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技術文章
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，又能將人體產生的汗液蒸發排出，避免在衣服內形成高濕度空間而在夏季時產生悶熱感，在冬季時則可避免水蒸氣凝結而受凍，使穿著者保持干爽、溫暖的感覺。
可呼吸涂層織物的開發和應用，國外作為高科技、高附加值產品，在大量研究的基礎上，已進入批量商業化生產階段。國內外市場特別是發達國家的需求逐年增加。據歐洲市場調查統計，1986年市場銷售量為735萬平方米，到1996年銷量已達6700萬平方米，十年間增加9倍以上。國內市場也于近年開始啟動。
防紫外線織物也是近年研究開發的熱門課題之一。尤其近年地球兩極臭氧層空洞的出現，使到達地面的紫外線的比例相應增加。據報道，二十世紀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。過度照射紫外線會引起人體色素沉積、皮膚老化干燥、增加皺紋、產生褐斑甚至導致細胞核中的脫氧核糖核酸(DNA)損傷，影響和失去修復功能而使皮膚發生癌變。
將防水透濕功能和防紫外線功能結合而開發一只多功能、高技術涂層織物，既符合織物涂層最新發展趨勢，也順應國內外市場需求的方向，具有廣闊的經濟和社會效益前景。
二、技術方案設計
為制得防水可呼吸及防紫外線輻射性能的涂層織物，其技術關鍵是要制得可賦予織物上述功能的涂層材料。為此設計了以下技術路線：
1、在防水透濕機理上，選擇親水性PU透濕和干法微孔透濕(雙溶劑法)相結合的技術路線。
2、采用聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯共混改性技術分別制得防水性與透濕性高度統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。前者有較高的強度和硬度，這歸因于酯基(-cooc-)的極性大，內聚能(12.2kj/mol)比醚基(-c-o-c-)的內聚能(4.2kj/mol)高，因而聚酯型PU的機械強度高，尤其與極性基材的粘附力比聚醚型PU優良。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，而且由于其強親水性而具有較強的“傳導”水蒸汽的能力。
如將二者按一定比例進行共混改性，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點，涂層得到既有優良防水性能，又具有優良透濕性的可呼吸涂層織物。
3、無機一有機材料嫁接技術，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。
某些無機材料粉末具有很強的反射和吸收紫外線的功能。—般粉末越細，此種性能越好。據文獻報道，顆粒直徑在50-120nm，有最佳的屏蔽效果。因此，要選擇納米級或亞微米級材料，并細心勻化。有些有機化合物，具有吸收紫外線而將其轉化為無害的熱能之功能。將這兩類紫外線屏蔽劑通過偶聯劑、分散劑等與高分子PU材料進行嫁接改性，制成防水可呼吸及防紫外線功能的涂層材料。
同時，由于這種涂層材料中含有無機材料的微小顆粒，在焙烘成形過程中PU高分子的體積收縮效應，會引起微相分離，而在無機微粒界面周圍產生分子級的微小孔隙，成為傳遞水蒸汽分子的通道，從而進一步有利于提高涂層織物的透濕能力。
三、工藝試驗結果與討論
1、聚醚型PU與聚酯型PU共混比對涂層織物性能的影響
為制得具有優良防水和透濕功能的織物涂層劑，研究了不同共混比對織物性能的影響，觀察發現，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，而透濕量則呈增大趨勢。
2、防紫外劑用量的影響
將防紫外劑、分散劑、偶聯劑經球磨機三次研磨成均勻細糊，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涂層織物防紫外線性能的影響。
3、生產工藝過程及產品測試結果
本工藝的關鍵點是采用共聚物共混改性技術和有機物-無機物偶聯嫁接技術，分別制得組成不同的底膠和面膠。其涂布工藝則是在對基布前防水處理后，按常規涂層方法進行一道底涂、兩道面涂及烘干、焙烘。
4、本涂層織物透濕機理探討
本廠制得的涂層織物的透濕機理為親水PU涂層法和干法微孔透濕法的結合，經對涂層織物涂層面的掃描電鏡(SEM)觀察，發現有無數微孔。
其微孔形成的機理可能為雙溶劑法，即作為PU良溶劑的低沸點溶劑與PU大分子形成均勻溶液，而一定量的高沸點溶劑作為PU的不良溶劑，以非常細的分散狀態分散于PU溶液中。當涂層后烘干時，低沸點的良溶劑首先蒸發，PU樹脂濃度上升，逐漸在兩相界面周圍凝結，而當高沸點的不良溶劑蒸發后，就在涂層膜上形成了無數微孔。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涂層織物的透濕機理認為，PU大分子鏈中含有較多的親水性鏈段和基團。這些鏈段和基團以形成氫鍵的方式“捕獲”人體散發的水蒸汽分子。由于PU大分子中無定形區軟鏈段的分子熱運動，得以形成瞬時空穴，并在服裝內外水蒸汽壓差的推動下，人體汗液蒸發的水蒸汽分子從水蒸汽壓高的一邊逐級“傳遞”到另一邊，即從接觸皮膚的一邊“傳遞”到周圍環境，從而達到防水透濕功能。
上述兩種透濕方法和機理的結合，則大大提高了涂層織物的透濕即可呼吸功能。
四、結語
本產品采用了高分子-共混改性技術和無機—有機材料嫁接技術，并將親水PU透濕法和干法微孔透濕法兩種透濕方法相結合，制得具有優良防水可呼吸及防紫外線性能的涂層材料，經一底兩面三次涂層，織物獲得較高的防水、透濕及防紫外功能。
該產品具有一定的防水透濕和對紫外線防護的功能，社會效益明顯。由于產品技術含量高，產品附加值高。經濟效益顯著，經80多萬米試產試銷，產品內在指標和外觀質量都深受客戶歡迎，市場前景廣闊。
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