概述了一般防水透湿织物的透湿机理及制备方法、智能型防水透湿织物的智能透湿机理及防水透湿
织物的研究新进展。

关键词:织物,防水透湿,机理,智能

　　随着生活水平的不断提高,人们对服装的舒适性和功能性的要求也越来越高。早期的防水透湿织物防水效果虽好,但透湿能力一般较差。人穿着这类服装在剧烈运动时,大量汗液由于无法以蒸气的形式排出,结果在衣服内部形成冷凝水, 使人感觉粘湿而不舒适。为克服这一缺陷,近年来,人们开发出具有良好的防水和透湿性能的防水透湿产品(国外称呼吸型织物) 。呼吸型织物当然并不能像人和动物一样真正的呼吸[1] 。由于人体服装微气候内的温度、湿度比外界高,与外界形成较大的温湿差,呼吸型织物就是利用这种温湿差作为趋动力将人体排出的汗气导走,从而让人感到舒适。

1 　防水透湿织物的防水透湿机理[2]

防水透湿织物可以有多种方法实现,具体原理也各不相同。可利用水蒸气分子和水分子的巨大差异实现,如果设法在织物上形成某种“孔”,使孔径的大小介于水滴和水蒸气分子之间,则可以使织物只允许水蒸气分子通过,而阻止水滴的透
过,从而使织物既具有防水功能,又具有良好的透湿效果。而致密亲水膜防水透湿织物则是通过度梯度下传递水蒸气;通过亲水膜的疏水链段阻止液态水的渗透。

2 　防水透湿织物的加工方法

防水透湿织物的加工方法有三种:超高密结构法、微孔技术法和致密亲水膜技术法[3] 。
2. 1 　超高密结构法
著名的Ventile 织物是最早的以超高密结构法生产的防水透湿织物[4] 。当织物被润湿后,纤维发生膨胀,纤维间的间隙减小,从而阻止水的渗透。近年来,多用聚酯、尼龙、醋酸纤维素等的超细纤维制备高密织物,再辅以拒水整理,达到比Ventile 织物更好的防水效果,而且织物轻薄,手感柔软。

2. 2 　微孔技术法
微孔防水透湿织物是根据水滴与水蒸气分子大小相差悬殊,设计织物微孔膜上的微孔直径小于水滴而大于水蒸气分子,织物外侧的水滴不会穿过织物渗透到织物内侧,而人体本身散发的汗蒸气则能够通过微孔扩散到外界,从而使织物具备防水透湿的功能。微孔技术法的典型代表织物是美国W.L. Gore &Associates (戈尔) 公司制备的Gore2Tex 织物。Gore2Tex 薄膜主要是由聚四氟乙烯双向拉伸微孔薄膜构成,厚约25μm, 开孔率为82 %, 孔径为0. 2～5μm, 约为水滴的两万分之一, 比水蒸气分子大700 倍,透湿量大于4 000 g/ (m 2 ·24 h) ,透气量小于0. 1 mL/ (cm 2 ·s) ,因而具有良好的防水、透湿、防风功能。适用于运动和户外服装。
2. 3 　致密亲水膜技术法
致密亲水膜防水透湿织物是通过亲水膜亲水链段的化学吸附,在一定的温度和湿度梯度下,传递水蒸气;通过亲水膜的疏水链段阻止水的渗透。如Sympatex 织物,Sympatex 薄膜是由亲水的聚酯嵌段高聚物制成的没有微孔的实心体,汗气蒸发的水分子以亲水涂层的亲水链段为阶梯从织物内部散失到外界。因为亲水涂层内部的温度、湿度比外界要高,因而这种传导只能由内到外单方向进行,从而使织物具有良好的透湿性能。又由于这种亲水涂层是无孔的,所以即便是刮风下雨,风和雨滴也不能透过亲水涂层,因而具有良好的防风隔雨性能。而且Sympatex 薄膜厚度仅为10 μm , 具有重量轻,手感柔软和水蒸气由里向外扩散距离短等优点。因而广泛用于运动服和休闲服。
3 　防水透湿织物新发展
前述三种方法制备防水透湿织物已经应用于工业生产,但仍有不足之处,如利用织物本身紧密结构制备的防水透湿织物耐水压太低;亲水膜技术制备的防水透湿织物悬垂性和柔软性差;透湿性相对较低,附着牢度差;而微孔技术制备防水透湿织物则工艺复杂,成本高,限制了其推广和使用。随着消费观念的改变和科学技术的进步,人们正在产品的功能开发上吸收和移植现代新技术,以提升现有防水透湿织物的档次。
3. 1 　智能型防水透湿织物
考虑到穿着者的舒适性,对于纺织服装的透湿气性能在不同环境下的要求是不同的,高温下要求高的透湿性能以保证良好的排热排汗性,而低温时较低的透湿气性可保证保暖性,然而一般的织物无法达到这种功能性要求。利用形状记忆聚氨酯智能膜制备的防水透湿织物,其透湿气性能能够随外界温度的变化而变化,能更好地调节人体服装内的微气候,适合各种条件下穿着[5 ] 。
3. 1. 1 　形状记忆聚合物的形状记忆原理[6 ]
要使聚合物具有固定形变及恢复形变的机械行为,聚合物中必须具备两相,即可逆相与固定相,其中固定相的玻璃化转变温度要比可逆相的玻璃化转变温度高,而可逆相的玻璃化转变温度又要略高于操作温度。由于在操作温度范围内固定相一直处于玻璃态、结晶态、互穿网络或交链点状态,因此,它能像橡胶一样恢复形变,在形状恢复过程中提供所需的弹性恢复力。当温度升高到可逆相的高弹态时,聚合物能在外加载荷下产生高弹形变;当温度骤冷到其玻璃态时,由于此时处于玻璃态的可逆相的应力比固定相的弹性恢复力要大,产生的形变即使在去除外加载荷状态下也不能恢复,就是所谓的形变被“冻结”。一旦温度升高到可逆相玻璃化转变温度以上,抵制固定相弹性恢复的因素被消除,分子链的布朗运动使得可逆相的应力释放、柔性加强,结果聚合物由于固定相的弹性恢复而恢复到初始形态。因而聚合物在一系列热机械处理下,显现出了既能像塑料那样能固定形变,又能像橡胶那样恢复形变这两种机械性能。
3. 1. 2 　形状记忆聚氨酯的结构及其制备方法[7 ]
聚氨酯是在大分子主链上含有氨基甲酸酯基结构单元的高分子化合物的总称,由多异氰酸酯与多元醇反应制得。为了获得所需要的性能,常用小分子二元醇或二元胺进行扩链。对于形状记忆聚氨酯,由于其性能的要求,所用多异氰酸酯为二异氰酸酯,多元醇为齐聚物二元醇,扩链剂多为小分子二元醇。由芳香族的二异氰酸酯与具有一定分子量的端羟基聚醚或聚酯反应生成氨基甲酸酯的预聚体,再用丁二醇等扩链后可生成具有嵌段结构的形状记忆聚氨酯。这种嵌段聚氨酯分子有软段(聚酯或聚醚链段) 和硬段(氨基甲酸酯链段) 两部分组成,而这两部分链段的聚集状态和热行为等各不相同。其中由线型聚酯或聚醚构成的软链段部分的玻璃化转变温度较低,并具有一定的结晶度,且熔点不高,为可逆相;而作为硬链段的氨基甲酸酯聚集体由于其分子间存在着氢键,因而具有较高的玻璃化转变温度,该聚集体聚集成的微区起物理交联点的作用,因而该链段作为固定相。湿织物[8 ]
形状记忆聚氨酯在玻璃化转变温度区域,由于分子链微布朗运动而使透湿气性有质的突变, 而且形状记忆聚氨酯膜的透湿气性能可以随着外界温湿度的改变而改变。将形状记忆聚氨酯应用于纺织品上,合理设置其温度突变的范围,就可以在不同环境下满足穿着者对舒适性的要求,从而实现智能透湿的效果。同时由于形状记忆聚氨酯为无孔膜,故可以保证良好的防水效果。采用这种形状记忆聚氨酯制备防水透湿织物可以通过纺丝得到纱线并赋予纱线有记忆功能,也可作为织物涂层剂进行织物功能性涂层处理,如采用无孔层压/ 涂层方式等,避免了微孔在使用过程中易阻塞的缺点。日本三菱重工生产的形状记忆聚氨酯及其防水透湿织物Diaplex 产品,防水性能(抗水压) 达到1961133～3921266 kPa , 透湿量达018 万～112 万g/ (m 2 ·24 h) ,并且具有良好的抗冷凝性, 不仅适应于一般条件下穿着,而且在特殊环境下其防水透湿保暖性能随温度变化而变化,始终保持良好的舒适性。
3. 2 　离子束溅射镀膜法制备防水透湿织物[9 ]
溅射法是镀膜工业中已广泛应用的技术,具有薄膜与基底结合力强、可沉积物质范围广等优点。聚四氟乙烯溅射在聚酯纤维织物上形成高度憎水的氟碳高分子膜。聚四氟乙烯膜仅沉积于纤维上,原织物的孔隙结构得以保留,故可兼具防水透湿功能;这种干法涂层为化学键合,牢度好;由于膜透明且仅几个微米厚,故可保留原织物的手感、风格和颜色; 溅射镀膜过程中不使用有机溶剂,不存在环境污染问题。齐宏进、王东等的研究表明[10 ] ,未经溅射的聚酯纤维织物滴上水滴后立即铺展渗入织物毛细
孔中,而溅射后的织物在织物表面形成了一层不同于聚四氟乙烯的氟碳膜,使水与织物的接触角远远超过90°,从而提高织物的拒水性。此外离子束溅射基本不影响织物的透湿性。因而离子束溅射法是制造防水透湿织物的一种新方法。
3. 3 　环保型防水透湿聚酯织物
由于人们环保意识的日益增强,开发环保型产品已被各厂家所认可。近来日本帝人公司开发了具有经济、湿织物Athtoma[11 ] 。该织物是用100 % 的聚酯纤维通过涂层或叠压薄膜(树脂) 生产的,可以回收再利用。

形状记忆聚氨酯的制备方法与普通聚氨酯的制备方法相同,既可以用浇注法直接制得制品,也
可以采用双螺杆挤出机,先制得粒料,然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆聚氨酯多采用先制
成粒料再成型的方法(成型前粒料必须除去水分, 否则会使物性下降,外观变差,成型温度为180～
220 ℃);对于热固性的形状记忆聚氨酯,则多采用浇注法。

3. 1. 3 　由形状记忆聚氨酯制备的智能型防水透湿
帝人公司一直开发和销售100 % 聚酯高密防水透湿织物。然而,这种不经过涂层或叠压的高密织物抗高水压能力有限,同时,使用聚亚胺酯树脂或碳氟树脂增加抗水压性能的涂层或叠压织物在回收方面很困难。为解决此问题,帝人公司成功地开发了不用聚亚胺酯树脂的Athtoma 织物。该织物是一种经防水透湿后整理的机织物,可以回收和再利用,具有良好的经济价值,抗水压和透气性能优异,具有持久的抗水性,可经受反复的洗涤。

3. 4 　蛋白质织物
回归自然也是当今人们所追寻的一个潮流, 不少人减少对合成纤维的利用而重新重视天然纤
维。日本和服一般由丝织物制成,日本小松精练公司从废弃的旧和服中提炼出丝蛋白,以这些弹性的丝蛋白调配聚氨酯树脂,以涂层、层压和热复合三种方式制备防水透湿织物Proteintex , 用于缝制大衣、防寒夹克、运动装及户外服装等。Pro2 teintex 织物具有良好的穿着性能,尤其是三层复合织物,除具有高防水高透湿等优良性能外,耐久性也很好,而且既轻又薄,易剪裁[12] 。

4 　展望

防水透湿织物已经历了一个相当长的发展阶段,现代新技术的发展将使防水透湿织物更趋完善,使防水透湿织物除了具备优良的防水透湿功能外,兼具其他特殊服用功能。如戈尔公司与杜邦公司联合,在Gore2Tex 的Teflon 膜上嵌入导电的纳米粒子,开发新一代Gore2Tex 抗静电防水透湿工作服[13] 。

另外,防水与透湿是始终矛盾的,可以考虑用接枝聚合的方法对拒水性纤维进行改性,提高其吸湿放湿能力,从而达到防水透湿的目的。日本有人对此进行了初步探索,用电子线接枝聚合方法将丙烯酸类的亲水性单体接枝在疏水性聚丙烯非织造物上,然后用烷基季铵盐处理,再对其进行含氟等离子体处理,使织物具有拒水性和吸放湿性。

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Shao Gaiqin 　　(Tianjin Polytechnic University)

Abstract
:
The mechenism and preparating methords of waterproof and moisture permeable fabric , especially the
mechenism of intelligent waterproof and moisture permeable fabric , were discussed , the new develop2
ments of waterproof and moisture permeable fabric were introduced.

Keywords : fabric , waterproof and moisture permeable , mechenism , intelligent