強(qiáng)大到可怕的防水材料，顛覆你對(duì)“防水”的認(rèn)識(shí)！

由Ultratech公司研發(fā)的“超級(jí)干”（Ultra-Ever Dry）防水材料，具有防護(hù)幾乎所有液體破壞的疏水、疏油性的涂層。它采用特有的納米技術(shù)在物體表面形成一層可以阻止水、油等液體侵蝕的空氣保護(hù)膜。“超級(jí)干”相比傳統(tǒng)技術(shù)的另一項(xiàng)突破是超強(qiáng)的附著力和耐磨性，適用于任何對(duì)耐磨性有要求的地方，幾乎可以應(yīng)用到包括紡織品在內(nèi)的任何材料上。

紡織服裝行業(yè)大量應(yīng)用的防水材料則為聚合物膜，其被廣泛應(yīng)用于防水透氣服中，如沖鋒衣、手術(shù)服、軍用服等，通過控制適度的透氣率，使此類服裝在起到保護(hù)作用的同時(shí)還能具有一定的舒適度。應(yīng)用領(lǐng)域不同，用于構(gòu)造不同結(jié)構(gòu)膜的聚合物也不盡相同，可將聚合物膜分為多微孔膜、親水膜和多微孔親水復(fù)合膜，下面主要介紹這幾種膜在防護(hù)服中的應(yīng)用情況。

1 多微孔膜

在多微孔膜中，微孔的尺寸為0.1～50μm，這決定了只有空氣或者水蒸汽才能透過膜而液體則不能滲透。電紡技術(shù)成本較低，操作簡(jiǎn)便，適用價(jià)值高，該技術(shù)可以采用天然聚合物、合成聚合物等為原料制備防水透氣的多微孔薄膜。

1.1 聚四氟乙烯（PTFE）

GORE-TEX^®防水透濕技術(shù)

PTFE膜作為一種有著超低表面能的疏水聚合物膜，耐水性很好，但透氣性不高。雖然PTFE氣孔很小，而且沒有許多張開的氣孔，但是水蒸汽還是可以通過微空洞來擴(kuò)散，因此這種膜層壓在織物上可以有效地防水防風(fēng)。例如，一些軍用毒氣能輕松地滲透進(jìn)服裝中對(duì)人體造成傷害，對(duì)此可增加防護(hù)服材料表面的疏水性來提高保護(hù)性能。用含氟表面活性劑來修飾PTFE微孔膜可以提高膜層的疏水性，當(dāng)有毒氣體進(jìn)入液體中，由于膜的低表面張力和表面高疏水性，帶有有毒氣體的液滴會(huì)自動(dòng)從表面滑落，以此來保護(hù)皮膚免受毒氣傷害。以PTFE膜為主要材料的防護(hù)服可有效地阻擋如油質(zhì)的芥子氣、生物化學(xué)毒氣等。

PTFE層壓復(fù)合材料是防風(fēng)保暖、防毒氣的上選材料，用這種材料做成的服裝可廣泛應(yīng)用在戶外運(yùn)動(dòng)服、火警防護(hù)服和軍隊(duì)防護(hù)服等產(chǎn)品。目前世界上許多一流的廠家都采用PTFE作為防水透氣的材料。美國Gore公司研制的Gore-Tex防水透氣織物就是利用了PTFE薄膜和織物的復(fù)合，是目前世界上最先進(jìn)耐用的防水透氣產(chǎn)品。日本和歐洲很多國家也進(jìn)行了相關(guān)研究，但由于各國對(duì)制備技術(shù)保密，到目前為止還只有Gore、Pall、Mill-pore、Whatman、Gelman、DDS、Dominick、Sartorius和日本的日東電工、大金、旭硝子等幾家公司可生產(chǎn)PTFE微孔膜。此外，著名的美國FBA國際集團(tuán)研制的First-Tex防水透氣面料和美國哥倫比亞公司研制的Omni-Tech防水透氣面料也是把PTFE作為防水透氣薄膜的材料，其產(chǎn)品在軍隊(duì)防護(hù)服中得到了廣泛應(yīng)用。我國研制的PTFE微孔膜雖在中常溫環(huán)保除塵、功能服裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已基本解決PTFE微孔膜生產(chǎn)技術(shù)中存在的諸多問題，但與國外同類產(chǎn)品比較，仍存在巨大差異，大量高品質(zhì)膜仍依賴進(jìn)口。

1.2 聚氨酯（PU）

PU因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，涉及輕工、化工、電子、紡織、醫(yī)療、建筑、建材、汽車、國防、航天、航空等。PU具有很好的拉伸應(yīng)變、耐磨性，彈性和韌性也很好，是一種常用來制作透氣膜的聚合物。

把纖維素衍生物和疏水的PU混合制膜，合成膜的水蒸汽透過率和機(jī)械性能得到有效的改善。在PU合成膜中，纖維素衍生物不僅是交聯(lián)劑而且還是增鏈劑，此外，適量的纖維素衍生物可以提高合成膜的水蒸汽透過性。在加入纖維素衍生物時(shí)，溫度對(duì)于水蒸汽也有一定的影響，在溫度為50℃的條件下，水蒸汽透過性得到改善。當(dāng)PU膜被氟化后，膜層和水的接觸角達(dá)到了156°，和油的接觸角達(dá)到了145°，說明其具有了超疏水疏油性能。而且這種氟化PU膜具有更高的耐水性、更好的透氣性和水蒸汽透過率。聚合物薄膜相對(duì)于無機(jī)薄膜有著較低的空氣滲透率，通過把合成的氟化PU浸涂在電紡的二氧化硅納米纖維制得無機(jī)的超疏水超疏油納米纖維膜，其具有很好的防水透氣性能，這種復(fù)合材料非常適用于防護(hù)服。

從實(shí)際應(yīng)用看，由PU膜構(gòu)成的kingtex面料因?yàn)橛兄鴺O高的透氣性，目前在市場(chǎng)上很受歡迎。德國狼爪公司目前研制的Texapore面料中使用了超強(qiáng)度的PU復(fù)合面料，從而具有了高透氣性和強(qiáng)防水性。

1.3 聚偏氟乙烯（PVDF）

PVDF是一種廣泛應(yīng)用在薄膜材料上的多微孔纖維。和大多數(shù)聚合物材料相比，PVDF膜有高機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和疏水性。PVDF疏水性膜由于自身的防水特性，也可用作制備多微孔薄膜。在二甲基甲酰胺/丙酮混合溶液中通過電紡技術(shù)可以成功制得PVDF納米纖維膜。當(dāng)PVDF濃度為12%（wt%，下同），二甲基甲酰胺/丙酮混合溶液體積比為6∶4時(shí)，可以制得透氣性好、防水性能極佳的納米纖維膜。

自從上世紀(jì)80年代我國開始研制PVDF膜以來，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，部分研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。日本、美國、歐洲等已對(duì)PVDF材料進(jìn)行了深入研究，相關(guān)產(chǎn)品已應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。目前，國外PVDF相關(guān)產(chǎn)品品種、品級(jí)多，加工技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍比國內(nèi)廣，特別是在高端領(lǐng)域。近來，Cheng在其專利中已成功地將疏水性的PVDF膜構(gòu)成的防水透氣織物應(yīng)用在雨衣、戶外運(yùn)動(dòng)服等紡織服裝產(chǎn)品中。

2 親水膜

親水聚合物由共聚物構(gòu)成，一般親水性膜都是不透氣的，但是通過在分子鏈中加入保濕劑也是可以達(dá)到透氣的效果。另外，當(dāng)親水膜接觸液體或者處于很高的飽和蒸汽壓下時(shí)，會(huì)經(jīng)歷一個(gè)膨脹的過程。通過這個(gè)過程，親水膜的水蒸汽透過性也會(huì)得到增強(qiáng)。因此，由親水聚合物構(gòu)成的膜層對(duì)于制造透氣防護(hù)服是一個(gè)很好的選擇。

2.1 PU

自1962年德國Bayer試驗(yàn)室發(fā)明具有水汽滲透性親水性PU，親水的無孔聚氨酯膜被逐漸用作透氣服裝的材料。親水PU是由水溶性的軟段和不可溶的二異氰酸酯硬段構(gòu)成。與多微孔PU膜相比，親水PU膜對(duì)材料基底有更好的粘附力和耐用性，而且光澤更高。

在親水性PU分子鏈中加入聚氧乙烯，這種PEO-PUs復(fù)合膜層的透氣性不僅得到提高，而且其防水性和耐用性得到平衡。水性PU-尿素是一種無毒不易燃燒的復(fù)合材料，其對(duì)橡膠、聚合物纖維等基底有很好的粘附力。當(dāng)這復(fù)合聚合物中包含有70%聚乙二醇，0.5%的硬化劑時(shí)，尺寸穩(wěn)定性好，親水性很強(qiáng)，水蒸汽透過率很高，并且可以直接涂層在防水透氣服上。在寒冷環(huán)境下，對(duì)于防護(hù)服的要求是隔熱性要好，通過把金屬沉積在織物上可以減少熱量的散失。用氣相沉積法，把Al蒸汽以納米顆粒的形式凝結(jié)在靜電紡的PU表面，則可在維持透濕性的條件下提高隔熱性能。目前，典型的親水性PU產(chǎn)品有德國Bayer公司生產(chǎn)的親水PU涂層織物Impraerm、荷蘭AKZO公司的Sympatex層壓織物、美國寶立泰公司的Qualitex多功能防水透濕織物等，這些透氣膜可應(yīng)用到戶外運(yùn)動(dòng)衣或者惡劣天氣條件下的防護(hù)衣等。

2.2 聚乙烯醇（PVA）

PVA是由德國化學(xué)家W O Herrmann和W W Hachnel博士于1924年合成的，有很強(qiáng)的粘接性和耐磨性，是一種親水聚合物，具有許多優(yōu)異的特性，這使其在日常生活中的用途十分寬廣。PVA可從人體上帶走水分從而轉(zhuǎn)移到大氣中。用聚丙烯酸（PPAc）作為交聯(lián)劑把高分子量的聚乙烯醇涂覆到棉織物上，起交聯(lián)劑作用的聚丙烯酸中的羧基和PVA中的羥基結(jié)合得到透氣膜層。當(dāng)PVA和PPAc的摩爾比率為25∶1時(shí)，這種親水性涂層有著極佳的透氣性能。另外，這種膜層是連續(xù)不斷的，沒有間隙，因此涂覆在織物上牢度很高。這發(fā)達(dá)國家相比，我國在PVA及其衍生物的應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)滯后，可以預(yù)測(cè)隨著我國經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大和質(zhì)量的提升，PVA及其衍生品將在中國防護(hù)服方面有很大的運(yùn)用。

2.3 聚氧鉬酸鹽

有研究人員提出以聚氧鉬酸鹽為主要成分的選擇性膜可應(yīng)用在防化學(xué)毒氣的防護(hù)服中。在以乙烯-PVA共聚物和多鉬酸鹽為主要成分的納米復(fù)合膜上，水分子可以通過親水的孔穴，而大的疏水分子卻被阻隔在膜層外。這種膜的透濕率很高，而有機(jī)溶劑的透過性則很低。因此，以聚氧鉬酸鹽為主要成分的膜可有效地阻擋環(huán)境中的有害化學(xué)氣體，目前可應(yīng)用在工廠的化學(xué)防護(hù)服及軍隊(duì)防護(hù)服中。透氣膜構(gòu)成的戶外運(yùn)動(dòng)服能在極端的氣候條件下為人體提供保護(hù)。此外，由PVA和PVDC復(fù)合制得的親水膜，應(yīng)用于防化服則可以有效地阻擋有毒化學(xué)氣體。

3 多微孔親水復(fù)合膜

圖1 PU/c-PVA復(fù)合纖維膜示意圖

有研究人員采用電紡法把PU微孔膜層直接涂覆在準(zhǔn)備好的親水膜層中（圖1），制備的復(fù)合膜中包含有疏水的PU膜層和親水的聚乙烯醇（c-PVA）膜層。在復(fù)合膜中，疏水段具有防水性，而且水能自發(fā)的從疏水段流向親水段；在親水段可以通過水蒸汽。目前多微孔親水膜在防護(hù)服中還沒得到廣泛的應(yīng)用，但是這種具有特殊性能的復(fù)合膜有著很大的發(fā)展前景。

4 結(jié)語

多微孔膜、親水膜和復(fù)合膜都能應(yīng)用在許多領(lǐng)域中并起到防護(hù)作用，但各有特點(diǎn)：

（1）多微孔膜有一定程度的透氣性，親水性膜在分子鏈中加入保濕劑也可達(dá)到透氣的效果，但是水蒸汽透過性沒有多微孔膜高，對(duì)復(fù)合膜而言，增加強(qiáng)韌性會(huì)導(dǎo)致其透氣性降低；

（2）親水膜一般都是連續(xù)不斷沒有間隙，而且親水膜的孔徑一般比多微孔膜的更小，因此親水膜對(duì)于基底具有更高的粘附力，復(fù)合膜則由于加入了親水膜層，因此其粘附力性也得到了增強(qiáng)；

（3）親水膜比多微孔膜耐磨性好，在水洗后還能保持原有的性能；

（4）親水膜有更佳的尺寸穩(wěn)定性，防風(fēng)性等也更高。