CN102632648A - 一种高效防水透湿面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效防水透湿面料及其制备方法。所述的高效防水透湿面料，其特征在于，包括静电纺纳米纤维膜，静电纺纳米纤维膜的上下两侧皆设有纤维织物层，静电纺纳米纤维膜与纤维织物层之间设有粘合剂点状胶层。其制备方法为：在室温下，将聚氨酯加入到溶剂中，再加入疏水性纳米颗粒，获得性质均一的纺丝液；将纺丝液进行超声波处理，将超声波处理后的纺丝液进行静电纺丝，在接收装置上得到具有静电纺纳米纤维膜；通过转移辊将粘合剂以点状形式转移到静电纺纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层，再将纤维织物黏附上，形成纤维织物层，然后进行热轧，制成高效防水透湿面料。本发明所得产品的防水透湿性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效防水透湿面料及其制备方法，属于纳米功能材料技术领域。
背景技术
随着生活水平的不断提高，人们对服装的功能性和舒适性的追求已成为一种新潮流，服装除了为满足人们穿衣的需要，还要在许多特殊的条件下完成特定功能，同时仍不失其原有的舒适性。防水透湿服装就是其中一个突出的例子，即在一些恶劣的气候环境中所使用的服装，如风雨衣、滑雪衣、特种军服等，都必须具备防水透湿功能，即一方面要防止雨雪的渗透，另一方面又要让人体散热的汗液以蒸汽的形式通过面料排出以使人感到舒适。仅仅透湿而不防水，或是防水而不透湿同样是令人难以忍受的。例如，一些涂层织物，虽然具有优良的防水性和一定的防风性，但透湿性很差。人穿着这类服装在激烈运动时，大量汗液由于无法以蒸汽的形式排出，结在衣服内部形成冷凝水，使人感觉粘湿而不舒适，遇到天气寒冷时非常容易造成冻伤。由此可见，将防水、透湿这两个看似矛盾的性能要求结合起来非常重要，只有这样才能实现织物防护性能与舒适性的统一。目前市面上的防水透湿织物主要有三种：紧密型织物、涂层织物、粘贴薄膜型织物。但是这些类型的防水透湿织物都有一定的局限性。紧密型织物耐水压太低(在三种织物中是最低的)，这大大限制了它的应用范围。涂层织物悬垂性和柔软性差；防水耐久性差，附着牢度差。粘贴薄膜型织物，特别是Gore-Tex织物，虽然具有优良的性能；防水效果好，附着牢度高。但其难以独占市场或大范围推广，关键的障碍是：二维拉伸制膜工艺复杂，成本太高，成衣价格高，其柔软性、悬垂性不令人满意。因此，找到一种新的制膜技术来代替二维拉伸技术势在必行。
静电纺丝技术是一种可制备直径分布在几百纳米到几个微米范围内的超细纤维的简单而有效的方法。通过这种方法制备的超细纤维直径很小，因而其弯曲刚度很小，纤维手感特别柔软；超细纤维的比表面积很大，因此纤维织物的覆盖性、蓬松性和保暖性有明显提高，而且比表面积大使纤维与灰尘或油污接触的次数更多，因而具有极强的清洁功能。因此，通过这种方法制备的超细纤维膜可广泛应用于防护材料、高档服装面料、催化剂载体、组织工程、电池隔离膜、超高灵敏度生物传感器等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效防水透湿面料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高效防水透湿面料，其特征在于，包括静电纺纳米纤维膜，静电纺纳米纤维膜的上下两侧皆设有纤维织物层，静电纺纳米纤维膜与纤维织物层之间设有粘合剂点状胶层。
本发明还提供了上述高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在室温下，将聚氨酯加入到溶剂中，再加入疏水性纳米颗粒，在磁力搅拌机上搅拌直至获得性质均一的纺丝液；
第二步：将第一步中所得的纺丝液进行超声波处理，在室温、湿度为20～30％的条件下，将超声波处理后的纺丝液置于密闭注射器中，在多喷头静电纺丝设备上进行静电纺丝，在接收装置上得到具有静电纺纳米纤维膜；
第三步：通过转移辊将粘合剂以点状形式转移到静电纺纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层，再将纤维织物黏附上，形成纤维织物层，然后进行热轧，制成高效防水透湿面料。
优选地，所述第一步中采用的聚氨酯为两亲性聚合物。
优选地，所述第一步中采用的聚氨酯的加入量为纺丝液的7-14wt％。
优选地，所述第一步中的疏水性纳米颗粒为SiO2或聚四氟乙烯的颗粒。
优选地，所述第一步中的疏水性纳米颗粒的直径范围在15纳米至1.7微米。
优选地，所述第一步中的疏水性纳米颗粒的加入量为纺丝液的2-5wt％。
优选地，所述第一步中的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，苯和甲苯中的一种或二种以上的混合物。
优选地，所述第二步中的超声波处理条件为：超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦，处理时间为30-60分钟。
优选地，所述第二步中的静电纺丝条件为：注射速度1-5毫升/小时，接收距离15-25厘米，外加电压为15-35千伏，喷头数在10-20个。
优选地，所述第二步中接收装置为铝箔、铜网、织物、铁板、导电卡纸和无纺布中的一种或两种以上的复合物。
优选地，所述第三步中纤维织物选自棉纤维织物、尼龙纤维织物、涤纶纤维织物、涤棉织物和涤毛织物。
优选地，所述第三步中所用的粘合剂为聚酰胺、有机硅、乙烯-醋酸乙酯共聚物或聚酯。
优选地，所述第三步中热轧条件为：温度60-120℃，压力300-500千帕，热轧时间2分钟。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)通过调整不同直径的纳米颗粒的加入量以及静电纺丝过程中加工工艺参数，最终获得具有优异的防水透湿性能的聚氨酯纳米纤维膜。所得纳米纤维膜的纤维直径40-500纳米，膜厚0.06毫米。纳米纤维膜与织物复合后其剥离强度为6-10牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，透湿量为6000-9000g/m2·24h(按GB/T1270491中干燥杯法测试)，耐水压70-90千帕(按GB4744-84测试)，且纳米纤维膜具有疏水性，其接触角在110-145°。
(2)制膜工艺简单，成本低廉，生产效率高，能满足应用需求。
附图说明
图1为高效防水透湿面料结构示意图。
具体实施方式
下面结合实例，进一步对本发明进行详细阐述。以下实施例中使用的试剂皆为外购试剂，其中，各种溶剂均购自上海晶纯试剂有限公司；聚氨酯(巴斯夫中国有限公司，ElastollanR 12280A10)，聚酰胺粘合剂(深圳市固泰科技有限公司，GT-701)，有机硅粘合剂(迈图高新材料有限公司，FRV1106)，乙烯-醋酸乙酯共聚物(比利时艾克森化学公司，UL5540)，聚氨酯粘合剂(烟台双天聚氨酯胶粘剂有限公司，SH-3)，聚四氟乙烯颗粒(日本旭硝子，L169E)。以下实施例中使用的各种设备皆为市售设备，高压电源为天津东文高压电源厂生产的DW-P303-1ACD8型号产品；纺丝液输送系统为保定兰格恒流泵有限公司生产的LSP02113型号产品，自制的金属滚筒接收装置。以下实施例中使用的各种织物(棉纤维织物、尼龙纤维织物、涤纶纤维织物、涤棉织物和涤毛织物)皆是常州新安无纺布有限公司生产的。
实施例1
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将12克聚氨酯加入到103.2克N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，再加入直径为15纳米的SiO2纳米颗粒4.8克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为10％和4％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理30分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为15千伏，注射速度为5毫升/小时，接收距离为20厘米，在10喷头静电纺丝设备上进行纺丝8小时，最终在铜网上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为400纳米、厚度为35微米；
第三步、在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将聚酰胺粘合剂以点状形式均匀转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将尼龙织物黏附上形成纤维织物层2，然后在60℃温度压力300千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为126°)与织物的剥离强度为6牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达7500g/m2·24h(按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压82千帕(按GB4744-84测试)。
实施例2
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将8.4克聚氨酯加入到109.2克N-N-二甲基乙酰胺溶剂中，再加入直径为15纳米的SiO2纳米颗粒2.4克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为7％和2％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理30分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为25千伏，注射速度为4毫升/小时，接收距离为15厘米，在16喷头静电纺丝设备上进行纺丝10小时，最终在铜网上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为380纳米、厚度为34微米；
第三步，在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将有机硅粘合剂以点状形式转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将尼龙织物黏附上形成纤维织物层2，然后在80℃温度压力400千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为110°)与织物的剥离强度为7.5牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达6000g/m2·24h(按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压70千帕(按GB4744-84测试)。
实施例3
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将14.4克聚氨酯加入到102克二氯甲烷溶剂中，再加入直径为40纳米的聚四氟乙烯纳米颗粒3.6克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为12％和3％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理40分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为35千伏，注射速度为1毫升/小时，接收距离为15厘米，在14喷头静电纺丝设备上进行纺丝40小时，最终在铝箔上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为370纳米、厚度为37微米；
第三步，在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将聚酰胺粘合剂以点状形式转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将棉纤维织物黏附上形成纤维织物层2，然后在85℃温度压力300千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为138°)与织物的剥离强度为8.1牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达8600g/m2·24h (按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压92千帕(按GB4744-84测试)。
实施例4
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将16.8克聚氨酯加入到97.2克三氯甲烷溶剂中，再加入直径为800纳米的聚四氟乙烯纳米颗粒6克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为14％和5％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理35分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为25千伏，注射速度为3毫升/小时，接收距离为20厘米，在20喷头静电纺丝设备上进行纺丝13.5小时，最终在铜网上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为458纳米、厚度为36微米；
第三步，在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将聚酰胺粘合剂以点状形式转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将尼龙织物黏附上形成纤维织物层2，然后在100℃温度压力450千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为150°)与织物的剥离强度为7.9牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达9000g/m2·24h(按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压72千帕(按GB4744-84测试)。
实施例5
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将2.4克聚氨酯加入到109.2克丙酮溶剂中，再加入直径为800纳米的TiO2纳米颗粒2.4克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为10％和2％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理50分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为30千伏，注射速度为5毫升/小时，接收距离为20厘米，在18喷头静电纺丝设备上进行纺丝4小时，最终在铝箔上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为512纳米、厚度为41微米；
第三步，在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将乙烯-醋酸乙酯共聚物粘合剂以点状形式转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将尼龙织物黏附上形成纤维织物层2，然后在120℃温度压力400千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为118°)与织物的剥离强度为8.9牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达8400g/m2·24h(按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压90千帕(按GB4744-84测试)。
实施例6
如图1所示，为高效防水透湿面料结构示意图，所述的高效防水透湿面料包括静电纺纳米纤维膜4，静电纺纳米纤维膜4的上下两侧皆设有纤维织物层2，静电纺纳米纤维膜4与纤维织物层2之间设有粘合剂点状胶层3。其制备方法为：
第一步、在室温25℃下，将8.4克聚氨酯加入到109.2克一氯甲烷溶剂中，再加入直径为1.7μm的SiO2纳米颗粒2.4克，在磁力搅拌机上以200转/分的转速搅拌2小时，直至获得性质均一的纺丝液，得到质量分数分别为7％和2％聚氨酯和SiO2纳米颗粒的混合溶液。
第二步、将所得混合溶液经超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦的超声波处理60分钟，在室温25℃，湿度为25％的条件下，将所得溶液置于密闭注射器中，控制外加电压为30千伏，注射速度为5毫升/小时，接收距离为20厘米，在10喷头静电纺丝设备上进行纺丝4小时，最终在导电卡纸上得到静电纺纳米纤维膜4，其纤维直径为480纳米、厚度为39微米；
第三步，在制备的聚氨酯纳米纤维膜两侧层压纤维织物：通过转移辊的刻花滚筒将聚氨酯粘合剂以点状形式转移到聚氨酯纳米纤维膜上形成粘合剂点状胶层3，这种点状胶层的网点目数为8目/英寸，再将涤纶纤维织物黏附上形成纤维织物层2，然后在120℃温度压力400千帕下热轧2分钟，制成防水透湿的聚氨酯纳米纤维膜复合面料。
通过上述方法得到的聚氨酯纳米纤维膜(接触角为112°)与织物的剥离强度为10牛顿/厘米(按FZ/T01010-91测试)，得到的聚氨酯纳米纤维膜复合面料的透湿量高达8300g/m2·24h(按GB/T12704-91中干燥杯法测试)，耐水压76千帕(按GB4744-84测试)。
Claims (10)
1.一种高效防水透湿面料，其特征在于，包括静电纺纳米纤维膜(4)，静电纺纳米纤维膜(4)的上下两侧皆设有纤维织物层(2)，静电纺纳米纤维膜(4)与纤维织物层(2)之间设有粘合剂点状胶层(3)。
2.权利要求1所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在室温下，将聚氨酯加入到溶剂中，再加入疏水性纳米颗粒，在磁力搅拌机上搅拌直至获得性质均一的纺丝液；
第二步：将第一步中所得的纺丝液进行超声波处理，在室温、湿度为20～30％的条件下，将超声波处理后的纺丝液置于密闭注射器中，在多喷头静电纺丝设备上进行静电纺丝，在接收装置上得到具有静电纺纳米纤维膜(4)；
第三步：通过转移辊将粘合剂以点状形式转移到静电纺纳米纤维膜(4)上形成粘合剂点状胶层(3)，再将纤维织物黏附上，形成纤维织物层(2)，然后进行热轧，制成高效防水透湿面料。
3.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中采用的聚氨酯为两亲性聚合物。
4.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中采用的聚氨酯的加入量为纺丝液的7-14wt％。
5.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性纳米颗粒为SiO2或聚四氟乙烯的颗粒。
6.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性纳米颗粒的直径范围在15纳米至1.7微米。
7.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性纳米颗粒的加入量为纺丝液的2-5wt％。
8.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第二步中的超声波处理条件为：超声波频率为35千赫兹，超声波功率为180瓦，处理时间为30-60分钟。
9.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第二步中的静电纺丝条件为：注射速度1-5毫升/小时，接收距离15-25厘米，外加电压为15-35千伏，喷头数在10-20个。
10.如权利要求2所述的高效防水透湿面料的制备方法，其特征在于，所述第三步中热轧条件为：温度60-120℃，压力300-500千帕，热轧时间2分钟。
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