CN103388265A

CN103388265A - 一种防水透湿多功能复合微/纳米面料及其制备方法

Info

Publication number: CN103388265A
Application number: CN2012101404249A
Authority: CN
Inventors: 李从举; 王娇娜; 张丽
Original assignee: Beijing Institute Fashion Technology
Current assignee: Beijing Institute Fashion Technology
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: CN103388265B

Abstract

本发明涉及一种防水透湿多功能复合微/纳米面料及其制备方法。本发明的防水透湿多功能复合微/纳米面料包括面料、静电纺膜和里料，静电纺膜位于面料和里料之间，静电纺膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合。本发明最大的特点在于中间所设置的静电纺功能膜，该功能膜具有很好的可控性，不仅可以通过控制静电纺丝液的原材料来调控其性能，还可以通过改变纺丝装置及工艺条件来控制功能膜的性能，从而使得所得到的复合织物除了具有防水透湿功能外，同时还使其具有了一些高附加值功能，如强力除臭、强力抗菌、超轻薄保暖、医疗保健等作用，这样就更大程度的满足了不同消费者的需求。

Description

一种防水透湿多功能复合微/纳米面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种面料及其制备方法，尤其涉及一种防水透湿多功能复合微/纳米面料及其制备方法。

背景技术

防水透湿织物（Waterproof & Moisture Permeable Fabric）通常也叫防水透气织物，国外一般称之为Waterproof and Breathable Fabric（可呼吸织物）。防水透湿织物是指具有使水滴（或液滴）不能渗入织物，而人体散发的汗气能通过织物扩散传递到外界，不致在衣服和皮肤间积累或冷凝，感觉不到发闷现象的功能性织物。它是人类为抵御大自然的侵害，不断提高自我保护的情况下出现的，集防风、雨、雪，御寒保暖，美观舒适于一身的高技术纺织品。研究表明，只有当靠近皮肤的衣服内“微气候区”的温度在32±1℃，相对湿度在50%±10%时人才感到舒适，此时人体处于最佳的生理状态。用这种织物做成的服装，不仅能满足严寒雨雪、大风等恶劣天气环境中人们活动时的穿着需要(如冬季军服等)，也适用于人们日常生活对雨衣、运动衣等的要求，且穿着舒适美观，无湿冷感，防止冻伤。

水蒸气分子的直径为0.0003-0.0004微米，而雨水中直径最小的轻雾的直径为20微米，毛毛雨的直径已经高达400微米，如果能够制造出孔隙直径在水蒸气和雨水之间的薄膜，那么既防水又透湿就能够实现了。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出一种新型多功能的防水透湿复合微/纳米面料。

本发明提到的防水透湿多功能复合面料之所以堪称为“微/纳米”面料，是因为所述层压织物的中间层（芯层）为电纺微/纳米纤维无纺布。静电纺丝技术是一种可连续制作纳米织物的重要工艺，可以制备单丝直径20-100nm以至更细的纳米纤维和微/纳米级纤维，采用新型电纺丝装置，通过控制工艺条件将纤维制成扭曲螺旋结构的天然仿生纤维。这种纤维材料织物同时具有如下特点：（1）弯曲刚度小，织物柔软性和悬垂性好；（2）纤维对光线反射比较分散，光泽柔和；（3）纤维和织物具有很强的毛细和芯吸作用，因而具有高吸水性和吸油性；（4）织物的高密度还赋予其更好的保暖性，可作为轻身保暖质料；（5）扭曲螺旋天然仿生纤维结构赋予无纺布织物高弹性；（6）添加的功能成分可使面料具有抗菌除臭功能。

本发明所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料不仅仅局限于上述织物特点，对于新型防护（防病毒、细菌和气溶胶形式存在的生物化学制剂等）面料的开发同样存在巨大的应用价值。电纺微/纳米纤维本身排列密集，均匀，有很多“蠕虫洞”，形成一层致密网状结构，且孔洞大小可调（20-200nm)，透气性好(孔隙率45-90%)，对大分子物质具有选择通过作用，可让水蒸气和空气自由进出，而病毒、细菌却被挡在外面。同时，比表面积很高，电纺纳米纤维直径与气体分子平均自由程相当，当含有气溶胶的气流通过无纺膜时，气体能在纤维表面产生滑移，由纤维造成的压力降损失大大降低，因此，这种无纺膜对以气溶胶形式存在的生物化学制剂具有很好的防护作用；由这种纳米纤维膜制作的防护材料，其阻隔气溶胶的效率达到98%以上，具有极好的透气性能、阻隔性能、过滤性能。因而该复合面料具有广阔的应用前景。

为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种防水透湿多功能复合微/纳米面料，包括面料、静电纺膜和里料，所述静电纺膜位于面料和里料之间，静电纺膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合。

所述的静电纺膜（静电纺功能膜）为静电纺纳米纤维，所述的静电纺膜可以采用新型电纺丝装置，通过控制工艺条件将纤维制成扭曲螺旋结构的天然仿生纤维，即所述的静电纺膜为扭曲螺旋结构的天然仿生纤维。

所述的静电纺膜可以通过在纺丝液中加入一定量的功能成分，如添加AgNO₃进行电纺得到的，即所述的静电纺膜中含有一定量的功能成分，如含有AgNO₃。

所述的静电纺膜可以是含银等功能成分的扭曲螺旋结构天然仿生纤维功能膜，同时具有了抗菌除臭和轻薄高弹的特点。

所述的静电纺膜的主要成分为高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸丙二醇酯（HSPET/PTT），高收缩性聚酯/聚乙烯吡咯烷酮（HSPET/PVP），高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯（HSPET/PBT），高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯（HSPET/PET），高收缩性聚酯/聚己丙酰胺（HSPET/PCL），高收缩性聚酯/聚乳酸（HSPET/PLLA），高收缩性聚酯/热塑性聚酯弹性体（HSPET/TPEE），热塑性聚酯弹性体/聚对苯二甲酸丙二醇酯（TPEE/PTT），热塑性聚酯弹性体/聚对苯二甲酸丁二醇酯（TPEE/PBT），热塑性聚酯弹性体/聚乳酸（TPEE/PLLA），热塑性聚酯弹性体/聚乙烯吡咯烷酮（TPEE/PVP），热塑性聚酯弹性体/聚己丙酰胺（TPEE/PCL），热塑性聚酯弹性体/聚乙二醇（TPEE/PEG），热塑性聚酯弹性体/聚丙烯腈（TPEE/PAN），聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚乙烯基咔唑（PBT/PVK），聚乳酸/聚对苯二甲酸丁二醇酯（PLLA/PBT），聚乳酸/聚对苯二甲酸丙二醇酯（PLLA/PTT），聚乳酸/聚乙烯吡咯烷酮（PLLA/PVP），聚乳酸/聚己丙酰胺（PLLA/PCL），聚乳酸/聚乙二醇（PLLA/PEG）等。

所述的静电纺膜的孔径控制在水蒸气分子的直径(0.0003-0.0004μm)与水滴直径(20-400μm)之间。

所述的面料可选用机织锦/棉、涤/棉等平纹织物，同时面料做过适当的拒水整理。所述的里料可选用轻薄型针织经编织物，如20D-40D特立可得。

所述的粘合是分别将面料和里料均匀点胶，然后采用压烫机进行热压粘合。

优选的，将静电纺膜直接纺在经均匀点胶的里料上，再将经均匀点胶的面料与之热压粘合。即将静电纺膜直接纺在负载均匀胶点的里料上，可有效避免取膜过程对电纺膜带来的结构破坏等不良影响，同时可简化工艺步骤，再将负载均匀胶点的面料与之热压粘合。

所述的点胶采用热熔胶，如共聚酰胺（Co-PA），共聚酯（Co-PES）等热熔胶系列。

上述防水透湿多功能复合微/纳米面料的制备方法，包括：

（1）分别将面料和里料均匀点胶后，备用；

（2）采用双喷丝头对喷电纺装置进行纺丝，将制备静电纺膜的主要成分配制成两种纺丝液，分别加入两个供液系统，同时分别连接正极电压和负极电压；调节接收距离，两喷头间夹角成90°；将已均匀点胶的里料固定在接收滚筒表面，胶点朝上；调节正电压、负电压进行电纺，得到静电纺膜（电纺纳米纤维膜）；

（3）取下覆满静电纺膜的里料，将之与已均匀点胶的面料在压烫机上进行热压粘合，自然晾干后，得到了防水透湿多功能复合微/纳米面料。

所述的两种纺丝液选自高收缩性聚酯（HSPET）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚乳酸（PLLA）等中的一种，及聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚己丙酰胺（PCL）、聚乳酸（PLLA）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚乙二醇（PEG）、聚丙烯腈（PAN）和聚乙烯基咔唑（PVK）等中的一种。

其中，所述的两种纺丝液或其中的一种纺丝液中还加入硝酸银。

本发明的有益效果是：采用层压复合技术，将多层材料各自的优良性能集于一体；面料采用锦/棉、涤/棉等机织平纹织物，提高了防水透湿层压织物的耐磨性，织物的断裂强度等性能；面料经拒水整理后，在几乎不影响透湿性、透气性的情况下，大大提高了面料的防水性；里料采用针织经编织物，而且直接在负载了均匀胶点的里料层上进行电纺丝，提高了层压织物的柔软性，使织物具有了更好的舒适性，同时简化了工艺步骤，节约成本；此外，通过采用新型电纺丝装置，调控工艺条件获得了富含银等添加功能成分的扭曲螺旋结构天然仿生微/纳米纤维功能膜，可满足更多消费者的多层次需求。

将静电纺膜的孔径控制在水蒸气分子的直径(0.0003-0.0004μm)与水滴直径(20-400μm)之间，保证水蒸气能通过而水滴不能通过，从而达到防水透湿的目的，同时这种纤维制品对气溶胶还有很好的阻挡性，对生化武器具有防护性。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是本发明防水透湿多功能复合微/纳米面料的结构示意图。

图2和图3为静电纺膜中扭曲螺旋结构的天然仿生纤维的扫描电镜照片。

具体实施方式

如图1所示，为本发明防水透湿多功能复合微/纳米面料的结构示意图，其中，1为面料层，2为热熔胶，3为静电纺（功能）膜，4为热熔胶，5为里料层。本发明的多功能防水透湿面料，包括面料层1、静电纺膜3和里料层5，所述静电纺膜3放置于面料层1和里料层5之间，所述静电纺膜3一面与面料层1粘合，另一面与里料层5粘合。

另外，所述静电纺膜3与里料层5粘合是将静电纺膜3直接纺在负载均匀胶点的里料层上，再与面料层1同时进行热压，这样可提高层压织物的柔软性，同时简化工艺步骤，节约成本。其中热压时间设为20s，热压温度设为110℃。其中静电纺膜3是添加了银等功能成分的扭曲螺旋结构天然仿生纤维功能膜。

实施例1

高收缩性聚酯（HSPET）纤维是一种具有潜在收缩性能的纤维，它具有低结晶、高取向的特点，对大分子链运动束缚小，使得原有高取向（非晶区）的大分子产生解取向，从而发生宏观上的高收缩。同时它还兼具低回潮率、良好的染色性、吸湿性、吸水性及抗静电性。聚丙烯腈（PAN）纤维具有许多优良性能，如柔软性和保暖性好，有“合成羊毛”之称；耐光性和耐辐射性优异等。聚丙烯腈属于热塑性高聚物，受热时变软，冷却时变硬，能反复软化和硬化并保持一定的形状。

称取一定量的HSPET，溶解于体积比为3:2的三氟乙酸（TFA）/二氯甲烷（DCM）混合溶剂中，使其在磁力搅拌器上搅拌2-3个小时，获得浓度为15wt%的HSPET溶液，待用。

将一定量的固体硝酸银加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中磁力搅拌10小时，溶液变为金黄色，之后加入一定量的PAN（PAN:DMF=17.5wt%，PAN:AgNO₃=10:0.6（w/w）），磁力搅拌10小时，待用。

采用双喷丝头对喷电纺装置进行纺丝，将HSPET纺丝液加入供液系统A，同时连接正极电压；将PAN纺丝液体系加入供液系统B，同时连接负极电压。

调节适当的接收距离，两喷头间夹角成90°。

面料选用机织锦/棉平纹织物，同时面料做过拒水整理。里料选用轻薄型针织经编织物20D涤纶特立可得。分别将面料和里料均匀点胶，点胶采用共聚酰胺（Co-PA）热熔胶。

将已完成均匀点胶的里料层（胶点朝上）固定在接收滚筒表面。

调节正电压达到+18kV，待HSPET以稳定的喷射流喷出后，再将负电压调至-6kV。

经过5小时的电纺过程，得到一定厚度的静电纺膜（电纺纳米纤维膜）。

小心揭下覆满纳米纤维的里料层，将之与已完成均匀点胶的面料层在压烫机上进行热压，热压时间为20s，温度为110℃。

将制得的复合面料自然晾干，得到了防水透湿多功能复合微/纳米面料。

实施例2

将一定量的固体硝酸银加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中磁力搅拌10小时，溶液变为金黄色，之后加入一定量的PU（PU:DMF=13wt%，PU:AgNO₃=10:1.2（w/w）），磁力搅拌10小时，待用。

采用双喷丝头对喷电纺装置进行纺丝，将HSPET纺丝液加入供液系统A，同时连接正极电压；将PU纺丝液体系加入供液系统B，同时连接负极电压。

调节适当的接收距离，两喷头间夹角成90°。

面料选用机织涤/棉平纹织物，同时面料做过拒水整理。里料选用轻薄型针织经编织物为30D涤纶特立可得。分别将面料和里料均匀点胶，点胶采用共聚酯（Co-PES）热熔胶。

调节正电压达到+18kV，待HSPET以稳定的喷射流喷出后，再将负电压调至-5kV。

经过4小时的电纺过程，得到一定厚度的静电纺膜（电纺纳米纤维膜）。

实施例3

将一定量的固体硝酸银加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中磁力搅拌10小时，溶液变为金黄色，之后加入一定量的PU（PU:DMF=13wt%，PU:AgNO₃=10:1.8（w/w）），磁力搅拌10小时，待用。

将一定量的固体硝酸银加入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中磁力搅拌10小时，溶液变为金黄色，之后加入一定量的PAN（PAN:DMF=17.5wt%），PAN:AgNO₃=10:1.2（w/w）），磁力搅拌10小时，待用。

采用双喷丝头对喷电纺装置进行纺丝，将PU纺丝液体系加入供液系统A，同时连接正极电压；将PAN纺丝液体系加入供液系统B，同时连接负极电压。

调节适当的接收距离，两喷头间夹角成90°。

面料选用机织锦/棉平纹织物，同时面料做过拒水整理。里料选用轻薄型针织经编织物为40D涤纶特立可得。分别将面料和里料均匀点胶，点胶采用共聚酰胺（Co-PA）热熔胶。

调节正电压达到+18kV，待PU以稳定的喷射流喷出后，再将负电压调至-6.5kV。

经过6小时的电纺过程，得到一定厚度的静电纺膜（电纺纳米纤维膜）。

实施例1-3制备得到的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其静电纺膜的孔径均在水蒸气分子的直径(0.0003-0.0004μm)与水滴直径(20-400μm)之间，保证水蒸气能通过而水滴不能通过，从而达到防水透湿的目的，同时这种纤维制品对气溶胶还有很好的阻挡性，对生化武器具有防护性。如图2和图3所示，为实施例1所得的静电纺膜中扭曲螺旋结构的天然仿生纤维的扫描电镜照片。

另外，所述的静电纺膜还可以选用其他聚合物进行纺丝，例如HSPET/PTT，HSPET/PVP，HSPET/PBT，HSPET/PET，HSPET/PCL，HSPET/PLLA，HSPET/TPEE，TPEE/PTT，TPEE/PBT，TPEE/PLLA，TPEE/PVP，TPEE/PCL，TPEE/PEG，TPEE/PAN，PBT/PVK，PLLA/PBT，PLLA/PTT，PLLA/PVP，PLLA/PCL，PLLA/PEG等，原材料不同所获得的膜的性能也有所不同，这样层压以后得到的复合织物可以满足消费者不同的需求。

本发明最大的特点在于中间所设置的静电纺功能膜，该功能膜具有很好的可控性，不仅可以通过控制静电纺丝液的原材料来调控其性能（如在静电纺丝液中加入一定量的抗菌成分AgNO₃后再进行电纺丝），还可以通过改变纺丝装置及工艺条件来控制功能膜的性能（如通过异性电极对喷形式得到扭曲螺旋结构弹性纤维等），从而使得所得到的复合织物除了具有防水透湿功能外，同时还使其具有了一些高附加值功能，如强力除臭、强力抗菌、超轻薄保暖、医疗保健等作用，这样就更大程度的满足了不同消费者的需求。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，无需经过创造性劳动就能够联想到的其他技术特征，还可以做出若干变型和改进，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种防水透湿多功能复合微/纳米面料，包括面料、静电纺膜和里料，所述静电纺膜位于面料和里料之间，静电纺膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合。

2.如权利要求1所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的静电纺膜为扭曲螺旋结构的天然仿生纤维。

3.如权利要求1所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的静电纺膜中含有硝酸银。

4.如权利要求2或3所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的静电纺膜为含银的扭曲螺旋结构天然仿生纤维功能膜。

5.如权利要求1所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的静电纺膜的主要成分为高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸丙二醇酯，高收缩性聚酯/聚乙烯吡咯烷酮，高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯，高收缩性聚酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯，高收缩性聚酯/聚己丙酰胺，高收缩性聚酯/聚乳酸，高收缩性聚酯/热塑性聚酯弹性体，热塑性聚酯弹性体/聚对苯二甲酸丙二醇酯，热塑性聚酯弹性体/聚对苯二甲酸丁二醇酯，热塑性聚酯弹性体/聚乳酸，热塑性聚酯弹性体/聚乙烯吡咯烷酮，热塑性聚酯弹性体/聚己丙酰胺，热塑性聚酯弹性体/聚乙二醇，热塑性聚酯弹性体/聚丙烯腈，聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚乙烯基咔唑，聚乳酸/聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚乳酸/聚对苯二甲酸丙二醇酯，聚乳酸/聚乙烯吡咯烷酮，聚乳酸/聚己丙酰胺或聚乳酸/聚乙二醇。

6.如权利要求1所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的面料为机织锦/棉、涤/棉平纹织物，同时面料经过拒水整理；所述的里料为轻薄型针织经编织物。

7.如权利要求1所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的粘合是分别将面料和里料均匀点胶，然后采用压烫机进行热压粘合。

8.如权利要求7所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：将静电纺膜直接纺在经均匀点胶的里料上，再将经均匀点胶的面料与之热压粘合。

9.如权利要求7所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料，其特征在于：所述的点胶采用热熔胶。

10.如权利要求1-9中任一种所述的防水透湿多功能复合微/纳米面料的制备方法，包括：

（1）分别将面料和里料均匀点胶后，备用；

（2）采用双喷丝头对喷电纺装置进行纺丝，将制备静电纺膜的主要成分配制成两种纺丝液，分别加入两个供液系统，同时分别连接正极电压和负极电压；调节接收距离，两喷头间夹角成90°；将已均匀点胶的里料固定在接收滚筒表面，胶点朝上；调节正电压、负电压进行电纺，得到静电纺膜；