防水透气织物的发展--ULTREX[组图]

　　科学技术的发展也推动纺织业不断向前发展，21世纪的服装将向着穿着舒适化、功能化及回归自然等方向发展。各种智能织物，功能织物得到广泛的关注与发展。防水透气织物就是其中之一。

　　防水透气织物是指织物既能防雨防风，又能排汗、透气、穿着舒适，在穿着过程中使水在一定压力下不浸透织物，而人体散发的汗液等却能以水蒸气的形式通过织物或传导到外界，而不在人体表面与织物之间冷凝积聚，保持穿着者干爽、温暖。 人们对穿着舒适性，功能性要求的不断提高，促使我们采用各种新型技术来改善织物的各项性能，不同工艺、技术的复合是赋予织物新功能的主要手段，其中织物的涂层/层压技术是重要的方法之一。

　　织物涂层/层压是织物与高分子聚合物的复合，它不仅保留织物原有的功能，更增加了覆盖层的功能，织物涂层/层压技术给纺织业制造功能性织物提供了更多的可能性，大大拓宽了纺织品的用途，应用领域也越来越广，不仅使用于衣用纺织品的生产，而且其应用扩大到鞋业，民事或军工制服，极端气候条件下的服装，防油布，帐篷，包裹等。

　　织物的防水透气机理 织物的防水透气机理有物理透湿和功能透湿，主要有以下四种方式：

　　一是利用水滴的最小直径与水汽或空气的直径之间的差异来实现，既采用织物的经纬交织间的孔隙或织物复合物的孔径介于最小直径与水汽或空气的直径之间，达到防水透气的目的，基于这一原理设计的防水透气的织物有超细高密织物、特高密度的棉织物等。这类织物的透湿类型属于纱线间孔隙的自然扩散。高密织物由于轻薄耐用，透湿性好，柔软、悬垂性好，防风，广泛用于体育、户外活动服装上。主要缺点是防水性差，由于织物密度大，织物的撕裂性能差，纺纱必须特殊处理，生产成本高，加工困难。

　　二是采用微孔薄膜使薄膜微孔（微孔直径大约在1nm）的孔径介于水滴与湿气之间，将薄膜与织物复合赋予织物防水透气功能，如图1。微孔高聚物薄膜可以与织物通过层压或涂层工艺与织物复合从而赋予复合体防水透气功能。微孔的产生有多种方式：可通过对薄膜的双向拉伸产生微孔，也可在高聚物上填加填料（如陶瓷）使高聚物与填料之间形成孔隙，也可以通过相分离（聚氨酯的湿法）产生微孔，还可以机械方式利用打孔技术（如激光）使无孔膜产生空隙达到透气的目的。

　　三是利用高聚物膜的亲水成分提供了足够的化学基团作为水蒸气分子的阶石，水分子由于氢键和其它分子间力，在高湿度一侧吸附水分子，通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成"吸附--扩散--解吸"过程，达到透气的目的，如图2。亲水成分可以是分子链中的亲水基团或是嵌段共聚物的亲水组分；其防水性来自于薄膜自身膜的连续性和较大的膜面张力。利用薄膜与织物进行层压/涂层赋予织物防水透气功能。

　　四是利用形状记忆高聚物的特性，形状记忆高聚物在玻璃化转变温度区域，由于分子链微布朗运动而使透气性有质的突变，而且其透气性能随外界温度的变化而变化，即智能化功能，尤如人体皮肤一样，能随着外界温湿度的改变而调节，如图3。采用这种形状记忆聚氨酯产生防水透气织物可以采用无孔层压/涂层方式，减少了由于微孔而在使用过程中产生微孔阻塞等缺点，更重要的是织物的透湿气性能能随着人体温度的变化而变化，达到"智能"效果，使其适宜于各种条件下穿着。 图1 微孔性透气原理 图4 形状记忆pu透气与温度关系 图2 亲水性透气原理 低温下分子间孔隙(Tg) 图3 形状记忆功能透气原理 聚氨酯的发展及其在防水透气纺织上的应用 用于防水透气织物的高聚物起初有聚氯乙烯（PVC），聚乙烯，聚氯丁橡胶和其它各种合成橡胶等，由于其透湿气性能差，穿着此类服装活动时，大量汗液无法以水蒸气形式排出，在服装内部形成冷凝水，人体有粘湿、发闷等不舒适感，虽然有良好的防水性能，但服用性能有待于进一步提高。后来发展的聚四氟乙烯层压薄膜，热塑性聚氨酯（TPU）的涂层和层压织物具有良好的透湿气性能，发展也最快，尤其是热塑性聚氨酯材料具有良好的耐磨性、抗化学及水解性、防虫蛀，发霉、耐低温性、易着色、工艺操作选择范围大等优点，不管是在应用的范围，还是在自身性能的改善等方面都得到极大的发展。 不同类型的防水透气聚氨酯 聚氨酯用于织物的涂层整理，不仅在原料类型上还是在生产工艺上都有不同形式，根据防水透气的原理可生产出各种各样的防水透气产品。聚氨酯涂层剂有溶剂和水分散两大类，其中溶剂型又有单组分与双组分之分，不同类型的涂层剂有不同涂层工艺选择。 1 微孔聚氨酯 微孔性涂层主要是使聚氨酯在成膜过程中形成微孔，这些孔隙直径小于2mm，能阻止水滴（平均直径100mm），却允许水蒸气分子（平均直径0.0004mm）通过，从而获得防水透气性。产生微孔的方式有：泡沫法，相分离法，相转化法三种方式。

　　相分离法：
　　相分离法主要是使聚氨酯溶于易挥发溶剂中，溶剂挥发过程中聚氨酯凝聚形成微孔。主要有两种方式：
　　（1）湿法浸渍凝聚：当溶于DMF的聚氨酯涂液涂敷到织物上，放置于水中，由于聚氨酯不溶于水，而DMF与水可以互溶，使得水与聚氨酯内的DMF发生置换，当水干燥后在聚氨酯膜上形成微孔。如Toary公司的ENTRANT，美国Burlington公司的Ultrex等。
　　（2）盐凝聚法：聚氨酯乳液由于盐的加入产生凝聚成微孔膜，如Stahi（ICI）/NL公司的Porelle薄膜。 n 相转化法：聚氨酯溶液含有非溶剂成分（甲苯/丁酮），选择适当的蒸发梯度，聚氨酯凝聚成微孔薄膜，如比利时UCB Special Chemicals公司的Ucecoat 2000（S）。

　　2 亲水性无孔聚氨酯涂层：聚氨酯涂层剂中含有亲水基团或分子主链上含有亲水成分，涂层之后，溶剂挥发形成无孔薄膜，通过亲水基团或氢键对水分子的吸附--传递--解吸作用达到透湿的目的。由于膜中没有微孔，因此防水性能很好，但透湿气性能有待于提高。另外，这类涂层织物的缺点是需要表面经拒水整理来改善防水性。这类产品有英国Baxenden化学公司生产的Witcoflex Staycool、X-liner等，德国Bayer公司的Impraperm。

　　3 亲水与微孔的复合：结合亲水性涂层与微孔性薄膜特点，在微孔薄膜上加一层亲水性无孔膜，对微孔薄膜进行亲水性整理来改善微孔薄膜的防水性，但亲水性整理要保证不影响原有的透湿气性。如美国3M公司生产的Thintech品牌，日本Toray公司新近开发的Entrant GII则将两种聚氨酯材料复合，内层聚氨酯含微孔和超微孔（<0.5mm），利用其类似于"芯吸"作用，达到防水透气效果。

　　4 形状记忆聚氨酯无孔薄膜：由上述提及到的形状记忆聚氨酯薄膜的透湿气性随着温度的改变而改变，如图4，而且在其玻璃化转变温度区域有很大改变，根据这特性把聚氨酯的玻璃化转变温度设置到人体温度变化范围内，当人体温度变化时其透湿气性能也随之改变，就如人体皮肤一样，达到智能透湿效果，由于膜为无孔膜，因此防水性很好。日本三菱重工业公司生产的形状记忆聚氨酯及其防水透气织物Diaplex产品，其防水性能达到20,000~40,000mmH2O水柱，而透湿气行达到8,000~12,000g/m2/24h。而且具有良好的抗冷凝性，它不仅适用于一般条件下的穿着，而且适合在极端环境条件下的穿着，其防水透气保暖性能随温度变化而改变始终保持穿着者有良好的舒适性。