CN101048280A - 多孔复合材料的制造方法与多孔复合材料 - Google Patents

多孔复合材料的制造方法与多孔复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多孔复合材料的制造方法，其中，准备弹性片，该弹性片包含聚氨酯或聚氨酯衍生物，所述聚氨酯或聚氨酯衍生物包含具有反应基团的物质，另外，准备挠性多孔片，该多孔片含有拉伸PTFE(聚四氟乙烯)，并具有水蒸气透过率(MVTR)为3000g/m2/24Hr以上的透湿性，在前述多孔片的粘合面上涂布如下涂布剂，且不完全充满该多孔片的孔，所述涂布剂包含具有与前述弹性片所含的反应基进行化学结合的官能团的物质，前述弹性片与前述多孔片通过前述涂布剂叠层，在前述叠层状态下进行加热压合，使前述官能团与前述反应基团反应而化学结合，将前述弹性片与多孔片一体化。

Description

多孔复合材料的制造方法与多孔复合材料
技术领域
本发明涉及多孔复合材料的制造方法与多孔复合材料，详细地讲，涉及将包含聚氨酯的弹性片和PTFE多孔片叠层形成的透湿性、防水性、柔软性优异的多孔复合材料，特别适合使用于防水衣料或运动衣料等的衣料用材料。
技术背景
以前，专利第2548771号(专利文献1)提供了这种复合制品。在前述专利文献1中，在具有包含拉伸PTFE的连续气泡结构、气孔率为40％以上的作为基材的厚度为20μm的多孔片的一个表面上涂布选自聚氨酯或聚氨酯(甲基)丙烯酸酯的液状树脂，在多孔片的气孔空间填充该树脂并使之充满，使该气孔中高填充的液状树脂凝固、固化、干燥，最终形成作为基材的多孔片的被覆层，得到至少具有1200g/m2/24Hr的水蒸气透过率的最终制品。
前述专利文献1的制品，通过可靠地使多孔片的气孔充满液状树脂成为没有针孔(ピンホ一ル)的制品，可生产防水-透气性制品或防水-透气性衣料。
专利文献1：专利第2548771号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，由于前述制品在PTFE多孔片的连续气孔的内部确实地充满聚氨酯树脂，完全堵塞气孔的状态下固化，故成为没有柔软性、坚硬的制品。因此，制成衣料用材料时，存在最需要的“柔软性”、“手感”遭到破坏的问题。
此外，由于多孔片的气孔充满液状树脂，该液状树脂固化，故最终制品透湿性低，制成作衣料用材料使用时也存在容易发生闷热的问题。
本发明是鉴于前述问题而完成的，其要解决的问题是提供一种复合材料，该复合材料确保柔软性并适合作为衣料用材料，同时在出汗时保持可以除湿的透湿性，还具有防水性、耐磨损性、阻燃性，同时也谋求轻量化，适合作为雨衣等的防水衣料，特别是适合作为高尔夫球或滑雪等的运动用防雨服使用。
解决课题的方法
为了解决前述课题，第一，本发明提供一种多孔复合材料的制造方法，其中，
准备弹性片，该弹性片包含聚氨酯或聚氨酯衍生物，所述聚氨酯或聚氨酯衍生物包含具有反应基团的物质，另外，
准备挠性多孔片，其包含拉伸PTFE(聚四氟乙烯)，并具有水蒸气透过率(MVTR)为3000g/m2/24Hr的透湿性，
在前述多孔片的粘合面上涂布如下涂布剂，且不完全充满该多孔片的孔，所述涂布剂包含具有与前述弹性片所含的反应基团进行化学结合的官能团的物质，
通过前述涂布剂将前述弹性片和前述多孔片叠层，
在前述叠层状态下进行加热压合，使前述官能团与前述反应基团反应而化学结合，将前述弹性片和多孔片一体化。
如前所述，在本发明中，采用将包含拉伸PTFE的多孔片和包含聚氨酯或聚氨酯衍生物的弹性片完全单独地进行叠层结构，在该叠层的多孔片和弹性片的界面，使多孔片侧的涂布剂的官能团和浸渍在弹性片中的反应基团进行化学结合。由此，多孔片的气孔并不象前述专利文献1所述那样被聚氨酯树脂充满而完全堵死。由此，可以保持作为多孔片特性的柔软性，成为适合用作衣料的复合材料。另外，由于气孔没完全被树脂堵死，故透湿性也提高，在本发明中，透湿性为前述的3000g/m2/24Hr以上，与专利文献1的1200g/m2/24Hr相比可达2倍以上。
前述弹性片所含的具有反应基团的物质，是残留和/或浸渍在构成前述弹性片的聚氨酯中的物质。
作为前述聚氨酯衍生物，可举出聚氨酯(甲基)丙烯酸酯等。
前述包含聚氨酯或聚氨酯衍生物的弹性片所含的前述具有反应基团的物质，相对于弹性片100重量％优选采用5～15重量份的比例。
作为使前述具有反应基团的物质含浸于弹性片的方法，可采用将聚氨酯和溶剂以及具有反应基团的聚合物混合进行薄膜化的方法等。
作为具有前述反应基团的物质，可举出具有异氰酸酯基的多异氰酸酯、硅烷类交联剂等，其中特别是多异氰酸酯由于与聚氨酯的亲合性和反应性优异而优选使用。
作为前述多异氰酸酯，可使用三苯基甲烷-p，p’，p”-三异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯等。也可以与该多异氰酸酯一起使用聚丙烯酸酯、环氧化物、二甲苯、聚酰胺。
该弹性片所含的具有反应基团的物质，是残留和或含浸在构成弹性片的聚氨酯中的物质。
另外，作为具有前述官能团的物质，优选使用具有羟基的乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、或羧酸、胺等具有活泼氢的化合物。具有前述官能团的物质，使用含二氯甲烷、甲乙酮、四氯化碳、三氯乙烯、丙酮等溶剂的水、醇、其他包含活泼氢的溶液溶解，制成需要的粘度，涂布在多孔片上。该溶液的浓度为0.05～5重量％。
所谓前述具有官能团的物质和具有反应基团的物质按下述的化学式形成尿烷键。
Figure A20058003662100061
(异氰酸酯基)  (羟基)    (尿烷键)
前述包含具有官能团物质的涂布剂，包含将溶剂配合在前述具有羟基或羧酸，胺等化合物中得到的溶液，将涂布剂涂布在前述多孔片上后，在干燥前，将前述弹性片叠层在前述涂布面上，在使前述涂布剂的一部分渗透到前述弹性片中的状态下进行加热压合。如果这样地在加热压合时使涂布剂的一部分渗透到弹性片中，则可利用锚定效果(アンカ一効果)提高弹性片和多孔片的粘合力。
作为在多孔片的一面涂布前述涂布剂的方法，可采用以下方法：通过喷嘴涂布在多孔片的表面上，或将多孔性片的表面浸渍在前述溶液的贮槽中，或使用辊涂机或刮刀等涂布前述溶液的方法等。而且，采用这些的方法涂布时，调节前述溶液的粘度，不使多孔片表面上露出的气孔内部充满。
优选的是，前述弹性片在其表面上粘贴脱模纸。
剥离前述脱模纸，使前述弹性片的粘合面与前述多孔片的涂布剂的涂布面重合后时，在该状态下进行加热压合。
再者，不一定要在弹性片的表面粘贴脱模纸。
加热压合，例如在叠层状态下使用加热辊进行加热压合。
前述加热温度为100～250℃，施加压力为20kgf以下。
如果采用前述方法则可防止含浸在弹性片中的具有反应基团的聚合物在空气中的湿度下固化，并且可促进反应，提高粘接强度。
也可以在多孔片上涂布涂布剂后，使前述溶剂蒸发，使之干燥，再在该涂布剂的粘合面上叠层前述弹性片，以代替前述方法。
此时，可以使加热压合时干燥的涂布剂熔融，使涂布剂的一部分渗透到弹性片中产生锚定效果。
第二，本发明提供一种多孔复合材料，其包括：
挠性多孔片，其包含拉伸PTFE，并具有水蒸气透过率为3000g/m2/24hr以上的透湿性，
弹性片，其包含聚氨酯或聚氨酯衍生物，并具有透湿性、挠性和防水性，
具有气孔的透湿性粘接部，其存在于前述多孔片和弹性片之间，该多孔片与弹性片的界面进行化学结合，其特征在于，
前述多孔片的孔中不充满前述弹性片的树脂或前述粘接部的树脂，而是残留有气孔，
在前述弹性片和多孔片通过涂布剂一体化的状态下，水蒸气透过率为3000～100000g/m2/24hr。
前述本发明的多孔复合材料，优选采用前述第一发明的制造方法制造，并由涂布剂形成前述粘接部。
采用前述制造方法制造时，在弹性片与多孔片的界面上通过化学结合形成的粘接部，可以制成将弹性片和多孔片部分地连结，并具有可以透过水蒸气的透湿性的粘接部。
此外，本发明的复合材料不一定限于前述制造方法，只要是如下结构即可，即，在多孔片的气孔内不充满弹性片的树脂或化学粘合剂，具有气孔不完全堵死的结构，并通过透湿性粘接层而结合。
前述多孔片，例如优选制成柔软的纤维结构体，蒸气透过率是3000g/m2/24Hr以上，气孔率是30％～90％，厚度是5～100μm。更优选前述蒸气透过率2500g/m2/24Hr以上，气孔率为60～85％，厚度是10～50μm。
具体地，对于前述多孔片，将PTFE的纤维结构体进行单向拉伸或双向拉伸，拉伸率为5～50倍，通过拉伸扩大纤维结构的网孔，连续地和/或部分地形成0.05～10μm左右的气孔。
作为前述原材料的PTFE具有透气性、憎水性、柔软性、阻燃性，同时具有强大的拉伸强度，还具有适合作为衣料用原材料的物性。
前述弹性片的厚度优选1～40μm，更优选5～20μm，制成非发泡结构或独立发泡结构，使之具有防水功能。
优选前述透湿性的粘接部将前述弹性片和多孔片的界面不连续地连结。
即，采用前述的制造方法含浸在弹性片中的具有反应基团的物质和涂布在多孔片上的具有官能团的物质的反应而产生的化学结合，不是在弹性片和多孔片的界面上沿外表面以连续的状态地发生，而是部分地发生，并成为结合的状态。因此，由前述化学结合形成的粘接部，可以成为具有能透过水蒸气的气孔的透湿性的粘接部。
包含前述弹性片和多孔片的叠层体的本发明的多孔复合材料，优选其总厚度为10～100μm，更优选为10～60μm。
该多孔复合材料在具有柔软性的同时具有透湿性，制成衣料时，不会产生闷热。
如前所述，本发明的多孔复合材料不仅保持透湿性而且具有防水性，并且柔软，故适合作为衣料用原材料使用。
因此，第三，本发明提供包括使用前述多孔复合材料的雨衣，高尔夫或滑雪等的运动用防雨服的衣料品等制品。
作为前述制品，除了前述衣料品外也适合作为要求透湿性、耐久性等的帐篷、汽车用罩、女性用卫生用品、鞋、手套、睡袋、被褥等各种制品的原材料使用。
此外，本发明的多孔复合材料不限定于前述列举的制品，由于也兼具阻燃性、耐热性、耐磨性、强度等，故可适用于要求这些功能的各种的制品。
发明效果
如上所述，本发明涉及一种复合材料，该复合材料是将由聚氨酯或聚氨酯衍生物形成的弹性片和包含拉伸PTFE的多孔片以叠层状态一体化的多孔复合材料，由于不使多孔片的孔中充满弹性片的树脂或化学结合的树脂而是残留有气孔，同时对由该化学结合形成的粘接部赋予透过水蒸气的透湿性，故具有柔软性，同时透湿性优异。
另外，由于多孔片使用拉伸PTFE，故在具有作为其特性的柔软性的同时，也具有憎水性、抗拉强度、阻燃性。
另一方面，由于弹性片由聚氨酯或聚氨酯的衍生物形成，故加工性好，并且可简单地赋予防水功能。
特别是，包含化学结合的多异氰酸酯时，在可以提高涂布了官能团的PTFE的粘接性方面是有效的。
包括上述结构的本发明的多孔复合材料，由于有透湿性、柔软性、防水性，故成为适合作为防水衣料品的原材料，尤其是作为出汗的运动用衣料时，由于除湿功能优异，因此不产生闷热，故成为优选的材料。
此外，由于多孔片使用PTFE，故作为要求PTFE特性的高抗拉力、阻燃性、耐磨损性等的制品的原材料也是有效的。
另外，根据本发明的多孔复合材料的制造方法，由于分别准备叠层的弹性片和拉伸PTFE多孔片，故可稳定地、高精确地形成各片。并且可在多孔片上涂布涂布剂后，与弹性片叠层，在加热的状态下熔融，可预先大量生产。另外，由于化学地提高粘接强度，故可仍保持作为PTFE多孔材料特征的柔软性地进行复合化。
附图说明
图1是本发明的复合材料的截面图。
图2(A)～(D)是示出复合材料制造方法的图。
符号说明
1复合材料
2多孔片
3弹性片
4透湿性的粘接部
具体实施方式
如图1所示，本发明的复合材料1包括通过透湿性的粘接部4将由聚氨酯或聚氨酯(甲基)丙烯酸酯形成的弹性片2和拉伸PTFE(聚四氟乙烯)的多孔片3一体化的布帛状的连续片。
前述透湿性的粘接部4是弹性片3中含有的多异氰酸酯和涂布在多孔片2上的涂布剂的聚乙烯醇进行化学结合形成的，弹性片3和多孔片4的界面不是完全连续地结合，而是部分地不连续结合，具有使水蒸气透过的除湿功能。
前述多孔片2是通过对PTFE纤维结构体进行拉伸扩大网孔而设置气孔2a的片材，气孔率为30～90％的范围，本实施方式中为75％。该多孔片2的水蒸气透过率为3000g/m2/24Hr以上，本实施方式中为100000g/m2/24Hr。多孔片的厚度为5～100μm的范围，本实施方式中为30μm。
前述弹性片3为没有气孔的非发泡结构，弹性片的厚度为1～40μm，本实施方式中为10μm。
多孔片2和弹性片3的界面上具有透湿性的粘接部4包括具备带有羟基的官能团的热塑性聚合物和具备带有异氰酸酯基团的反应基团的热塑性聚合物的化学结合层。
本实施方式中是多异氰酸酯与乙烯-乙烯醇共聚物的化学结合层。
前述多孔层2与弹性片3在界面上进行化学结合形成叠层结构的本发明的多孔复合材料1，其总厚度是10～100μm，本实施方式中是40μm。
包括前述结构的多孔复合材料，
具有如下叠层结构，该叠层结构包括：
具有高气孔率、包含拉伸PTFE的多孔片2，和
包含聚氨酯或聚氨酯的衍生物，并具有透湿性、挠性和防水性的弹性片3，以及
与预先粘在多孔片2上利用化学结合粘在弹性片3上，并有气孔的透湿性的粘接部4，并且，
不使多孔片2的气孔2a中充满弹性片3的树脂或粘接部4的树脂，而的残留有气孔。
因此，不坚硬而是保持柔软性，可以保持制成衣料用材料时所要求的“柔软性”与“手感”。此外，虽然具有防水性，但由于也具有透湿性，故制成衣料时不产生闷热。因此，成为特别适合作为出汗的运动用衣物，例如，高尔夫球用，滑雪用等的防雨服的原材料使用。
以下，参照图2对本发明的多孔复合材料1的制造方法进行说明。
如图2(A)所示，准备包含含浸了具有反应基团的聚合物的聚氨酯或聚氨酯衍生物的弹性片3。
在本实施方式中，使包含聚氨酯的弹性片3含浸多异氰酸酯。多异氰酸酯的含浸量，相对于弹性片3的100重量份按5～15重量份配合，本实施方式中为9重量份。
含浸了前述多异氰酸酯的弹性片3使用脱模纸6包覆，使之在空气中不会因湿度产生固化。
另一方面，对于多孔片2，将制成纤维结构的PTFE(聚四氟乙烯)进行拉伸扩大网孔来设置气孔，如前所述，气孔率为30～90％的范围，在本实施方式中为75％。
该多孔片2的水蒸气透过率为3000g/m2/24Hr，本实施方式中为100000g/m2/24Hr。
另外，多孔片2其厚度为5～100μm的范围。
这样，本发明预先单独地制造叠层的多孔片2和弹性片3。
如图2(B)所示，在多孔片2的一侧表面上涂布有涂布剂10，渗透到多孔片2中通过锚定效果提高粘接力，该涂布剂10包含具有与浸渍在弹性片中的反应基进行化学结合的官能团的EVOH的溶液。
前述涂布剂10的EVOH的浓度为0.1～0.5％的范围，调节涂布剂的粘度，涂布成如下状态：涂布面上开口的气孔2a的内部不被完全充满。
接着，如图2(C)所示，弹性片3剥离脱模纸6后，重叠在多孔片2涂布了涂布剂10的涂布面上，成为2层状态。
在该状态下施加设定温度和设定压力，进行加热加压。
加热温度为100～250℃，本实施方式中为210℃。施加压力1～20kgf，本实施方式中为10kgf。
具体地，如图2(D)所示，使用加热到前述温度的上下辊，使前述叠层的片在该辊间通过，以前述压力进行加压。
通过前述的加热，涂布在多孔片2上的涂布剂熔融，所含的EVOH和含浸在弹性片3中的多异氰酸酯按下述的化学式形成尿烷键，形成前述透湿性的粘接部4。
Figure A20058003662100121
(异氰酸酯基)  (羟基)    (尿烷键)
前述透湿性的粘接部4非常薄，在多孔片2与弹性片3的界面不是微细地形成完全连续的线状，而是不连续地形成，因此，可透过水蒸气。
也可以在多孔片2上涂布前述涂布剂10后，使涂布剂10的溶剂蒸发，成为干燥状态后，叠层弹性片3再进行加热压合。
采用前述制造方法制造得到的最终制品成为前述第1图所示的多孔复合材料1。
这样，在多孔复合材料1中，多孔片2与弹性片3在界面上利用化学结合的透湿性的粘接部4一体地结合，成为该结合力强度高的复合材料。而且，在该界面上，由于多孔片2的气孔2a中不充满弹性片3的聚氨酯和涂布剂而是残留有气孔，因此，维持多孔片2的特性，多孔复合材料1保持柔软性而且不损害透湿性。
此外，本发明的多孔复合材料1由下述的测定试验确认保持防水性、耐磨损性、阻燃性。
防水性的测定采用JIS L 1092 B法进行测定，测定结果为防水性合格。
耐磨损性的测定采用洗涤试验JIS L 1096 F-3法进行测定，测定结果为耐磨损性也合格。
再者，透湿性的测定采用JIS 1099 B-1法进行测定。
工业实用性。
本发明涉及的复合材料，由于透湿性、防水性、柔软性优异，故成为不产生闷热的防水用的衣料原材料，特别适合作为出汗的运动用衣物的材料。此外，由于具有高抗拉力、憎水性、阻燃性等，故不限于衣料用原材料，也适合作为汽车用罩等防水用罩，帐篷、鞋、睡袋、被褥等的材料使用。

Claims (10)

1.一种多孔复合材料的制造方法，其包括，
准备弹性片，该弹性片包含聚氨酯或聚氨酯衍生物，所述聚氨酯或聚氨酯衍生物包含具有反应基团的物质，另外，
准备挠性多孔片，该多孔片含有拉伸PTFE(聚四氟乙烯)，并具有水蒸气透过率(MVTR)为3000g/m2/24Hr以上的透湿性，
在前述多孔片的粘合面上涂布如下涂布剂，且不完全充满该多孔片的孔，所述涂布剂包含具有与前述弹性片所含的反应基团进行化学结合的官能团的物质，
前述弹性片与前述多孔片通过前述涂布剂叠层，
在前述叠层状态下进行加热压合，使前述官能团与前述反应基团反应而化学结合，将前述弹性片与多孔片一体化。
2.权利要求1所述的多孔复合材料的制造方法，其中，
作为具有前述反应基团的物质，使用具有异氰酸酯基的多异氰酸酯、硅烷类交联剂等，另外，
作为具有前述官能团的物质，使用具有羟基的乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、或羧酸、胺等具有活泼氢的化合物，
使前述反应基团与官能团形成尿烷键。
3.权利要求1或2所述的多孔复合材料的制造方法，其中，前述弹性片所含的具有反应基团的物质是残留和/或含浸在构成该弹性片的聚氨酯中的物质。
4.权利要求1～3中任何一项所述的多孔复合材料的制造方法，其中，包含具有前述官能团的物质的涂布剂包含将溶剂配合在前述具有羟基或羧酸、胺等的化合物中得到的溶液，将涂布剂涂布在前述多孔片上后，在干燥前将前述弹性片叠层在前述涂布面上，在使前述涂布剂的一部分渗透到前述弹性片的状态下进行加热压合。
5.权利要求2或3所述的多孔复合材料的制造方法，其中，包含具有前述官能团的物质的涂布剂包含将溶剂配合在前述具有羟基或羧酸、胺等的化合物中得到的溶液，在前述多孔片上涂布该涂布剂后使前述溶剂蒸发，再将前述弹性片叠层在该涂布剂的粘合面上。
6.一种多孔复合材料，其包括：
挠性多孔片，其包含拉伸PTFE，并具有水蒸气透过率为3000g/m2/24Hr以上的透湿性，
弹性片，其包含聚氨酯或聚氨酯衍生物，并具有透湿性、挠性和防水性，
具有气孔的透湿性粘接部，其夹在前述多孔片与弹性片之间，该多孔片和弹性片的界面通过化学结合而粘合，其中，
前述多孔片的孔不充满前述弹性片的树脂或前述化学结合的粘接部的树脂而是残留有气孔，
在前述弹性片与多孔片通过涂布剂一体化的状态下，水蒸气透过率为3000～100000g/m2/24Hr。
7.权利要求6所述的多孔复合材料，其采用权利要求1～5中任何一项所述的制造方法制造，并利用涂布剂形成前述粘接部。
8.权利要求6或7所述的多孔复合材料，其中，前述多孔片是柔软的纤维结构体，蒸气透过率是3000g/m2/24Hr以上，气孔率是30％～90％、厚度是5μm～100μm以上。
9.权利要求6～8中任何一项所述的复合材料，其中，前述弹性片具有防水性，同时其厚度是1μm～40μm。
10.包括使用权利要求9所述的复合材料制造的防水衣料、运动衣料的制品。
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