CN104223528B - 一种防水透湿复合面料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防水透湿复合面料及其制备方法，该防水透湿复合面料包括面料、PTFE/静电纺复合膜和里料，PTFE/静电纺复合膜放置在面料和里料之间，复合膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合。本发明最大的特点在于中间所设置的PTFE/静电纺复合膜，同时弥补了PTFE膜粘结性能差，使用过程性能大大降低，以及静电纺膜防水性差的缺陷，从而得到的层压面料不仅具有很好的粘结性、防水透湿性(透湿量高达8000g·m^‑2·d^‑1以上，耐静水压高达5000mm H₂O以上)和保暖性，而且也大大延长了功能膜以及复合面料的使用寿命，更大程度的满足了消费者的需求。

Description

一种防水透湿复合面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防水透湿复合面料及其制备方法，具体为一种基于PTFE（聚四氟乙烯）/静电纺纳米纤维膜的新型防水透湿复合面料及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对户外服的要求水平也越来越高，目前市场上销售的以PTFE膜作为功能膜的防水透湿服装，虽然初始时具有很高的防水性和透湿性，但由于PTFE膜具有亲油性，在洗涤和使用过程中性能大大降低，同时，PTFE膜的粘结性能很差，使服装使用一段时间后出现分层现象，因此，防水透湿服装不仅在满足消费者对防水透湿要求以及良好穿着舒适性的同时还应具有使用寿命长、耐洗涤等优点。

近年来，随着静电纺技术的成熟，静电纺膜在防护服方面的应用也日益增多。静电纺纳米纤维膜具有高比表面积、高孔隙率，透湿性好，同时，静电纺膜具有三维网状结构，在纺丝过程中，纤维是随机取向的，而且是交错排列，使得纤维表面比较粗糙便于与其他材料粘合。但是，采用单一的静电纺膜作为功能膜防水透湿服装的耐静水压即防水性很难达到要求，将静电纺膜和双向拉伸的PTFE膜复合作为功能膜，将材料的优势互补，提高服装的性能以及使用寿命。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出一种新型的防水透湿复合面料及其制备方法。

一种防水透湿复合面料，是一种基于PTFE/静电纺纳米纤维膜（即PTFE/静电纺复合膜）的新型防水透湿复合面料，包括面料、PTFE/静电纺复合膜和里料，所述的PTFE/静电纺复合膜放置在面料和里料之间，复合膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合。

所述的PTFE/静电纺薄膜复合膜的PTFE膜一面与面料通过热熔胶网膜粘合，静电纺膜一面与里料通过热熔胶网膜粘合。中间的功能膜为PTFE/静电纺复合膜，使层压面料同时具有了两种膜的优势。

采用的静电纺膜的材料有如下三类：（1）水溶性高聚物，如：聚乙烯醇（PVA)；（2）相对较低熔点的高聚物，如：热塑性聚氨酯弹性体（TPU)；（3）相对较高熔点的高聚物，如：聚酰胺6（PA6）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、聚丙烯腈（PAN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等，通过控制水溶性高聚物静电纺膜的交联程度以及相对较低熔点高聚物熔解程度来控制复合膜。

中间功能膜PTFE/静电纺复合膜中，静电纺膜的厚度为10-60μm。静电纺膜的厚度对层压面料性能有很大的影响，可通过控制纺丝时间来控制静电纺膜的厚度。

所述的PTFE膜为PTFE双向拉伸膜，PTFE膜的厚度范围可在15-30μm之间。所述的PTFE双向拉伸膜可采用市售产品。

PTFE/静电纺复合膜中，通过控制静电纺膜的交联程度以及在热压过程中静电纺膜的熔解程度来控制静电纺膜对双向拉伸膜的影响程度，以保证在尽可能小的降低复合膜透湿量的情况下来改善复合膜间的粘合强度。

所述的静电纺膜可为由两种以上静电纺膜的材料组成的混纺膜，或者为由单一静电纺膜的材料组成的、两层以上的复合膜。

优选的，所述的静电纺膜为聚乙烯醇膜，热塑性聚氨酯弹性体膜，聚乙烯醇与聚酰胺6的混纺膜，聚乙烯醇与聚酰胺6的两层复合纺膜，或热塑性聚氨酯弹性体与聚酰胺6、热塑性聚酯弹性体、聚丙烯腈或聚对苯二甲酸乙二醇酯的两层复合纺膜。

例如：PTFE/静电纺复合膜中静电纺膜采用水溶性的聚乙烯醇(PVA)直接纺在PTFE双向拉伸膜上再将PVA交联，在交联过程中使PTFE膜与静电纺PVA膜很好的结合在一起。

PTFE/静电纺复合膜中静电纺膜选用熔点较低的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)直接纺在PTFE双向拉伸膜上，通过控制热压条件来控制静电纺膜的熔解程度，将静电纺膜TPU部分熔解，使静电纺膜与PTFE膜更好的结合。

PTFE/静电纺复合膜中静电纺膜采用水溶性的聚乙烯醇(PVA)与聚酰胺6(PA6)混纺在PTFE双向拉伸膜上，再将PVA交联，使PTFE膜与静电纺膜很好的结合在一起。

PTFE/静电纺复合膜中静电纺膜采用水溶性的聚乙烯醇(PVA)与聚酰胺6(PA6)复合纺在PTFE双向拉伸膜上，得到的复合膜为PTFE/PVA/PA6三层复合膜，然后，将中间的PVA膜交联。

PTFE/静电纺复合膜中静电纺膜选用熔点较低的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)直接纺在PTFE双向拉伸膜，然后，在TPU上纺一层高熔点的静电纺膜(如PA6、TPEE、PAN、PET等)。

面料可选用机织锦棉平纹织物，用合适的拒水剂进行拒水整理。

里层可选用针织经编涤纶或锦纶织物。

采用的热熔胶网膜为聚酰胺类(PA)热熔胶网膜，将面料、PTFE/静电纺复合膜、里料在一定的热压条件下热压复合，热压温度100℃-160℃，热压时间10s-30s。

上述基于PTFE/静电纺纳米纤维膜的新型防水透湿复合面料的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用静电纺膜的材料配制静电纺的纺丝液；

（2）PTFE/静电纺复合膜制备：采用静电纺丝装置将纺丝液直接纺在PTFE双向拉伸膜上，得到PTFE/静电纺复合膜；

（3）将面料、PTFE/静电纺复合膜、里料通过热熔胶网膜进行热压复合，热压温度为100℃-160℃，热压时间为10s-30s。

优选的，当采用的静电纺膜的材料中含有PVA时，在步骤（2）之后，还包括一个将PTFE/静电纺复合膜进行PVA交联的步骤。

PVA交联的具体步骤包括：配制浓度为1wt%的戊二醛(GA)丙酮溶液作为交联浴，用浓盐酸(HCl，37wt%)将pH值调至2，再将PTFE/静电纺复合膜放入交联浴中，密封浸泡，使PVA充分交联后，再取出晾干。在交联过程中，有很小一部分的PVA纤维溶解，部分溶解的PVA纤维交联后，将静电纺膜与PTFE膜很好的粘结在了一起。

本发明的有益效果是：采用层压技术，将各材料优良性能集于一体；面料层采用锦棉机织平纹织物一方面提高织物的耐磨性，断裂强度，另一方面提高面料与膜之间的粘结强度；对面料进行拒水整理后，在不明显降低透湿性的情况下，大大提高了面料的防水性；里层采用针织经编织物，提高了层压织物的柔软性，使织物具有了更好的舒适性；将静电纺膜和双向拉伸的PTFE膜复合作为功能膜，材料的优势互补，同时，还可以控制静电纺膜的原材料和交联程度，以及热压复合条件，获得不同水平PTFE/静电纺复合膜进行热压复合得到使用寿命长、长期使用性能好的防水透湿织物，从而更大程度上满足消费者的需求。

本发明为一种基于PTFE/静电纺纳米纤维膜的新型防水透湿复合面料，包括面料层、双向拉伸聚四氟乙烯(PTFE)/静电纺复合膜层和里料层，所述的PTFE/静电纺复合膜层放置在面料层和里料之间，所述的复合膜PTFE一面与面料层粘合，静电纺膜一面与里料粘合。本发明最大的特点在于中间所设置的PTFE/静电纺复合膜，同时弥补了PTFE膜粘结性能差，使用过程性能大大降低，以及静电纺膜防水性差的缺陷，从而得到的层压面料不仅具有很好的粘结性、防水透湿性(透湿量高达8000g·m^-2·d^-1以上，耐静水压高达5000mm H₂O以上)和保暖性，而且将膜复合后也大大延长了功能膜以及复合面料的使用寿命，更大程度的满足了消费者的需求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。其中：1是面料层，2是热熔胶网膜层，3是PTFE/静电纺复合膜层，4是热熔胶网膜层，5是里料层。

图2是PTFE/静电纺PVA复合膜中PTFE膜一面的扫描电镜照片。

图3a是PTFE/静电纺PVA复合膜中静电纺膜PVA交联前的扫描电镜照片。

图3b是PTFE/静电纺PVA复合膜中静电纺膜PVA交联后的扫描电镜照片。

图4a是PTFE/静电纺TPU复合膜中静电纺膜TPU热压前的扫描电镜照片。

图4b是PTFE/静电纺TPU复合膜中静电纺膜TPU经100℃，17.5s热处理后的扫描电镜照片。

图4c是PTFE/静电纺TPU复合膜中静电纺膜TPU经130℃，17.5s热处理后的扫描电镜照片。

图4d是PTFE/静电纺TPU复合膜中静电纺膜TPU经160℃，17.5s热处理后的扫描电镜照片。

图5a是PTFE/TPU/PA6静电纺复合膜中PA6热处理前的扫描电镜照片。

图5b是PTFE/TPU/PA6静电纺复合膜中PA6经160℃，17.5s热处理后的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的新型防水透湿面料，包括面料层1、PTFE/静电纺复合膜层3和里料层5，PTFE/静电纺复合膜层3放置在面料层1和里料层5之间，PTFE/静电纺复合膜层3的PTFE一面与面料层1粘合，另一面与里料层5粘合。

另外，PTFE/静电纺复合膜层3与里料层5及面料层1通过热熔胶网膜层4进行热压而复合在一起的，这样提高了层压织物的柔软性和舒适性；其中热压温度控制在100℃-160℃之间，热压时间控制在10s-30s之间。

实施例1

PVA纺丝液配制：将7gPVA放入93g去离子水中(即PVA的浓度为7wt%)，再加入0.1g的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠，SDBS)，待PVA充分溶胀后，将其放入85℃水浴中加热搅拌3小时，使PVA完全溶解，冷却至室温，静置待用。

PTFE/PVA复合膜制备(PVA未交联)：采用三轴静电纺丝装置将PVA直接纺在PTFE双向拉伸膜（厚度为20μm）上，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，Y、Z轴推进速度均为0.001mm/s，X轴移动速度为30mm/s，移动距离200mm，转速75-80r/min，纺丝时间3h，得到PTFE/PVA复合膜（复合膜的厚度为50μm），用扫描电镜观察PTFE(见附图2)表面和PVA表面(见附图3a)。

PTFE/c-PVA制备：配制浓度为1wt%的戊二醛(GA)丙酮溶液交联浴，用浓盐酸(HCl，浓度37%)将pH值调至2，再将PTFE/PVA复合膜放入交联浴中浸泡2h(浸泡时需要密封)，使PVA充分交联后，再取出晾干，得到PTFE/c-PVA复合膜，用扫描电镜观察c-PVA面(见附图3b)。在交联过程中，有很小一部分的PVA纤维溶解，部分溶解的PVA纤维交联后，将c-PVA(交联后的PVA)与PTFE膜很好的粘结在了一起。

将复合膜与面料、里料通过热熔胶网膜在130℃，17.5s的热压条件下热压复合，得到层压织物具有很好的透湿性以及防水性，其透湿性达到8000g·m^-2·d^-1以上，耐静水压高达5000mm H₂O以上，由于静电纺膜具有很高的孔隙率，使复合后的织物具有很好的保暖性。

此外，复合膜相对于PTFE来说表面更粗糙，更有利于复合膜与其他材料粘结，耐水洗性提高；同时，将c-PVA与PTFE复合后，膜的亲油性降低，做成服装后在使用过程中降低了油脂、汗渍对微孔膜的堵塞，使其长期使用后性能也不会降低太多，提高了服装的使用寿命。

实施例2

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)混合溶液(体积比为1：1)作为溶剂，配制18%（w/v）的TPU纺丝液，搅拌均匀后，待用。

采用三轴静电纺丝装置，直接将TPU纺在PTFE双向拉伸膜上（厚度为20μm），纺丝电压为19KV，接收距离18cm，X轴移动速度为30mm/s，移动距离200mm，Y、Z轴推进速度均为0.001mm/s，转速75-80r/min，纺丝时间是4h，得到PTFE/TPU复合膜（复合膜的厚度为63μm），用扫描电镜观察TPU表面(见附图4a)。

将PTFE/TPU复合膜分别在100℃，17.5s；130℃，17.5s；160℃，17.5s的热压条件进行热处理，通过扫描电镜观察TPU表面(见附图4b、4c和4d)。

将复合膜与面料、里料通过热熔胶网膜在100℃，17.5s的热压条件下热压复合，PTFE膜与TPU膜出现分层现象；当在130℃，17.5s热压时，层与层之间能很好的粘结在一起，而且得到的层压织物的透湿量高达8000g·m^-2·d^-1以上，耐静水压高达5000mm H₂O以上，织物的保暖性也很好；而当在160℃，17.5s的热压条件下热压复合后，层压织物的透湿性会降低，低于5000g·m^-2·d^-1，静水压达到6000mm H₂O以上，可用于对透湿量要求不高的环境中。

此外，由于TPU纳米纤维膜具有很好的弹性，TPU与PTFE复合，一方面可提高膜以及层压复合织物的柔软性，另一方面，复合后膜的亲油性降低，做成服装后在使用过程中降低了油脂对微孔膜的堵塞，使其长期使用后性能也不会降低太多，提高了服装的使用寿命。

实施例3

以去离子水作为溶剂，配制7wt%PVA纺丝液，加入0.1wt%的SDBS，待PVA充分溶胀后，将其放入85℃水浴中加热搅拌3小时，使PVA完全溶解，冷却至室温，静置待用。

称量1.6g的PA6溶解在10ml的甲酸溶剂中，待溶液完全溶解后搅拌均匀，至少2h，待用。

采用三轴静电纺丝装置将PVA和PA6直接纺在PTFE双向拉伸膜（厚度为20μm）上，Y轴、Z轴分别与PVA、PA6相连接，推进速度分别为0.001mm/s，0.0005mm/s，X轴移动速度30mm/s，移动距离200mm，转速75-80r/min，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，纺丝时间6h，得到PTFE/(PVA+PA6)复合膜（复合膜的厚度为55μm）。

配制浓度为1wt%的戊二醛(GA)丙酮溶液交联浴，用浓盐酸(HCl，37wt%)将pH值调至2，再将PTFE/(PVA+PA6)复合膜放入交联浴中浸泡2h(浸泡时需要密封)，使PVA充分交联，再取出晾干，得到PTFE/(c-PVA+PA6)复合膜，同时，交联使PTFE、PVA、PA6很好的结合在一起。

将复合膜与面料、锦纶里料通过热熔胶网膜在130℃，17.5s的热压条件下热压复合，得到层压织物具有很好的透湿性以及防水性，由于静电纺膜具有很高的孔隙率，使层压后的织物具有很好的保暖性。

此外，根据“相似相溶”的原理，粘合剂与纤维、薄膜的溶解度参数越相近，发生的相溶作用越大，从而获得的粘结强度越大，由于膜、里料、面料和热熔胶网膜均含有聚酰胺类成分，故将其热压复合在一起获得的复合织物各层之间有很好的粘结力。

实施例4

以去离子水作为溶剂，配制7wt%PVA纺丝液，加入0.1wt%的SDBS，待PVA充分溶胀后，将其放入85℃水浴中加热搅拌3小时，使PVA完全溶解，冷却至室温，静置待用。

称量1.6g的PA6溶解在10ml的甲酸溶剂中，待溶液完全溶解后搅拌2h，待用。

采用三轴静电纺丝装置将PVA直接纺在PTFE双向拉伸膜（厚度为20μm）上，Y、Z轴推进速度均为0.001mm/s，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，X轴移动速度30mm/s，移动距离为200mm，转速75-80r/min，纺丝时间0.5h，然后在PVA上接着纺PA6，Y、Z轴推进速度均为0.0005mm/s，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，X轴移动速度为30mm/s，移动距离为200mm，转速75-80r/min，纺丝时间为6h，得到PTFE/PVA/PA6三层复合膜（复合膜的厚度为44μm）。

配制浓度为1wt%的戊二醛(GA)丙酮溶液交联浴，用浓盐酸(HCl，37wt%)将pH值调至2，再将PTFE/(PVA+PA6)复合膜放入交联浴中浸泡3h(浸泡时需要密封)，使PVA充分交联，取出晾干，得到PTFE/c-PVA/PA6复合膜，在此过程中PVA主要起到粘合剂的作用，将PA6与PTFE膜更好的复合在一起。

将复合膜与面料、里料通过热熔胶网膜在130℃，17.5s的热压条件下热压复合，得到层压织物具有很好的防水透湿性，由于静电纺膜具有很高的孔隙率，使层压后的织物具有很好的保暖性。

此外，由于纤维PA6纤维很细，直径在80nm-130nm之间，柔软性很好，将PA6与PTFE复合后，得到的复合面料很柔软。

实施例5

TPU具有弹性，耐磨，耐油，隔热等优异性能，PA6具有较高的结晶度、熔点（215℃-225℃）和强度；用于层压织物使所获织物具有优良的物理化学性能。

以DMF和THF混合溶液(体积比为1：1)作为溶剂，配制18%（w/v）的TPU纺丝液，搅拌均匀后，待用。

称量1.6g的PA6溶解在10ml的甲酸溶剂中，待溶液完全溶解后搅拌2h，待用。

采用三轴静电纺丝装置，直接将TPU纺在PTFE双向拉伸膜（厚度为20μm）上，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，X轴移动速度为30mm/s，移动距离为200mm，转速75-80r/min，Y、Z轴推进速度均为0.001mm/s，纺丝时间是1h，然后在TPU上纺PA6，纺丝电压为19KV，接收距离18cm，X轴移动速度为30mm/s，移动距离为200mm，转速75-80r/min，Y、Z轴推进速度均为0.001mm/s，纺丝时间为6h，得到PTFE/TPU/PA6三层复合膜（复合膜的厚度为48μm）。

将复合膜与面料、里料通过热熔胶网膜在160℃，17.5s的热压条件下热压复合，在此温度下，PTFE(熔点为327℃)、PA6(熔点为215℃-225℃)不会发生熔解现象，而TPU则会部分熔解，在热压过程中熔解的部分将PA6与PTFE很好的粘结在一起，同时，其他层与层之间也很好的粘结在一起，得到的层压织物不仅具有的很好的防水透湿及保暖性还具有很好的剥离性能。

如图5a和图5b所示，图5a是PTFE/TPU/PA6静电纺复合膜中PA6热处理前的扫描电镜照片。图5b是PTFE/TPU/PA6静电纺复合膜中PA6经160℃，17.5s热处理后的扫描电镜照片。说明PA6在160℃，17.5s的热处理条件下不会发生熔融现象，因此在相同热压时间下，低于160℃时热压也不会发生熔融现象。

此外，由于将膜复合降低了膜对油脂、汗液的吸附性，从而减小了杂质对微孔的堵塞，提高织物的使用性能以及使用寿命。

另外，所述的复合膜中的静电纺膜PA6还可以用聚丙烯腈(PAN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)等熔点相对较高的高聚物代替。

应当指出：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，还可以作出若干变型和改进。本项技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：该复合面料包括面料、PTFE/静电纺复合膜和里料，所述的PTFE/静电纺复合膜放置在面料和里料之间，复合膜一面与面料粘合，另一面与里料粘合；所述的PTFE/静电纺薄膜复合膜的PTFE膜一面与面料通过热熔胶网膜粘合，静电纺膜一面与里料通过热熔胶网膜粘合，它的制备方法包括如下步骤：

（1）采用静电纺膜的材料配制静电纺的纺丝液；

（2）PTFE/静电纺复合膜制备：采用静电纺丝装置将纺丝液直接纺在PTFE双向拉伸膜上，得到PTFE/静电纺复合膜；

（3）将面料、PTFE/静电纺复合膜、里料通过热熔胶网膜进行热压复合，热压温度为100℃-160℃，热压时间为10s-30s。

2.如权利要求1所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：当采用的静电纺膜的材料中含有PVA时，在步骤（2）之后，还包括一个将PTFE/静电纺复合膜进行PVA交联的步骤。

3.如权利要求1所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：所述的静电纺膜的材料为聚乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体、聚酰胺6、热塑性聚酯弹性体、聚丙烯腈和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

4.如权利要求3所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：所述的静电纺膜的厚度为10-60μm。

5.如权利要求4所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：所述的静电纺膜为由两种以上静电纺膜的材料组成的混纺膜，或者为由单一静电纺膜的材料组成的、两层以上的复合膜。

6.如权利要求1所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：所述的静电纺膜为聚乙烯醇膜，热塑性聚氨酯弹性体膜，聚乙烯醇与聚酰胺6的混纺膜，聚乙烯醇与聚酰胺6的两层复合纺膜，或热塑性聚氨酯弹性体与聚酰胺6、热塑性聚酯弹性体、聚丙烯腈或聚对苯二甲酸乙二醇酯的两层复合纺膜。

7.如权利要求1所述的防水透湿复合面料的制备方法，其特征在于：所述的面料为机织锦棉平纹织物，所述的里料为针织经编涤纶或锦纶织物，所述的热熔胶网膜为聚酰胺热熔胶网膜。

8.如权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的防水透湿复合面料。