫外線性能。涂層高聚物樹脂的混合是一個極其專業(yè)化的過程，多數(shù)由專門公司完成。原料篩選、制定配方、物理混合均勻、最佳黏稠度、長期存儲穩(wěn)定等都是高聚物樹脂混合的關(guān)鍵所在。

3 防水透濕涂層織物在防護服裝中的應(yīng)用

3.1 防風(fēng)耐寒服裝

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人類居住條件的改善使得惡劣的自然環(huán)境不再影響人們的日常生活，但是在寒冷地區(qū)的戶外活動卻對防寒服提出越來越高的要求。這些惡劣自然環(huán)境的極端代表是極地地區(qū)，那里的溫度可以低至－40℃，還有一些地方的溫度可以降到－60℃，在這種極度嚴(yán)寒的地方生存必須有某些特種的防寒服裝和裝備。

防風(fēng)耐寒透濕織物應(yīng)當(dāng)具備以下性能:(1)優(yōu)異的防風(fēng)保暖性能;(2)透濕舒適性;(3)耐低溫性;(4)耐老化性;(5)良好的服用性能。

因此，防寒服外層最好采用防水透濕涂層織物。常規(guī)涂層方法無法滿足這些性能要求，尤其低溫透濕性能，如聚氨酯在0℃以下，透濕性大幅下降，同時發(fā)硬，影響其使用。而采用漢麻稈芯超細粉體有機硅改性聚氨酯后制成的耐低溫防水透濕涂層膠有效地解決了防風(fēng)透濕問題，生產(chǎn)出的防寒服裝具有優(yōu)異的防風(fēng)耐寒功能，且透濕性好，有較好的穿著舒適性，適合在低溫場合使用［2］。

3.2 防水透濕雨衣

采用氯丁橡膠或聚氯乙烯涂層制作的雨衣，膠膜顏色為黑色，這種雨衣存在以下幾方面問題:(1)由于該雨衣為不透氣材料制作，悶熱感強，舒適性差。(2)雨衣結(jié)構(gòu)不合理，腰圍肥大，袖子長，行動不靈活，帽子普遍偏大，造成視角小，影響觀察和聽覺。(3)易濕褲腿，系扣費勁，不便于穿脫。(4)功能少，色彩單一。(5)雨衣淋濕后無處可放，不好保管。(6)拼接部位采用膠黏合，易出現(xiàn)脫膠而漏雨。

針對這些缺點，將微孔法防水透濕與親水導(dǎo)濕結(jié)合在一起是一種理想的解決防水透濕的方法，即采用耐老化高防水透濕聚氨酯涂層劑來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

由于雨衣需要防水透濕，通常采用滌綸或錦綸長絲織物作為基布，這樣強力高，吸濕率低，使得雨水滲透減少，同時對于拒水的耐久性有所幫助。但常規(guī)滌綸織物，尤其長絲織物存在易鉤絲、撕破強力低、涂層后發(fā)硬、響聲大等缺陷?？赏ㄟ^細旦長絲與細旦短纖交織的方法，來提高織物的強力、抗撕裂性和抗鉤絲性能，減少起毛起球情況;采用高密斜紋織造方法，既可以提高涂層后的防水性能，又可以保持織物具有良好的柔軟性。經(jīng)測試長短交織基布的經(jīng)向強力提高41%左右，緯向強力提高了87%，斷裂伸長也有不同程度的提高，撕破強力提高1 倍以上，這大大提高了雨衣的耐用程度。鉤絲性提高了1 級左右，也有助于提高雨衣的外觀。

為驗證雨衣的整體防雨性能，可進行實驗室人工氣候倉淋雨試驗，采用高低溫人工氣候倉，該人工氣候倉可以模擬不同溫度、不同日照強度、不同降雨量的氣候條件。將試驗樣品按照實際的使用狀態(tài)套穿在假人模型上，置于人工氣候倉內(nèi)，降雨量設(shè)定為儀器的最大降雨量14400mm，淋雨時間持續(xù)6h。兩種雨衣在經(jīng)過6h 特大暴雨淋雨試驗以后，雨衣面料內(nèi)測表面沒有水跡，假人純棉內(nèi)衣沒有濕痕，證明雨衣材料的整體防雨性能良好。

為方便穿用，雨衣有分身式和長款等不同的型號。經(jīng)試穿防水透濕雨衣輕便耐用、便于攜帶，外形美觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，具有良好的防雨性能和偽裝性能，并且長期存放后涂層不粘連。在人日常生活和工作中都可以使用，也可以用作軍隊的防雨裝備［3］。

3.3 防水透濕織物發(fā)展前景

今年國內(nèi)的休閑裝和便服面料中使用有透濕功能的層壓織物(如針織或機織物與薄膜黏合)或涂層織物明顯增加。隨著科技的進步，人們在產(chǎn)品的功能開發(fā)上吸收和移植現(xiàn)代新技術(shù)，以提升現(xiàn)有防水透濕織物的產(chǎn)品檔次，如采用有記憶功能的聚氨酯膜制造具有調(diào)節(jié)功能的透濕織物;將納米級的功能微粒植入防水膜，則使原先的防水透濕織物具有抗菌、抗紫外線、防偽等復(fù)合功能;新型的防水透濕產(chǎn)品除具有基本的防水透濕功能外，還會集防風(fēng)、防寒、保溫、抗靜電、阻燃、抗菌、隔絕、過濾、抗紫外線、舒適、手感柔軟等多方面功能于一體。其服裝也從最初的防雨衣向工作服裝、防護服裝、運動服裝、休閑裝以及特種功能服裝方面發(fā)展。涂層生產(chǎn)方法中含有很多有害溶劑，對操作者的健康有傷害，污染環(huán)境。所以，開發(fā)水乳性聚氨酯涂層劑，減少對環(huán)境的污染及對人體的危害，是防水透濕織物發(fā)展的必然趨勢。

［1］賈娟，王革輝. 防水透濕涂層織物的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］. 中國皮革，2006.

［2］李朝輝，王春梅. 防水透濕織物的種類和發(fā)展［J］. 山東紡織科技，2005.

［3］潘云芳. 防水透濕涂層織物的發(fā)展及工藝探討［J］. 紡織學(xué)報，2004.