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水性聚氨酯应用于防水透湿剂
2019/5/14
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。用于织物涂层胶的水性聚氨酯主要以聚醚作多元醇原料，现已开发出有机硅改性、丙烯酸改性和光固化PU等水基新品种。防水透湿涂层剂按模量大小和透湿量大小分类见下表。
利用水性聚氨酯分子链中含有一定量亲水性基团（一 OH，－ COOH，－ NH2）的特点，以这些基团作为水分子的阶石，水分子因氢键和其他分子间力在高湿度一侧吸附水分子，通过大分子键的热运动，由亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成“吸附一扩散一解吸”过程，达到透气目的。其防水性由来自于薄膜自身的连续性和较大的膜面张力，是一层致密的实心层。此外，纤维种类与尺寸、织物的品种与织造结构、密度等都影响防水透湿性能。织物空隙率越大，越利于水汽的传导，透湿越高，但水压会降低．纤维的化学结构也会影响对水汽的吸附，纤维若吸水膨胀，会减少空隙尺寸，阻止水汽的导出，降低透湿量．纤维表面的润湿性与表面尺寸影响水汽的迁移，微孔纤维织物表面积很大，可以允许大量水汽迁移，提高透湿量。纤维对水的毛细效应越大，透湿提高越明显。
2. 整理工艺
织物防水透湿涂层一般采用刮涂法处理。工艺基本流程：织物防水处理→调浆→基布→涂层→烘干（温度150-160℃）
织物涂布前往往要对织物进行前防水处理，提高涂层剂成膜的连续性．防止涂层剂很快渗透到织物背面，破坏了涂膜的连续性，耐水压下降；其次，涂层剂还会对纤维渗透，使手感僵硬。刮涂需要一定粘度，因此需要对涂层胶乳增稠，可用的增稠剂有丙烯酸酯型和缔合型聚氨酯增稠剂。为了提高水性聚氨酯的耐水性和强度，可以在胶乳中加入交联剂，另外，还可以根据需要要求加入一定量柔软剂、消光剂等助剂配制涂层浆料。调好的浆料涂层模板上用干法直接涂层法将均匀地涂在织物上，并在一定温度和时间下进行交联焙烘织物。目前也开发了浸轧法工艺。
3. 研究进展
国内外水性聚氨酯防水透湿涂层剂的研究和产品都比较多，将聚丙烯腈水解物（HPAN）同端氨基PU预聚体在室温下经反应性共混，生成在水中稳定存在的高分子羧酸铵盐。将该羧酸铵盐涂布、烘干、焙烘后，羧酸铵盐受热后脱水生成酰胺，制得具有一定防水透温性能的PU涂层。这种涂层主要通过防水透湿机理实现透湿。用上述工艺制备的涂层布，耐水压值约6370Pa，透湿量约2558g ／ m2·d。以 PEG，PTMG 为聚醚二醇组分，与TDI预聚合成具有防水透湿性的聚氨酯微乳液涂层剂, 再加适量自制的聚氨酯预聚体作交联剂，加少许增稠剂，调至适当粘度，涂刮基布（190T尼丝纺），该涂层织物手感柔软，耐寒性能优越。以聚醚多元醇（PPG）、TDI、DMPA、交联剂及成盐剂为主要原料制备了阴离子型水性聚氨酯乳液，将其用作织物涂层剂，结果表明，在一C00H基质量分数为0.8％～1.1％、n（一Nc0）：n（一0H）为2，5:1～3，5:1、高剪切乳化、n（交联剂）:n（聚醚多元醇）为1:15、增稠剂Y 一 6OO用量2.5％条件下，制备的阴离子型水性聚氨酯涂层剂的耐静水压可达1，96× 104Pa。分别加入丙烯酸甲酯或丙烯酸羟乙酯或两者的混合体合成改性水性聚氨酯，并对棉织物涂层，在不同温度、时间及涂层量下，测试涂层棉织物抗水性、强力伸长率及透湿性表明，引入丙烯酸甲酯可提高涂层膜抗水性、增加涂层膜抗张强力。引入丙烯酸羟乙酯有利涂层膜透气性，提高涂层膜断裂伸长率。
采用钴60—γ辐射法乳液聚合工艺，制备了水系聚氨酯一含硅丙烯酸树脂织物涂层胶。该胶兼有聚氨酯、丙烯酸酯和有机硅三者的优良特性，用于织物的涂层整理，使织物具有良好的防雨防风，通气透湿，穿着舒适的功能，弥补了使用单一树脂带来的耐久性、手感和成本方面的不足。此外，采用水性聚氨酯为基料，添加阻燃剂及相关助剂，用特殊工艺合成了水性 PU 阻燃涂层胶。经Zeta电位与TEM测试结果表明，水性PU乳胶对阻燃成分产生了吸附与部分包覆作用，水性PU阻燃涂层胶具有较好的稳定性，通过正交实验探讨了该阻燃胶的优化整理工艺，并按优化工艺对产品进行中试，结果表明，整理后织物的阻燃性能及各项指标均能达到较高标准.
按模量大小和透湿量大小分类
1.防水透湿机理利用水性聚氨酯分子链中含有一定量亲水性基团（一 OH，－ COOH，－ NH2）的特点，以这些基团作为水分子的阶石，水分子因氢键和其他分子间力在高湿度一侧吸附水分子，通过大分子键的热运动，由亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成“吸附一扩散一解吸”过程，达到透气目的。其防水性由来自于薄膜自身的连续性和较大的膜面张力，是一层致密的实心层。此外，纤维种类与尺寸、织物的品种与织造结构、密度等都影响防水透湿性能。织物空隙率越大，越利于水汽的传导，透湿越高，但水压会降低．纤维的化学结构也会影响对水汽的吸附，纤维若吸水膨胀，会减少空隙尺寸，阻止水汽的导出，降低透湿量．纤维表面的润湿性与表面尺寸影响水汽的迁移，微孔纤维织物表面积很大，可以允许大量水汽迁移，提高透湿量。纤维对水的毛细效应越大，透湿提高越明显。
2. 整理工艺
织物防水透湿涂层一般采用刮涂法处理。工艺基本流程：织物防水处理→调浆→基布→涂层→烘干（温度150-160℃）
织物涂布前往往要对织物进行前防水处理，提高涂层剂成膜的连续性．防止涂层剂很快渗透到织物背面，破坏了涂膜的连续性，耐水压下降；其次，涂层剂还会对纤维渗透，使手感僵硬。刮涂需要一定粘度，因此需要对涂层胶乳增稠，可用的增稠剂有丙烯酸酯型和缔合型聚氨酯增稠剂。为了提高水性聚氨酯的耐水性和强度，可以在胶乳中加入交联剂，另外，还可以根据需要要求加入一定量柔软剂、消光剂等助剂配制涂层浆料。调好的浆料涂层模板上用干法直接涂层法将均匀地涂在织物上，并在一定温度和时间下进行交联焙烘织物。目前也开发了浸轧法工艺。
3. 研究进展
国内外水性聚氨酯防水透湿涂层剂的研究和产品都比较多，将聚丙烯腈水解物（HPAN）同端氨基PU预聚体在室温下经反应性共混，生成在水中稳定存在的高分子羧酸铵盐。将该羧酸铵盐涂布、烘干、焙烘后，羧酸铵盐受热后脱水生成酰胺，制得具有一定防水透温性能的PU涂层。这种涂层主要通过防水透湿机理实现透湿。用上述工艺制备的涂层布，耐水压值约6370Pa，透湿量约2558g ／ m2·d。以 PEG，PTMG 为聚醚二醇组分，与TDI预聚合成具有防水透湿性的聚氨酯微乳液涂层剂, 再加适量自制的聚氨酯预聚体作交联剂，加少许增稠剂，调至适当粘度，涂刮基布（190T尼丝纺），该涂层织物手感柔软，耐寒性能优越。以聚醚多元醇（PPG）、TDI、DMPA、交联剂及成盐剂为主要原料制备了阴离子型水性聚氨酯乳液，将其用作织物涂层剂，结果表明，在一C00H基质量分数为0.8％～1.1％、n（一Nc0）：n（一0H）为2，5:1～3，5:1、高剪切乳化、n（交联剂）:n（聚醚多元醇）为1:15、增稠剂Y 一 6OO用量2.5％条件下，制备的阴离子型水性聚氨酯涂层剂的耐静水压可达1，96× 104Pa。分别加入丙烯酸甲酯或丙烯酸羟乙酯或两者的混合体合成改性水性聚氨酯，并对棉织物涂层，在不同温度、时间及涂层量下，测试涂层棉织物抗水性、强力伸长率及透湿性表明，引入丙烯酸甲酯可提高涂层膜抗水性、增加涂层膜抗张强力。引入丙烯酸羟乙酯有利涂层膜透气性，提高涂层膜断裂伸长率。
采用钴60—γ辐射法乳液聚合工艺，制备了水系聚氨酯一含硅丙烯酸树脂织物涂层胶。该胶兼有聚氨酯、丙烯酸酯和有机硅三者的优良特性，用于织物的涂层整理，使织物具有良好的防雨防风，通气透湿，穿着舒适的功能，弥补了使用单一树脂带来的耐久性、手感和成本方面的不足。此外，采用水性聚氨酯为基料，添加阻燃剂及相关助剂，用特殊工艺合成了水性 PU 阻燃涂层胶。经Zeta电位与TEM测试结果表明，水性PU乳胶对阻燃成分产生了吸附与部分包覆作用，水性PU阻燃涂层胶具有较好的稳定性，通过正交实验探讨了该阻燃胶的优化整理工艺，并按优化工艺对产品进行中试，结果表明，整理后织物的阻燃性能及各项指标均能达到较高标准.
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