水性聚氨酯薄膜透湿机理及研究现状

发布时间:2019/10/16

服装面料除要求美观、时尚,又要有舒适性、防护性等功能。近几年在我国发展迅速的防水透湿织物就是集防水、防风、透湿、舒适、保暖于一体的功能织物。防水透湿涂层剂按模量大小和透湿量大小分类见下表。

按模量大小和透湿量大小分类

一、聚氨酯薄膜透湿机理及研究现状

{1}微孔型

微孔型薄膜膜孔本身具有微细多孔结构,其孔径非常微细,只能透过粒径约为0.4nm水蒸气分子,而对任何雨滴或水滴,因其粒径过大(见图1-4)而无法通过。这样人体内散发出的水蒸气就能有效地通过孔径向外扩散,而水滴则无法向内渗透,从而达到防水透湿的效果;其透湿过程示于图1-1。

不同水滴粒径比较

微孔膜的透湿过程

2}亲水型

亲水性无孔膜表面及本体均为均匀致密的结构。防水性由材料的连续性和较大的表面张力决定。透气性是由于聚氨酯材料中含有一定量的亲水性基团,这些基团首先以氢键形式“捕获”人体散发的水蒸气分子,由于聚氨酯大分子链的热运动,在分子链之间形成瞬间的空隙,加上薄膜内外两侧水蒸气压差的推动,水蒸气分子沿着密集的分子链间空隙从蒸汽压高的一面“传递”到另一面即从接触皮肤的一面,传到周围环境(如图1-2),达到透湿的目的。此种透湿是靠亲水链段或亲水基团的作用,故又称为“亲水性透湿”。由于膜中无微孔,防水性能很好,外界的物质甚至连病毒也无法通过,但透气性稍逊。此外使用亲水性无孔膜时,涂层织物表面要经过后拒水处理,否则被雨淋湿后,会在表面形成一层水膜,影响透气性。可通过调节其亲水软段的比例及相对分子质量,它的水蒸气透过率与微孔材料可达到同一水平,从而控制与皮肤接触的微环境的湿热平衡。另外,其致密的结构可起到阻隔灰尘、细菌的作用。

亲水型薄膜透湿过程

3}亲水膜与微孔膜复合

结合亲水膜与微孔性薄膜各自的特点,在微孔膜上加一层亲水性无孔膜,对微孔薄膜进行亲水整理以改善微孔膜的防水性,保证不影响原有的透湿气性。将种聚氨酯材料复合,内层聚氨酯含微孔和超微孔,利用其类似于“芯吸”作用,抽吸皮肤上的水分,扩散到外层,再排放到空气中,提高排汗作用。

4}智能型聚氨酯

智能型防水透湿聚氨酯在玻璃化转变温度(Tg)区域,由于分子链微布朗运动而使其透气性有质的突变,而且其透气性随外界温度的变化而变化,即智能化功能,犹如人体皮肤一样,能随着外界温度、湿度的改变而调节。利用这一功能,将Tg设定在室温,则涂层织物能起到低温(<Tg)时低透湿的保暖作用和高温时(>Tg)时高透湿的散热作用。而薄膜的孔径远小于水滴平均直径而起到防水效果,使织物在各种温度条件下具有良好的穿着舒适性。

5}调温型聚氨酯

经聚乙二醇浸渍过的面料具有储热功能,即受热时吸收热量,遇冷时放出热量。这一发现很快被用到PU涂层上,PEG作为聚氨酯合成中的多元醇组分,通过设计PEG的聚合度和含量,使得聚氨酯中的PEG相区的相变转化温度恰好在人们感觉最舒适的温度范围内。这样,环境高于聚氨酯熔点时,涂层相变吸热,同时聚合物体积膨胀,亲水基团空间自由体积增大,热运动加剧,使得透湿量增大,排热排汗加快,使人感到凉爽当环境低于结晶温度时,PEG链段结晶,PU涂层相变放出热量,同时封闭孔隙,透湿性减小,从而获得良好的挡风和保暖性能。

责任编辑:安大华泰

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