防水透濕聚氨酯薄膜的研制

郁之義，李守財(cái)，武玉學(xué)，周銀春

（寧波諾爾麗化學(xué)科技有限公司，浙江寧波315204）

防水透濕聚氨酯薄膜的研制

郁之義，李守財(cái)，武玉學(xué)，周銀春

（寧波諾爾麗化學(xué)科技有限公司，浙江寧波315204）

21世紀(jì)的聚氨酯服裝革將向著穿著舒適化、功能化及回歸自然等方向發(fā)展。各種智能織物，功能織物得到廣泛的關(guān)注與發(fā)展，防水透氣織物就是其中之一。本文以聚乙二醇中PO為疏水結(jié)構(gòu)，EO為親水結(jié)構(gòu)，并以PBA、PPG、PEG為混合軟段進(jìn)行合成來(lái)提高薄膜的高透濕性、防水性及相關(guān)力學(xué)性能，從而制得綜合性能優(yōu)異的防水透濕聚氨酯薄膜。

聚氨酯薄膜；防水；透濕

前言

20世紀(jì)60年代以來(lái)，聚氯乙烯、氯丁橡膠及各種合成橡膠被廣泛用于特殊環(huán)境用衣領(lǐng)域，由這些材料制成的衣物具有防水、防液體滲漏等優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)，人體自身的新陳代謝產(chǎn)生的汗液卻不能及時(shí)排出體外，使人產(chǎn)生悶熱、冷濕等不舒適感，而這主要是因?yàn)榇祟?lèi)聚合物材料缺乏“可呼吸性”造成的。

防水透濕織物即是指織物既能防雨防風(fēng)，又能排汗透氣，在穿著過(guò)程中使外界水在一定壓力下不浸透穿越織物，而人體散發(fā)的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過(guò)織物傳導(dǎo)到外界，不會(huì)在人體表面與織物之間產(chǎn)生冷凝積聚，使穿著者保持干爽舒適的感覺(jué)。

以聚氨酯為原料的薄膜及涂層可巧妙地兼具防水和透濕這兩個(gè)功能，同時(shí)不失自身原有的優(yōu)良理化性能，是可以實(shí)現(xiàn)上述功效的一類(lèi)較為理想的產(chǎn)品。防水透濕聚氨酯膜通常分為微孔透濕型、無(wú)孔親水導(dǎo)濕型、微孔透濕與親水導(dǎo)濕結(jié)合型、智能透濕型及多功能導(dǎo)濕透濕等五大類(lèi)[1]。

該類(lèi)產(chǎn)品利用聚氨酯高聚物的親水成分提供足夠的化學(xué)基團(tuán)作為水蒸氣分子的基石，水分子由于氫鍵和其它分子間作用力，在高濕度一測(cè)吸附水分子，通過(guò)高分子鏈上親水基團(tuán)傳遞到低濕度一測(cè)解吸，形成“吸附-擴(kuò)散-解吸”過(guò)程，達(dá)到透濕的目的。

本實(shí)驗(yàn)以聚乙二醇中PO（Propylene Oxide）為疏水結(jié)構(gòu)，EO（Ethtlene Oxide）為親水結(jié)構(gòu)[2]，使制備的薄膜可實(shí)現(xiàn)高透濕性和防水性，并以PBA、PPG、PEG為混合軟段參與合成來(lái)提高薄膜的相關(guān)力學(xué)性能，從而制得綜合性能優(yōu)異的防水透濕聚氨酯薄膜。

1實(shí)驗(yàn)儀器

BSM電子分析天平（邦億精密量?jī)x上海有限公司）；電子天平（上海升微電子有限公司）；DHG9245A烘箱（上海圣科儀器設(shè)備有限公司）；HD-B611S萬(wàn)能拉力機(jī)（東莞海達(dá)儀器）；恒溫恒濕機(jī)（東莞泓進(jìn)檢測(cè)儀器有限公司）；LZ903織物透濕杯（上海羅眾科技研究所）。

表1　A組實(shí)驗(yàn)配方表

表2　B組實(shí)驗(yàn)配方表

表3　C組實(shí)驗(yàn)配方表

2實(shí)驗(yàn)材料和方法

表4　D組實(shí)驗(yàn)配方表

2.1實(shí)驗(yàn)材料

二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI、煙臺(tái)萬(wàn)華）；聚乙二醇6000（PEG6000、江蘇海安石油化工廠）；聚四亞甲基醚二醇（PTMEG2000、日本三菱）；1，4-丁二醇（BDO、福建湄洲灣氯堿工業(yè)有限公司）；氮?dú)猓∟2、自制、純度≥99.99%）。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

將計(jì)量的PEG、PTMRG加入裝有攪拌器、溫度計(jì)和氮?dú)獗Ｗo(hù)的四口燒瓶中，在105℃下真空脫水2 h后（控制水分含量≤500 ppm）降溫至50℃，加入定量的MDI，70℃下預(yù)聚2 h，待NCO%接近理論值時(shí)真空脫泡1 h，加入計(jì)量的擴(kuò)鏈劑BDO用慢速混合均勻，當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，將其倒出并涂于聚四氟乙烯薄膜上厚度為0.05 mm，后放入烘箱于80℃熟化16 h。

本實(shí)驗(yàn)以聚醚多元醇與聚酯多元醇兩兩按照不同比例與MDI反應(yīng)成預(yù)聚體，鏈延長(zhǎng)劑用BDO，R=1.02，具體參照表1~4配方進(jìn)行。

3結(jié)果與討論

3.1材料力學(xué)性能評(píng)價(jià)

測(cè)試方法如下：以萬(wàn)能拉力機(jī)測(cè)試不同試樣拉伸至斷裂時(shí)的抗張強(qiáng)度，拉伸速率300 mm/min。測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5　力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

3.2透濕性測(cè)試

測(cè)試方法如下：把預(yù)先準(zhǔn)備的100 g蒸餾水放置于一個(gè)透濕杯中，而后將用上述方法制備好的薄膜鎖于透濕杯上，再將標(biāo)準(zhǔn)透濕杯以倒杯的方式置于恒溫恒濕機(jī)中，溫度（23±0.5）℃，相對(duì)濕度（50±1）%，風(fēng)速設(shè)定0.1 m/s。測(cè)量樣品1 h的質(zhì)量變化。計(jì)算方法如下：

透濕度=（第一小時(shí)樣品質(zhì)量-第二小時(shí)樣品質(zhì)量）/透濕面積

再將此數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)換成g/cm2/24h。

透濕性測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6　透濕性測(cè)試結(jié)果

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用PBA、PPG 或PEG為混合軟段的聚醚型聚氨酯材料由于PBA的存在提供了較好的機(jī)械性能，又由于PEG的存在賦予其良好的親水性和水蒸氣透過(guò)性能，是一種在生物學(xué)領(lǐng)域有著極大應(yīng)用前景的薄膜材料。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看A-1、A-2、A-3、A-4、B-1、B-2、C-1、C-2、C-3、D-1皆可以達(dá)到低透濕的要求，但若比較抗張強(qiáng)度以C-1、C-2較佳。因此從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合來(lái)看，C-1、C-2更適合防水透濕的要求。

[1]雷海波，羅運(yùn)軍，李曉萌，等.防水透濕聚氨酯織物涂層劑研究進(jìn)展[J].聚氨酯工業(yè)，2010：25（6）：5-8.

[2]王新峰.防水透濕型熱塑性聚氨酯共混改性及其清潔層壓用復(fù)合薄膜的制備與性能的研究[D].北京：北京化工大學(xué).

[3]陳爾凡，曹亮.PEG對(duì)聚氨酯防水透濕涂層織物性能影響的研究[J].遼寧化工，2007，36（8）：515-518.

[4]謝富，張玉清，朱長(zhǎng)春春.防水透氣聚氨酯薄膜及涂層的研究和應(yīng)用 [J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2004，2（6）：8-11.

[5]劉錦春.聚氨酯防水涂料的合成及性能 [J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24 （6）：519-524.

Preparation of Waterproof and Moisture Permeable Polyurethane Film

YU Zhi-yi，LI Shou-cai，WU Xue-gang，ZHOU Yin-chun
（Ningbo NORLI Chemical Technology Co.，Ltd.Ningbo 315204，China）

In 21 Century，Pu garment leather will be developed in the direction of wearing comfort，function and return to nature.A variety of intelligent fabrics，functional fabrics have been widely concerned with the development of waterproof breathable fabric is one of them.The polyethylene glycol in the Po is a hydrophobic structure EO hydrophilic structure and to PBA，PPG peg for mixed soft segments were synthesized to improve film of high permeability，waterproof and related mechanical properties，so as to prepare the comprehensive performance excellent waterproof and moisture permeable polyurethane film.

PU film；waterproof；moisture permeable

TS 529.5

A

1671-1602（2016）15-0054-03