CN108289519A - 单向芯吸基材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有单向水分输送特性的基材，所述基材包括流体渗透性结构，且包括：内侧表面；及吸收容量比内侧表面更高的外侧表面，其中所述内侧表面具有在至少一个区段上连续延伸的疏水表面层，所述疏水表面层具有预定厚度，使用中所述预定厚度可提供接触水分的基本疏水特性，同时允许水分接触基材的内侧表面，进而通过疏水表面层芯吸到基材中；其中所述基材分别包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水通道和亲水通道。

Description

单向芯吸基材
交叉引用
本发明申请主张2016年9月3日提交的申请号为2015903609的澳大利亚临时专利申请的优先权。上述申请在此通过引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明主要涉及一种多孔或渗透性基材，以及一种生产具有单向液体输送特性的多孔或渗透性基材的方法。本发明特别适用于纤维基基材(例如，服装和衣服中的织物)，根据该示例性应用，下文可方便地公开本发明。但应理解，本发明不限于该应用，而是可用于需单向液体输送特性的多种应用中(例如，多孔膜)。
背景技术
下文讨论了本发明的背景，以便更好地理解本发明。但应理解，该讨论并非承认或允许任何所提及的材料为截止本申请案优先权日期已公布、已知或公知常识的一部分。
棉可使服装和衣服具有舒适性，包括棉纤维的天然回潮率、蒸汽输送和空气渗透性/透气性。但由于棉吸水性高，因而尚未广泛用于休闲性服饰。人们希望此类服装中的织物将水分从皮肤上吸走或输送到服装的外侧，通过蒸发进行分散。棉的高吸收性会导致服装过于润湿、沉重，干燥期长，贴在皮肤上，会导致穿着者的自由移动不舒适，并限制自由移动。润湿织物干燥速度缓慢，也会使细菌有更多时间发生作用，因吸收的汗液而产生恶臭。
在休闲性服饰中使用棉的另一种选择是在服饰中使用疏水合成纤维。多种处理化学品可商购获得，用于在普通疏水热塑性合成服装中产生液体水分的芯吸。但具有吸湿排汗功能的聚酯纤维等合成纤维，在失效时，无法为穿着者提供与棉制服装相同的舒适度。由于水分存在纤维表面上，因此当液体水分相对较低时，聚酯纤维几乎不吸收纤维中的水分，且容易使人感到湿气。另外，许多合成服装会具有臭味遗留的问题。
一些贴近皮肤的吸水性产品中，棉也不作为优选。例如，成人和婴儿尿布和卫生巾的顶片中，棉不作为优选。通常，顶片是由合成纤维形成的非织造织物。体液须通过顶片并进入吸收芯，在吸收芯中被吸收。为了使此类产品的用户具有最大舒适度，人们希望体液沿Z方向(即，与织物平面垂直的法线)的芯吸并远离皮肤的水分输送效应最大化。理想的情况是顶片保持干燥。
因此，有利地，可使用具有较低吸收容量但包括芯吸性能的棉或其他纤维素材料来制备产品。
编号为US7,008,887B2的美国专利提供了一种芯吸纤维素织物，称为WICKINGWINDOWSTM织物。该织物使用织物处理方案形成，是将疏水图案印刷到经处理的织物内表面上。所得到的结构包括具有两个功能区段的机织或针织织物，即：
处理成具有不连续疏水性的内侧表面，包括经疏水处理、未经疏水处理或其他方法(例如，具有冲孔或芯吸窗口中具有嵌入亲水纤维的疏水顶层)的纱段；及
吸收容量比内侧表面更高的外侧表面，
该织物具有从内侧表面到外侧表面的亲水纤维通道，用于芯吸与织物内侧表面到织物外侧表面接触的液体。
该结构在疏水层内侧表面至亲水层具有未经处理的芯吸窗口或织物通道(孔口、未经处理的纤维或类似物)，所述亲水层可从内侧表面向外侧表面吸湿任何水分，以便蒸发。
织物可从内侧表面到外侧表面进行有效的芯吸，而通过芯吸窗口通道产生的内层上的不连续疏水性可使湿气双向输送。因此，与普通棉织物相比，虽然贴近身体的服装表面干燥率可提高50％且贴附力较低，但服装仍会让人感觉到润湿且紧贴在皮肤上，原因是湿气可从织物输送到用户的皮肤上。若织物变得过饱和或完全润湿，织物的水分含量会阻挡身体侧的空气/湿气渗透，导致不透气感，完全失去湿度管理能力。
因此，人们希望提供另一种芯吸织物，优选地，可解决芯吸纤维织物(例如，芯吸窗口)已知的一个或多个缺点。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种具有单向水分输送特性的基材，所述基材包括流体渗透性结构，且包括：
内侧表面；及
吸收容量比内侧表面更高的外侧表面，
其中所述内侧表面具有在至少一个区段上连续延伸的疏水表面层，所述疏水表面层具有预定厚度，使用中所述预定厚度可提供接触水分的基本疏水特性，同时允许水分接触基材的内侧表面，进而通过疏水表面层芯吸到基材中；
其中所述基材分别包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水通道和亲水通道。
本发明提供了一种具有有效定向水分输送能力的功能性基材。本发明的多孔或渗透性基材的构造明显增强了基材的湿度管理能力，从基材内侧向外侧的水分输送具有不可逆的方向性。就此而言，使用中，亲水通道有助于从基材的内侧表面到外侧表面芯吸与基材内侧表面接触的液体。疏水通道可确保即使亲水通道完全润湿，基材仍保持透气性和透湿性。因此，织物具有从内表面到外表面的单向水分输送能力，即使在过饱和状态下也具有对空气和湿气的持续渗透性。
本发明的基材可从基材内侧(或体侧)向基材外侧(外表面)主动地转移水分(例如，汗或汗液)，而防止外表面上的水分发生芯吸回到基材内侧。这有效地避免了水分在身体表面积聚，即使穿着者大量出汗，也能保持干爽和舒适的状态。
有利地，内侧和外侧表面的润湿性不同，也会在水分从基材蒸发时在基材两侧(即，内侧和外侧)之间产生温差，从而使织物的可湿性表面冷却(即“自冷”效应)。因此，本发明中基材的构造可增强此类基材的湿度管理能力、自冷效应和透气性。
将本发明与其他现有的芯吸织物(例如，芯吸窗口)进行比较，本发明中基材的其中一个通道包括连续的疏水表面层，其中基材仍包括多个穿过基材的渗透性非润湿“通道”(即，疏水通道)和可湿性亲水通道。根据本发明制成的织物可主动地将汗水/湿气从身体表面转移出去，但由于具有连续的疏水表面层(即，“永不干燥”)而完全消除了润湿和粘着感。不管润湿状态如何，非润湿疏水通道都能确保高透气性和透湿性。新颖的水分输送特性也可使热流从皮肤侧流向表面(即，“自冷”)。该功能可使织物主动地将汗水/湿气从身体表面转移出去，留下理想的干燥微环境。
基材具有从基材内侧到外侧的定向水分传输效应。发明人已发现，可通过基材一侧上的疏水表面层仅渗入基材该侧表面中很小的深度，增强定向水分输送效应，由此在基材的内侧上形成仅具有很小厚度的层。这导致基材一侧上连续覆盖有疏水特性，优选地，渗入基材厚度不超过150μm，优选地，渗入基材厚度不超过100μm，更优选地，渗入基材厚度不超过70μm。
为了使基材在完全润湿状态下的透气性最大化，疏水图案处理剂应在基材厚度上延伸相当大的深度，优选地，超过基材厚度的70％，更优选地，超过基材厚度的90％，甚至更优选地，超过基材厚度的99％，更优选为基材厚度的99.5％。
同样，可通过基材一侧上的疏水表面层仅渗入基材该侧表面中很小的深度，增强定向水分传输效应。在实施例中，优选地，疏水表面层的厚度为20至100μm，优选为30至70μm。
优选地，疏水通道沿着基材的长度和宽度按图案布置，从而使疏水通道和亲水通道间隔开。可使用任何数量的合适图案。在一些实施例中，根据用途，图案可为不规则。但若图案不规则，则应分布到整个功能性区域。在一些实施例中，图案包括规则重复图案。例如，在一些实施例中，疏水通道在整个基材的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。优选地，疏水通道分别布置成由亲水通道间隔开。更优选地，亲水通道包围疏水通道并使其间隔开。在一些实施例中，疏水通道在内侧表面和外侧表面之间形成由亲水通道包围的柱体。
在完全润湿的条件下，基材中疏水通道与亲水通道的比例对于确定基材的透气性很重要。在完全润湿的条件下，优选地，基材的透气性高于等效未处理的基材。与亲水通道相比，可通过在基材内设定所需比例的疏水通道来实现。优选地，基材中疏水通道与亲水通道的比例为1.5：1至1：1.5，更优选为1.2：1至1：1.2，更优选为1.1：1至1：1.1，更优选为1：1。另一定义中，疏水通道按图案布置，比例占图案侧面总表面积的30-70％，优选为40-60％，更优选为45-55％，甚至更优选约为50％。
在一些实施例中，疏水层和/或疏水通道的柱体包括疏水表面处理剂。可使用任何合适的疏水处理剂使基材中产生疏水表面层和疏水通道。例如，疏水处理剂可选自聚合物、小分子、盐、偶联剂、交联剂、有机或无机固体(例如，颗粒)和溶剂。具体示例包括硅酮、含氟化合物、聚氨酯、胶乳、蜡、交联树脂及其混合物。在一些实施例中，产生疏水表面层和疏水通道的疏水处理包括硅酮、蜡、碳氟化合物、聚合物、无机化合物、油、胶乳或交联树脂或偶联剂的应用，也可使用此类疏水处理材料的混合物。在优选的实施例中，疏水处理剂包括至少一种可在纤维上形成疏水涂层的化学品。在一些实施例中，疏水通道包括超疏水表面。
将内侧连续疏水表面薄层与通道结构结合使用可为基材提供以下有利特性：
·若无外力施加到基材上，水分可从内侧向外侧表面单向输送，但不可反向输送；
·在干燥和完全润湿的条件下，空气和湿气具有高渗透性结构；
·若基材完全润湿，用户可在内表面上感觉到干燥感。
关于水从内侧到外侧表面的单向输送，优选地，基材内侧的累积单向输送能力指数(R)(通过AATCC测试方法195-2011，从基材的外侧到内侧进行测量)至少为200，优选至少为300，更优选至少为400。此外，优选地，疏水表面层和疏水通道的水分接触角高于140度，优选为150度。类似地，非图案区域具有亲水性，接触角为小于30度，更优选为小于10度。优选地，基材的整体湿度管理能力(OMMC)值(通过AATCC测试方法195-2011测量)为≥0.4，优选为≥0.5。
同时，处理剂明显改善了基材的湿态渗透性。在完全润湿的条件下，优选地，基材的透气性高于等效未处理的基材。
如上所述，内侧和外侧表面的润湿性不同，会在水分从基材蒸发时在基材两侧(即，内侧和外侧)之间产生温差，从而使基材的可湿性表面冷却(即“自冷”效应)。优选地，水分从基材蒸发时，完全润湿的基材内侧表面和外侧表面之间的表面温度差为至少2℃，优选为至少3℃，可产生该自冷效应。
在一些实施例中，优选地，功能性涂层还足以耐受至少50次重复洗涤。就此而言，优选地，重复洗涤至少50次之后，基材的R值维持在至少200。
本发明还涉及一种通过应用疏水或亲水处理剂生产基材的方法，可选择性地使用所述处理剂来施加整体厚度处理剂，以产生本发明基材的内部通道结构和连续疏水表面薄层。处理剂的性质取决于初始基材的性质。就此而言，处理之前，基材可采用多种形式。例如，处理之前，基材可以是：
(1)对本发明的亲水柱体具有足够润湿性的亲水性基材；
(2)对本发明的亲水柱体不具有足够润湿性的亲水性基材；
(3)疏水性基材；或
(4)超疏水性基材。
若待处理的基材包括亲水性基材，优选地，使用疏水处理剂来处理所述基材。因此，本发明的第二方面提供了一种可使亲水性基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有流体渗透性，具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过所述基材的至少一部分厚度上施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经处理的疏水通道和未处理的亲水通道；
将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中；
由此产生经处理的基材，所述基材可从基材的内侧表面到外侧表面芯吸与基材内侧表面接触的液体。
因此，本发明第二方面的方法是通过在基材厚度上且穿过基材厚度形成合适的疏水图案，优选为合适的超疏水图案，从而在亲水性基材中形成渗透性非润湿通道，再在基材的一侧涂覆疏水涂层，由此使基材具有上文中有关本发明第一方面的有利特性。在基材上施加疏水涂层基本上可防止水分渗入疏水涂覆区域，同时可使涂覆的基材仍保持透气性和透湿性。
应认识到，所述第二方面的方法步骤可按任何顺序执行。相应地，在一些实施例中，所述步骤按以下顺序执行：
(1)按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水通道和通道；
(2)将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有基材预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
但在其他实施例中，所述步骤按以下顺序(即，与上述相反的顺序)执行：
(1)将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有基材预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
(2)按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水通道和通道。
本发明的方法可根据基材的初始性质而变化。例如，若基材是满足基材润湿要求的亲水性基材，则所述基材可简单地经受上述两个步骤的处理方法。但若基材是不满足润湿要求的疏水性基材或亲水性基材，则优选地，所述基材应经受亲水预处理步骤，其中应用亲水处理剂溶液等浸渍或处理基材，再进行上述两个步骤的处理方法。
若基材是疏水性或超疏水性基材，需使用其他方法。因此，本发明的第三方面提供了一种可对所包括的亲水性基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加亲水处理剂，所述图案包括：
分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的亲水通道和未处理的疏水通道；
具有预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水特性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中，
由此产生经处理的基材，所述基材可从基材的内侧表面到外侧表面芯吸与基材内侧表面接触的液体。
因此，本发明第三方面的方法是通过在基材上(即，在基材厚度上且穿过基材厚度)形成合适的疏水图案，从而在亲水性基材中形成渗透性非润湿通道，同时在基材内侧上留下疏水表面层，由此使基材具有上文中有关本发明第一方面的有利特性。
此外，本发明的方法可根据基材的初始性质而变化。例如，若基材是高疏水性基材，则所述基材可经受第三方面的处理方法。但若基材非高疏水性或亲水性基材(且需使用上述第三方面的方法)，则所述基材可经受疏水或超疏水预处理步骤，其中应用亲水处理剂溶液等浸渍或处理基材，再进行上述处理方法。
还应理解到，若在单一处理步骤中，无法轻易地在内侧上形成疏水表面层，则第三方法可包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的亲水通道和未处理的疏水通道；
将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有基材预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
可将疏水或亲水处理图案施加到部分(即，部分或区段)或整个基材。经处理的部分取决于所需应用和对基材的处理。例如，在由基于织物的基材形成的一些服装中，优选地，可将单向水分输送性质仅应用于该服装的选定部分。
优选地，疏水通道沿着基材的长度和宽度按图案布置，从而使疏水通道和亲水通道间隔开。可使用任何数量和形状的合适图案。在一些实施例中，疏水通道在整个基材的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。应认识到，上述用于本发明第一方面的图案同样适用于本发明的第二和第三方面。
可使用许多应用技术来施加疏水处理的图案、两步涂层中的疏水处理涂层和亲水处理剂涂层。优选地，疏水或亲水处理图案可使用电喷涂、喷墨印刷、丝网印刷、印模印刷、块印刷、辊印刷、热转印印刷、照相印刷、放电印刷、双面印刷、转印印刷、等离子体处理或其组合中的至少一种来施加。类似地，优选地，涂覆到基材内侧表面上的疏水处理涂层可使用电喷涂、喷墨印刷、辊印刷、丝网印刷、转印印刷、放电印刷、双面印刷、等离子体处理或其组合中的至少一种来施加。
在一个实施例中，可使用静电喷涂技术或电喷涂过程将疏水涂层施加到基材内侧上。有利地，所述技术可控制涂层渗入基材的深度。在一些实施例中，可使用电喷涂过程来实现两个方法步骤(疏水处理图案和将疏水处理剂涂覆到基材的内侧表面)。优选地，两个步骤均可使用相同的涂层材料。
在示例性实施例中，疏水处理(第二方面)图案或亲水处理剂(第三方面)图案可使用电喷涂和丝网印刷的组合施加到基材，所述丝网印刷可使用其中具有期望孔图案的丝网。图案化丝网上用于施加疏水或亲水图案的孔可具有任何期望构造和形状。在一些实施例中，优选地，成形孔为多边形或圆形。在一个优选的形式中，孔的形状大致为正方形。但可使用任何形状(例如，星形、徽标等自定义形状)。
实际上，可通过调节疏水通道部分来控制润湿状态下的渗透性。为了使基材中的疏水通道对亲水通道具有合适比例，优选地，丝网的孔占丝网表面积的30-70％，优选为40-60％，更优选为45-55％，甚至更优选约为50％。优选地，基材中疏水通道与亲水通道的比例为1.5：1至1：1.5，更优选为1.2：1至1：1.2，更优选为1.1：1至1：1.1，更优选为1：1。
优选地，可在施加疏水或亲水处理剂后进行干燥，特别是处理剂为溶液或悬浮液的情况下。该过程主要取决于所使用的特定处理剂。因此，本发明的方法可进一步包括在将疏水处理剂施加到基材之后，对经处理的基材进行干燥的步骤。可使用任何合适的干燥方案来干燥疏水或亲水处理剂。例如，在一个实施例中，将经处理的基材在50-180℃，优选为120-150℃下，干燥10-30分钟，优选为15分钟。
在第二方面的方法中，可非常灵活地选择所使用的疏水处理剂。可使用任何合适的疏水处理剂使基材中产生疏水表面层和疏水通道。例如，疏水处理剂可选自聚合物、小分子、盐、偶联剂、交联剂、有机或无机固体(例如，颗粒)和溶剂。疏水处理剂的具体示例包括硅酮、含氟化合物、聚氨酯、胶乳、蜡、交联树脂及其混合物。在一些实施例中，产生疏水表面层和疏水通道的疏水处理包括硅酮、蜡、碳氟化合物、锆化合物、油、胶乳或交联树脂或羧酸和多羧酸(例如，柠檬酸、马来酸、丁烷四羧酸或聚马来酸)等试剂的应用。也可使用此类疏水处理材料的混合物。在优选的实施例中，疏水处理剂包括至少一种氟碳化合物，优选为聚四氟乙烯(PTFE)。在一些实施例中，疏水处理剂包括超疏水处理剂。
在一些实施例中，单个涂层材料可用于图案化和单面涂层。此外，疏水处理剂可通过任何合适的工具，以任何合适的形式施加。在优选实施例中，疏水处理剂可作为溶液或悬浮液施加到基材上。
类似地，在第三方面的方法中，可非常灵活地选择所使用的亲水处理剂。可使用任何合适的亲水处理剂使基材中产生经亲水处理的通道。亲水处理剂包括低表面能量的化学处理剂，优选为聚合物。例如，亲水处理剂可选自聚合物、带有亲水基团(例如，羧基、磺酸、羟基、羰基、氨基、硫杂蒽基、磷酸酯或季铵基团)的小分子，或分子骨架中的亲水链(例如，醚、酯、氨基、酰亚胺、磷酸二酯、糖酵解和肽)。示例包括多元醇、聚糖、聚醛、聚酮、聚羧酸、氨基酸、聚胺、聚硫醇、核酸和磷脂、聚醚、二糖、多糖、肽、多肽、蛋白质、胶原、明胶等；交联剂、表面活性剂或偶联剂可存在于涂层中，以提高涂层耐久性。
应理解到，可选择性地将其他组分添加到本发明的基材(例如，纤维、纱线、织物、膜和/或服装)组分中。
此类组分包括但不限于阻燃剂、染料、抗皱剂、发泡剂、缓冲剂、pH稳定剂、固色剂、软化剂、荧光增白剂、乳化剂、抗菌剂、UV屏蔽剂、热传导性材料、热绝缘体和表面活性剂。
应理解到，本发明中第二或第三方面的方法可用于形成基于本发明的第一方面的基材。因此应理解到，本发明第一方面中基材的上述任何特征均可用于本发明第二或第三方面中的方法，反之亦然。
本发明的第四方面提供了通过基于本发明第二方面的方法形成的具有单向水分传输特性的基材。
基材中的疏水柱体和亲水柱体可具有任何合适的构造。在大多数实施例中，所述柱体包括疏水性或亲水性基材中的区域或不连续区段。例如，在一些实施例中，所述柱体包括相应疏水性或亲水性材料(纤维或孔等)的柱体。在一些实施例中，包括相应疏水性或亲水性基材(纤维或孔等)材料的表面柱体。如上所述，柱体的疏水性或亲水性可能是因处理方式产生的结果，或可能是该特定柱体中的基材材料所固有的特性。
本发明中各方面的基材均可由多种材料和组分形成。
在一些实施例中，基材包括大量纤维(例如，织物)。基材可由所有类型的纤维组成(包括亲水性、疏水性和其混合物)。在一些实施例中，基材可包括天然纤维、合成纤维或其混合物(以及由纤维形成的纱线)。
在一些实施例中，基材由纤维素纤维构成，优选为棉纤维或棉混纺纤维。在示例性实施例中，本发明涉及具有液体吸收能力(较低吸收容量)的纤维素基材，以及制造此类纤维素基材的方法。本发明还涉及降低纤维素纤维、纱线、织物、服装和具有纤维素纤维的其他制品吸收容量的方法。
在实施例中，本发明的基材包括织物。织物可包括任何合适类型的织物(包括机织织物、针织织物、非织造织物、多层织物等)。具有此类特征的面料可明显增强穿着者的舒适性，尤其是穿着者大量出汗时。同样有利地，可通过开发先进的夏季服装，减少穿着者在高温环境中受到热应力的几率，来减少高温环境中的危险。
本发明的基材可包括任何合适形式的织物。例如，织物可包括无纺织物、机织织物或针织织物中的至少一种。
织物可由一根或多根纱线形成。纱线可具有相同或不同的组分。纱线或大量纱线可用于形成具有内侧表面和外侧表面的织物。可形成织物(例如参见本发明第二方面的方法)，使得内侧表面由于具有疏水涂层而吸收容量远小于外侧表面，且所得织物能将液体从织物的内侧表面吸收到织物的外侧表面。织物可通过任何合适的方法形成，包括梳理、气流成网、湿法成网、水力缠结、热粘合、化学粘合、针刺或其组合。
应理解到，本发明的基材不限于织物应用的服装。例如，在一些实施例中，基材包括膜(例如，用于过滤的功能性膜)。在一些实施例中，膜包括多孔膜。多孔膜可能不含任何纤维。
多孔膜，优选根据本发明的多孔薄膜，包括整个膜上的开孔结构。优选地，孔可在整个膜上形成三维开孔结构。这确保了膜可渗透流体。许多膜均合适，包括通过任何泡沫成形技术(例如，相分离、冷冻干燥、单向或双向拉伸、气体发泡、使用致孔剂、粒子熔化或蚀刻等)制备的膜；合适的膜包括双向拉伸PP或PTFE膜、气体发泡聚氨酯膜和通过相分离法制备的聚合物膜。
在基材包括大量纤维的实施例中，本发明可包括以下方面：
在实施例中，本发明提供了一种具有单向水分输送特性的基材，所述基材包括大量纤维，且包括：
内侧表面；及
吸收容量比内侧表面更高的外侧表面；
其中所述内侧表面具有在至少一个区段上连续延伸的疏水表面层，所述疏水表面层具有预定厚度，使用中所述预定厚度可提供接触水分的基本疏水特性，同时允许水分接触基材的内侧表面，进而通过疏水表面层芯吸到基材中；
其中所述基材分别包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的连续疏水纤维通道和亲水纤维通道。
若待处理的基材包括亲水性基材，优选地，使用疏水处理剂来处理所述基材。因此，本发明的第二方面提供了一种可对包括大量亲水纤维的基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过所述基材的至少一部分厚度上施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经疏水处理纤维和未经亲水处理纤维的连续通道；
将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有基材预定厚度的疏水层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
由此产生经处理的基材，所述基材可从织物的内侧表面到外侧表面芯吸与织物内侧表面接触的液体。
若基材是疏水性或超疏水性基材，需使用其他方法。因此，本发明的第三方面提供了一种可对包括大量疏水纤维的基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加亲水处理剂，所述图案包括：
分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经亲水处理纤维和未经疏水处理纤维的连续通道；
具有基材预定厚度的疏水层，从而产生接触水分的基本疏水特性，同时可使接触基材内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中，
由此产生经处理的基材，所述基材可从织物的内侧表面到外侧表面芯吸与织物内侧表面接触的液体。
本发明的基材可用于多种环境，特别是运动服、袜子、手套、工作服和制服等服装。本发明的基材还可用于过滤(功能性膜)、床上用品和医用织物(例如，绷带)，以及淡水(例如，雨水)的收集和储存。
附图说明
现将参照本发明中特定优选实施例的附图来说明本发明，其中：
图1是根据本发明的一个实施例，纤维基材的结构示意图；
图2是(A)根据本发明实施例的过程，不同处理程序的三个示意图；(B)在每个阶段中，用于施加疏水处理剂涂层的电喷涂过程的总体示意图；(C)第一涂覆步骤的示例性丝网；及(D)从第一涂层步骤中得到的图案化片材基材；
图3是a)用于将超疏水图案和涂层施加到棉基材上的电喷涂设备的照片；b)所得丝网印刷膜的照片；c)浸入水中的非润湿图案处理的棉织物照片，插图展示了留在图案区域的两个水滴；d)不同超疏水图案区域对经处理的非润湿图案织物透气性效应的示意图；
图4是一系列非润湿图案处理的棉织物照片，其中占50％的面积为50次重复洗涤之前和之后的状态。图4a和4b是未洗涤织物的示意图，图4c和4d是50次洗涤之后，经处理织物的示意图；
图5A是实施例1中所选的用于涂覆处理的商用棉样品和特性的表格；
图5B是5000次磨损之前和之后，完全润湿的非润湿图案处理的棉织物照片；
图6是a)正面和负面图案处理的棉织物照片；b)从视频中获得的静止框架，展示了在水平铺放的棉织物上滴水的状态，上述棉织物具有图案处理和定向水分输送效应；
图7是具有非润湿图案和定向水分输送效应的棉织物透气性变化的示意图；
图8是磨损效应对单向输送能力(R值)影响的示意图；
图9是对不同类型棉织物的非润湿图案(正面和负面)处理的照片；
图10是50次洗涤测试之后，非润湿图案织物的照片；
图11是在非润湿图案和定向水分输送(DWT)处理之前和之后，所有类型织物的单向输送能力(R值)示意图；
图12是在非润湿图案和定向水分输送处理之前和之后，所有类型棉织物的透气性示意图；
图13是在实施例2中所选的用于涂覆处理的商用棉样品的表格；
图14是一系列照片，展示了被水分润湿的图案和DWT处理的织物样品：a)正面图案，b)负面图案(图案部分的面积为50％)，c)定向水分输送效应(样品编号8)；
图15是经处理的棉织物样品的表面温度变化示意图；每张照片中，左侧照片来自涂层侧，而右侧照片来自非涂层侧。
定义
本文使用以下定义：
术语“织物”包括机织织物、针织织物、非织造织物、多层织物等。
本文中所用的术语“纤维素基材”是指包括纤维素纤维(例如，棉、黄麻、亚麻、大麻、苎麻、莱赛尔纤维)、再生未取代的木质纤维素(例如，人造丝)或、其混合物、以及与其他纤维材料(例如，合成纤维)的混合物的基材，其中至少约25％，优选为至少约40％的纤维是纤维素材料。优选地，纤维素纤维包括棉纤维。纤维素基材可包括非纤维素纤维(例如，合成纤维和非纤维素天然纤维)，例如，所述非纤维素纤维包括聚烯烃(例如，聚丙烯或聚乙烯)、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚氨酯、醋酸纤维、矿物纤维、丝、羊毛、聚乳酸(PLA)或聚对苯二甲酸三甲酯(PTT)，且可包括其混合物。另外，纤维素基材可完全由纤维素纤维(例如，棉)组成。基材可以是含有必需量纤维素纤维的任何物品，例如，包括机织织物、针织织物、非织造织物、多层织物、服装、纱线、吸收性产品，以及吸收性产品的顶片等。
本发明的基材包括具有“内侧”和“外侧”的基材。此类基材的“内侧”至少包括基材的内侧表面，可包括基材的全部或部分内部。此类基材的“外侧”至少包括基材的外侧表面，可包括基材的全部或部分内部。通常，此类基材的内侧表面在使用中接触用户的皮肤。
本文中，术语“总吸收量”和“吸收容量”可互换使用，是指可吸收或包括在纤维、织物、服装等中的液体(例如，汗、水分、尿液、月经等)，或在使用条件下暴露于液体的其他基材的质量。换言之，吸收容量是在与例如皮肤的润湿表面上过量液体水分接触时，纤维、织物、服装或其他基材可吸收或保持的液体水分总量。更具体地，吸收容量是每单位质量纤维、织物、服装或其他基材饱和时的液体质量。
本文中所用的术语“较低吸收容量”是指纤维、织物、基材、纤维素基材或其他制品的吸收容量低于纤维、织物、基材、纤维素基材或其他物品的正常、标准或常规吸收容量。术语“较低吸收容量”说明了纤维、织物、基材、纤维素基材或其他制品的吸收容量已通过本文所述的方法降低或减少到低于纤维、织物、基材、纤维素基材或其他制品的常规、标准或常规吸收容量。
具体实施方式
本发明通常提供具有两个功能特征的多孔和/或流体可渗透基材：1)水分从一侧向另一侧单向输送，若不施加额外的力，不可反向；2)在干燥和完全润湿的条件下，高透气性和透湿性。所述特性使基材两侧的突破压力和单向水分输送能力具有明显差异。官能化基材的水分输送能力和穿着舒适性明显高于相同纤维结构(但无创造性疏水和亲水图案)的普通基材(例如，棉织物)。
图1是本发明中一种基材50的功能化图案或结构的示意图，展示了侧视截面图(穿过基材厚度)，以说明所述基材50的内部结构。如图1所示，所述基材形成在内侧表面52和外侧表面54之间的两个宽层或普通层中。所述两层56、58如下：
1.从内侧表面52延伸、具有预定厚度的连续疏水薄涂层或疏水层56。所述层56的疏水特性可产生接触水分的高疏水性，同时可使接触基材50内侧表面52的芯吸水分(例如，人体59产生的汗57)通过所述涂层56芯吸到所述基材50中；
2.疏水通道60的图案或阵列58由亲水通道62隔开，每个亲水通道62在基材50主体中的内侧表面52和外侧表面54之间延伸。亲水通道62可从基材50的内侧表面52到外侧表面52芯吸与基材50内侧表面接触的液体(例如，人体59产生的汗57)。
如图1所示，功能性基材50可主动地将水分(例如，汗或汗液57)从内侧表面52转移到外侧表面54，以便水分蒸发。功能性基材50还可防止外侧表面54上的水回流到内侧表面52。这有效地避免了水分在身体表面59积聚，即使穿着者大量出汗，也能保持干爽和舒适的状态。通过使用基材50，疏水通道60可确保即使亲水通道62完全润湿，基材50仍保持透气性和透湿性。该结构还可在基材100内引起蒸发冷却效应，内侧和外侧表面的润湿性不同，会在水分从基材蒸发时在基材两侧(即，内侧和外侧)之间产生温差，从而使基材的可湿性表面冷却(即“自冷”效应)。
如图1所示，疏水性通道60沿着基材的长度和宽度按图案(通常为规则图案)布置，从而使疏水性通道和亲水性通道间隔开。疏水性通道60在内侧表面52和外侧表面54之间形成由亲水性通道62包围的柱。在完全润湿的条件下，基材中疏水性通道60与亲水性通道62的比例对于确定基材100的透气性很重要。通常，基材中疏水性通道60与亲水性通道62的比例为1.5：1至1：1.5。优选地，该比例约为1：1。
本发明还提供一种通过应用疏水或亲水处理剂生产基材的方法，可选择性地使用所述处理剂来施加超疏水性基材的整体厚度处理剂，以产生基材的内部疏水/亲水通道结构和连续疏水表面薄层。处理剂的性质取决于初始基材的性质。就此而言，处理之前，基材可采用多种形式。
(1)对本发明的亲水柱体具有足够润湿性的亲水性基材；
(2)对本发明的亲水柱体不具有足够润湿性的亲水性基材；
(3)疏水性基材；或
(4)超疏水性基材。
若待处理的基材包括亲水性基材，优选地，使用疏水处理剂来处理所述基材。因此，若基材包括亲水性材料，则所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过所述基材的至少一部分厚度上施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经处理的疏水性通道和未处理的亲水性通道；
将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有基材预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
应认识到，所述方法的步骤可按任何顺序执行。此外，若亲水性基材不具有足够的润湿性或为疏水性基材，则可使用合适的亲水处理剂对基材进行亲水处理，以提供合适的亲水性基材。
若基材为疏水性或超疏水性，即基材由疏水物质组成，则所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加亲水处理剂，所述图案包括：
·分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的连续亲水性通道和未处理的疏水性通道；
·具有预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水特性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中。
可理解到，该图案可在一个步骤中实现，其中通道和疏水表面层在单个处理步骤中生产，该处理步骤需足够精确，使亲水处理不会完全穿透基材的厚度。在其他实施例中，可使用两个步骤，其中可使用亲水处理剂来形成疏水性和亲水性纤维通道的柱结构(如上所述)，再施加疏水处理剂来形成疏水表面薄层。
在一些实施例中，可预处理疏水性基材，以便在内侧和外侧上设有超疏水表面，再进行亲水处理，以便设有半渗透润湿通道(如上所述)，来产生定向水分输送效应。
在具体的示例中，根据本发明，发明者开发了两步涂覆过程，以使棉织物功能化。图2是三种不同情况下，本发明中处理程序的两个阶段的示意图。
首先，图2A是亲水性基材(路线1A和1B)和疏水性基材(路线2)工艺的一般步骤。路线1A的处理步骤如下：
步骤1：通过使用合适的印刷或液体图案化方法，施加疏水处理溶液的图案，将非润湿或疏水图案101施加到基材100上(例如，棉等超亲水织物)，以形成图案化基材110。图案101包括疏水处理溶液穿过厚度的处理(即，穿过基材100厚度的处理)，以形成由未处理亲水性纤维114区段或通道围绕的疏水处理纤维112的不连续区段或通道，每个区段112、114可延伸穿过基材100厚度；
步骤2：再将疏水处理溶液施加在所制备的图案化基材110的仅一侧115(基材的内侧)上，在该侧115上产生疏水薄涂层116。将所述疏水涂层116施加到该侧面115上，以便所述涂层116基本可在该侧115上延伸，使第一步骤中的图案101延伸穿过大部分基材100主体。疏水涂层116还可按预定厚度T(见图1)施加，使用中可产生接触水分的高疏水性，同时可使接触基材100内侧表面的水分通过所述涂层116芯吸到基材100的主体中，更具体地，是未处理的亲水通道114中。
再使涂覆的基材120干燥，优选在加热环境中。应理解到，干燥过程与所采用的处理和基材有关。
在路线1B中，以相反的顺序执行上述步骤，首先执行步骤TWO，再执行步骤1。所述步骤是：
步骤1：再将疏水处理溶液施加在所制备的图案化基材110的仅一侧115(基材的内侧)上，在该侧115上产生疏水薄涂层116。疏水涂层116也按预定厚度T施加(见图1)。
步骤2：通过使用合适的印刷或液体图案化方法，施加疏水处理溶液的图案，将非润湿或疏水图案101施加到基材100上。图案101包括疏水处理溶液穿过厚度的处理(即，穿过基材100厚度的处理)，以形成由未处理亲水性纤维114区段或通道围绕的疏水处理纤维112的不连续区段或通道。
在路线2中，处理疏水物质。单步过程包括以下步骤：
步骤1：通过使用合适的印刷或液体图案化方法，施加亲水处理溶液的图案，将非润湿或亲水图案101A施加到基材100上，以形成图案化基材110。图案101A包括亲水处理溶液的对照厚度处理(即，不穿透基材100厚度的处理)，以形成由疏水区段或通道112围绕的不连续亲水区段或通道114，未处理的疏水116表面层设于内侧115上。
如上文图2所示，疏水性通道112沿着基材的长度和宽度按图案布置，从而使疏水性通道112和亲水性通道114间隔开。可使用任何数量的合适图案，同时，疏水通道112通常在整个基材100的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。
在处理之后(图2A中路线1A、1B或2中的任一个)，疏水表面层侧(指定为基材100的内侧115)显示出定向水分传输效应。发明人已发现，可通过基材一侧上的疏水表面层仅渗入基材该侧表面中很小的深度，增强定向水分输送效应，由此在基材的内侧上形成仅具有很小厚度的层。这导致基材一侧上连续覆盖有疏水特性，优选地，渗入厚度不超过基材厚度的20％，优选地，渗入厚度不超过基材厚度的10％，更优选地，渗入厚度不超过基材厚度的5％。由此可推论，图案处理剂应在基材厚度上延伸相当大的深度/量，优选地，超过基材厚度的50％，更优选地，超过基材厚度的80％，甚至更优选地，超过基材厚度的90％，更优选地，超过基材厚度的95％。在实施例中，优选地，疏水表面层的厚度为20至100μm，优选为30至70μm。
可使用许多不同的技术将疏水处理溶液施加到基材上。应用技术包括电喷涂、喷墨印刷、丝网印刷、印模印刷、块印刷、辊印刷、热转印刷、照相印刷、放电印刷、双面印刷、转印印刷或其组合。
在一个实施例中，通过喷墨印刷技术将疏水处理溶液施加到基材上。在该方法中，连续喷墨打印机(未示出)使用高压泵将储存器中的疏水处理溶液引导通过枪体和喷嘴，以产生连续的墨滴流。墨滴受到静电场的作用，通过静电偏转装置引导(偏转)，进而在基材上印刷，或使墨水继续未偏转到收集槽，以便重新使用。通过喷嘴的受控定位和液滴的偏转，在该方法的两个步骤中，可将期望的图案施加到基材疏水处理溶液。例如，在步骤1中，控制喷墨印刷机可将所需图案的疏水处理溶液施加到基材上，以便在整个基材厚度上形成经处理和未经处理的纤维柱。在步骤1中，可控制喷墨打印机，以便将基材的连续薄涂层施加到图案化基材的一侧。再使印刷的基材干燥。
在另一实施例中，通过电喷涂将疏水处理溶液施加到基材上。选择电喷技术，可在大面积的基材上快速施加具有精确度的薄涂层。此外，电喷涂具有合理的易操作性，且与图案化的丝网结合，可用于在棉织物上形成各种图案(包括负面和正面)，具有良好的分辨率，通常最小线宽为1.5mm；如图2所示，方法步骤如下：
步骤1：在所示示例的亲水织物(例如，棉)中，首先用图案有孔丝网150覆盖棉织物100的选定部分，在织物100上产生非润湿图案(面积占50％)，再将疏水处理溶液作为电喷涂液滴218电喷涂到丝网覆盖的织物上。如图2c所示，丝网150可包括在片材中形成的具有规则图案的方孔152材料片(通常为聚合物片或膜，但可使用其他材料)。若置于织物100上，则孔152可在织物100上提供区域，以便疏水处理溶液可渗入。由丝网150的固体框架154遮盖的织物区域不接受疏水处理溶液，因此保持未处理状态。将足够的疏水处理溶液作为电喷涂液滴218施加到丝网织物100上，以穿透材料的厚度(即，在织物的内侧和外侧之间)。如图2D所示，形成图案织物110，所述织物110具有由未处理织物160包围和界定的处理方框158规则图案。
步骤2：再将疏水处理溶液电喷涂到图案织物110的仅一侧115表面上，在该侧表面115上形成疏水材料涂层116。喷涂所述溶液，在该侧表面115上形成薄涂层。该侧表面115可用作接触皮肤或用户或穿着者的织物100内侧。
经涂覆处理后，将织物在加热环境(例如，70℃)中干燥10至30分钟。
图2B是在每个阶段中，用于施加疏水处理涂层的一种电喷涂过程的总体示意图。形成的电喷涂通常包括连接在具有注射器容器214的喷嘴212和旋转鼓收集器216之间的高压DC电源210。也可使用空气泵(未示出)。在针头喷嘴212和鼓收集器216之间施加电压，可使注射器容器214中的液滴加速供给到固定在旋转鼓收集器216的基材上。在第一步骤中，将基材100安装到鼓收集器216上，再将丝网150置于基材100上。再将疏水处理溶液装载到注射器容器214中。然后，鼓收集器216可通过电动机(未示出)旋转。通过用高电压给喷嘴212充电，将涂覆溶液154雾化并均匀地沉积在位于鼓收集器216上的基材100待施加表面上。所述涂覆溶液仅通过丝网150孔152喷涂，因此部分涂覆基材100的图案由丝网孔153的图案决定。在第二步骤中，移除丝网150，使疏水处理溶液涂覆在附着于鼓收集器216上的基材100整个侧表面。
如图1和2A所示，以这种方式，将疏水处理溶液施加于亲水性基材(例如，棉织物)，可形成梳状结构310的疏水处理剂，以便延伸穿过基材100的厚度。横截面中的梳状结构包括疏水处理剂的连续涂层116，疏水功能柱或指状物可延伸穿过内侧115和外侧117之间的基材100厚度。在所附接的内侧115上，疏水处理剂的连续涂层116可使基材100的非图案化区域114保持亲水性，具有定向水分输送效应(内侧向外侧单向输送，而阻止外侧向内侧输送)。应注意到，基材100也可以相反的方式功能化。
处理本发明的基材，使其具有疏水内侧表面，以及在基材内侧和外侧之间延伸的疏水通道图案。市场上存在多种疏水化学处理剂，可使基材具有疏水和/或超疏水特性。化学处理在本文中称为“疏水处理”，包括施加可将疏水性引入基材(例如，纤维、纱线、织物、服装、膜或其他基材)中的任何材料或多种材料(本文中称为“疏水处理化学品”)。若基材包括纤维基材，则可在纤维或纱线上进行化学处理。但在本发明中，优选地，织物或加工完成的纤维素基材(例如，服装)或其他制品应接受本发明的上述处理方法。
可使用任何合适的疏水处理剂，在基材中产生疏水涂层和疏水通道。在一些实施例中，用于产生疏水涂层和疏水通道的疏水处理包括施加硅酮、蜡、碳氟化合物、聚氨酯、油、胶乳或交联树脂，或羧酸和多羧酸(例如，柠檬酸、马来酸、丁烷四羧酸或聚马来酸)。也可使用此类疏水处理材料的混合物。在优选的实施例中，疏水处理剂包括至少一种氟碳化合物，优选为聚四氟乙烯(PTFE)。下文将更详细地讨论形成疏水涂层或疏水通道的疏水处理。
本发明的疏水处理包括施加疏水性处理材料(例如，硅氧烷、含氟化合物、锆化合物、油、胶乳、蜡)和各种其他树脂，包括交联树脂(例如，二羟甲基二羟基亚乙基脲(DMDHEU)、尿素甲醛、亚乙基脲、三聚氰胺树脂、二甲基脲乙二醛(DMUG)、羧酸和多羧酸(包括柠檬酸、马来酸、丁烷四羧酸、聚马来酸等)。也可使用此类疏水处理材料的混合物以及其他疏水处理材料。
疏水处理材料的示例性示例包括施加不会对棉的有益特性(例如，穿着者和服装处于而未大量出汗干燥状态的“正常”穿着情况下的舒适特性)产生不利影响的碳氟化合物(例如，品牌、品牌、品牌、品牌等)。聚四氟乙烯(PTFE)是一种示例性碳氟化合物的具体示例。碳氟化合物使所施加的纤维、纱线、织物或其他基材具有超疏水特性，为织物的施加部分提供示例性的疏水特性。一种示例性的疏水处理材料包括可从杜邦公司获得的ZONYL321。
对于纤维基和/或织物基材，可将此类疏水处理剂(例如，碳氟化合物和硅氧烷)施加到纤维(例如，棉)上，而不会降低棉织物和衣服的天然回潮率、天然湿气输送或天然透气性。因此，若按此类示例所述来制造性能服装，则在“正常”(干燥)穿着常规(未处理)棉制服装时，棉的基本舒适特性也将存在于经处理的纤维、纱线或织物的服装中。
人们不接受任何理论的限制，但通常认为疏水处理(例如，施加氟碳化合物、硅酮和蜡)可通过在纤维外侧上形成膜来起作用。在正常施加量下，所述薄膜具有高度不连续性，程度更接近亲水性纤维表面上聚合物或蜡的微观“斑点”。由于水分或汗液的表面张力通常不允许液体渗透到纤维中，且减少了在经处理纤维或纱线之间所形成的毛细管中的芯吸，所以此类处理确实产生了上述的亲水性疏水纤维、织物和纱线。因此，在本发明的全文中，虽然基材内侧上的疏水涂层具有该涂层材料的疏水性，但由于纤维上膜的高度不连续性，表面仍具有纤维之间的多孔结构。该多孔结构仍可实现在经处理纤维或纱线之间形成的毛细管中芯吸。
尽管上述方法涉及亲水性基材的处理，但应理解，所述技术同样可应用于疏水性基材(即，由疏水性纤维组成)，其中所述图案采用亲水处理而非疏水处理。在第三方面的方法中，可非常灵活地选择所使用的亲水处理剂。可使用任何合适的亲水处理剂使基材中产生经亲水处理的纤维。例如，亲水处理剂包括低表面能量的化学处理剂，优选为聚合物。例如，亲水处理剂可选自聚合物、带有亲水基团(例如，羧基、磺酸、羟基、羰基、氨基、硫杂蒽基、磷酸酯或季铵基团)的小分子，或分子骨架中的亲水链(例如，醚、酯、氨基、酰亚胺、磷酸二酯、糖酵解和肽)。示例包括多元醇、聚糖、聚醛、聚酮、聚羧酸、氨基酸、聚胺、聚硫醇、核酸和磷脂、聚醚、二糖、多糖、肽、多肽、蛋白质、胶原、明胶等；交联剂、表面活性剂或偶联剂可存在于涂层中，以提高涂层耐久性。
应理解到，可选择性地将其他组分添加到本文所述的纤维、纱线、织物和/或服装组分中。所述组分包括但不限于阻燃剂、染料、抗皱剂、发泡剂、缓冲剂、pH稳定剂、固定剂、防污剂(例如，氟碳化合物、防污剂、润湿剂、软化剂、防水剂、去污剂、荧光增白剂、乳化剂和表面活性剂)。
包括本发明各方面的基材纤维可具有各种组分。例如，基材可包括天然纤维、合成纤维或其混合物等纤维(以及由纤维形成的纱线)。示例包括(但不限于)纤维素纤维、聚合物纤维或其混合物。
在一些实施例中，基材由纤维素纤维构成，优选为棉纤维或棉混纺纤维。在示例性实施例中，本发明涉及具有液体吸收能力(较低吸收容量)的纤维素基材，以及制造此类纤维素基材的方法。本发明还涉及降低纤维素纤维、纱线、织物、服装和具有纤维素纤维的其他制品吸收容量的方法。该技术适用于加工各种棉织物、亲水性合成织物和多孔薄膜。
若基材包括织物，此类织物对于开发运动服装、床上用品、保健用医用织物以及军服制服中的贴肤服装特别有用。
此外，应理解到，本发明可应用于除织物和服装以外的产品。
在一些实施例中，本发明的纤维基基材可包括至少一部分吸收性产品(例如，尿布和卫生巾)。
通常，尿布和卫生巾包括紧贴用户皮肤的顶片和用于储存体液(例如，尿液和月经液)的吸收芯。顶片具有接触用户皮肤的内侧表面和外侧表面。吸收芯邻近顶片的外侧表面。所述吸收芯可由任何吸收材料形成，例如，亲水性纤维(例如，纤维素纤维)、超吸收性聚合物及其混合物。本文所用的吸收芯包括吸收产品的最终存储区域(用于体液)和顶片之间的任何收集层。
顶片通常是非织造物，可具有高疏水性内侧(即，具有较低吸收能力的顶片)和高吸收性外侧。只要顶片可使流体快速通过顶片并进入吸收芯，则顶片也可从内侧到外侧均匀布置且为高疏水性。因此，本发明的纤维基基材可用作此类产品中的顶片。
顶片的组分可包括经处理，具有本发明结构的任何合适纤维组合。所述组分包括(1)100％纤维素纤维；(2)纤维素纤维和合成纤维(例如，聚丙烯、聚酯或尼龙的混合物)；(3)经过疏水处理的纤维素纤维和具有芯吸特性的合成纤维的混合物；及(4)经处理或加工成具有疏水性的脱脂棉(或其他亲水性纤维)和棉(或其他亲水性纤维)的混合物。棉短绒、精梳棉网、杜松子酒、粗制品和其他各种成本较低的棉废料均可用作棉来源。
本发明的官能化基材也可用于膜应用中。在此类应用中，可处理合适的基材基材，例如，纱线基织物(针织、机织、非织造等)、短纤维片或其他纤维基片，以提供本发明的功能性结构(如图1所示)。此类片材为膜应用提供了理想的特性，原因是膜片可实现水分单向输送，同时在干燥和完全润湿的条件下，仍保持高透气性和透湿性。应用包括(但不限于)过滤、储水、收集雨水、帐篷、户外织物，以及伤口愈合绷带、美容保湿面膜和吸水服。
在一些实施例中，基材可包括单层纤维材料和多孔膜(厚度小于5mm，优选小于1mm)。优选根据本发明的多孔薄膜，包括整个膜上的开孔结构。优选地，孔可在整个膜上形成三维开孔结构。这确保了膜可渗透流体。许多膜均合适，包括通过任何泡沫成形技术(例如，相分离、冷冻干燥、单向或双向拉伸、气体发泡、使用致孔剂、粒子熔化或蚀刻等)制备的膜；合适的膜包括双向拉伸PP或PTFE膜、气体发泡聚氨酯膜和通过相分离法制备的聚合物膜。
应理解到，具有本发明中单向特性的多孔膜，可使用上述相同方法形成，作为织物(纤维基基材)的示例。应理解到，使用疏水和/或亲水处理剂的上述处理方法同样可用于多孔膜。
组分的评估方法
处理剂组分对于预期用途的适用性，取决于经处理纤维素基材通过各种标准性能测试的能力。合适的性能测试的一些示例存在于下文示例中，而其他示例对上文所指导并给出的最终产品和方法制造领域的技术人员是已知的。
示例
示例1-经超疏水图案处理的耐久性棉织物的开发
通过使用电喷涂技术，在所制备的非润湿图案棉织物的一侧上，通过进一步涂覆超疏水溶液，可开发具有定向水分输送效应和透气性超疏水图案的经超疏水处理的耐久性棉织物。
虽然示例使用市售的超疏水涂料(杜邦公司制造的碳氟表面活性剂ZONYL321)，但应理解到，大量种类的疏水和/或超疏水涂料可同样用于相同的图案和涂覆技术，以实现示例性实例中示出的定向水分输送效应和透气性超疏水图案。上文说明了许多合适的涂覆处理剂，应理解到，此类处理剂可用于所述示例的类似技术中。
2.实验细节
2.1材料：
杜邦公司制造的一种用于超疏水性棉织物处理的商业涂料ZONYL321(氟碳表面活性剂)。ZONYL321是一种氟化丙烯酸阳离子共聚物，可用于基材的疏水涂覆处理。
棉织物可从墨尔本超市购买。选择五种具有不同织构的棉织物，即，图5A所示的织物编号(编号1、编号2、编号4、编号5和编号6)。
棉织物编号：在本示例中，编号1为平纹组织，厚度为460μm。
2.2超疏水涂覆溶液的制备：
通过将ZONYL321(10g)在去离子水(100ml)中混合，以形成均匀溶液来制备ZONYL321溶液。
2.3棉织物的非润湿图案处理：
根据本发明，发明者开发了两步涂覆工艺，以使棉织物功能化。该过程的总体示意图如上所述(如图2所示)。
对于该特定示例，可采用丝网印刷和电喷涂的组合来施加ZONYL321涂覆溶液。棉样品包括具有平纹组织(纬纱双2/2)，厚度为460μm的10×10cm2棉织物样品(棉织物编号：编号1，图5A)。采用以下步骤来处理该织物：
步骤1：首先用图案有孔丝网150覆盖棉织物的选定部分，在棉织物上产生非润湿图案(面积占50％)，再将涂覆溶液(ZONYL321)电喷涂到丝网150上。如图2c和3b所示，丝网包括在片材上形成的具有方孔规则图案的材料片材(聚合物膜)。如图3b所示，丝网150中可具有各种孔径尺寸。若置于织物上，则孔可在织物上提供区域，以便涂覆溶液可渗入。若施加涂覆溶液，则涂覆溶液可穿过图案区域的孔，阻挡在非图案区域的固体膜上。由丝网的固体框架遮盖的织物区域不接受涂覆溶液，因此保持未处理状态。将足够的涂覆溶液施加到丝网织物上，以穿透材料的厚度(即，在织物的内侧和外侧之间)。如图3c所示，形成图案织物，所述织物具有由未处理织物包围和界定的处理方框规则图案。
步骤2：再将涂覆溶液(ZONYL321)电喷涂到图案织物的仅一侧表面上，在该侧表面上形成疏水材料涂层。喷涂所述溶液，在该侧表面上形成深度为50μm的薄涂层。该侧表面可用作接触皮肤或用户或穿着者的织物内侧。
涂覆处理之后，将织物在70℃下干燥15分钟。
图3a是使用的实际实验性电喷涂装置，由专用装置组成，所述装置包括高电压DC电源210、具有注射器容器214的针喷嘴212、鼓收集器216和空气泵。在涂覆过程中，将织物样品安装到鼓收集器216上，再在织物样品上覆盖丝网(短跑(sprinting)膜——70目耐火塑胶膜+聚酯丝网)150，将涂覆溶液装载到容器114。通过用高电压给喷嘴212充电，使涂覆溶液雾化并均匀地沉积在膜表面上。所述涂覆溶液仅喷涂通过图案区域，使织物样品部分涂覆。移除丝网150，可使暴露面随后由涂覆溶液完全涂覆。
图3c是经非润湿图案处理的织物。若将织物浸入水中，由于具有亲水性，在超疏水区域表面会具有气泡，且非图案区域完全润湿。插图显示若在图案区域上滴水，可形成水滴状球体。图案区域的水接触角测量为156°，表明涂覆处理后，图案区域变为超疏水性。
2.5耐洗性测试：
通过使用澳大利亚标准(AS2001.1.4)中规定的标准洗涤程序来检查耐洗性。每次洗涤相当于五次家庭洗涤。为了方便起见，本文使用了大量家用洗衣机。
2.6液体湿度管理测试：
根据M290-MMT湿度管理测试仪上的测试标准(AATCC测试方法195-2011)测量液体湿度管理特性。在测试之前，将织物样品(尺寸8cm×8cm)置于调节后的环境中(温度21±2℃，相对湿度65±2％)，超过24小时。使用0.9％NaCl作为测试溶液。
2.7其他特征：
使用体积为5μL的液滴，在接触角测角仪(KSV CAM 101)上测量水接触角(CA)。使用织物厚度测试仪在1N的负载重量下测量织物厚度；使用Datacolor SF 600 Plus-CTSpectraflash分光光度计测量织物的色差。
3.结果与分析
3.1棉织物的非润湿图案处理
通过使用已开发的丝网电喷涂技术，可制备棉织物上的各种非润湿图案并检查，以确定图案轮廓(例如，形状、密度和尺寸)和图案区域部分如何影响织物的透气性(如图3d所示)。
若图案部分保持不变，则图案轮廓对织物透气性的影响不大。使用正负面方框作为模型，发明者系统地研究了图案区域如何影响透气性。在干燥状态下，若图案部分从0增加到50％，则透气性显示42到33cm3/cm2/s的线性下降。将区域部分从50％进一步增加到100％，则透气性小幅下降到31.5cm3/cm2/s。在完全润湿的状态下，不具有非润湿图案的棉织物显示透气性明显降低(在干燥状态下，从42cm3/cm2/s到22cm3/cm2/s)。非润湿图案的存在增加了透气性。若图案部分从0变化到50％，则完全润湿的织物样品的透气性显示22到31cm3/cm2/s的增加。若图案部分从50％进一步增加到100％，则透气性变化不大。发明者最终选择50％的图案部分作为最佳图案部分，原因是在该图案化条件下，织物在干燥(33cm3/cm2/s)和完全润湿状态(32cm3/cm2/s)之间的透气性差异很小。
3.2洗涤测试
使用澳大利亚标准(AS2001.1.4)中规定的标准洗涤程序测试非润湿图案棉织物的耐洗性。经过50次洗涤测试后，透气性无明显变化，图案区域仍具有超疏水性，水分CA为155°。图4是经非润湿图案处理的棉织物照片，其中占50％的面积为50次重复洗涤之前和之后的状态。图4a和4b是未洗涤织物的示意图，图4c和4d是50次洗涤之后，经处理织物的示意图。
3.3磨损测试
根据马丁代尔法进行磨损试验，采用9kPa的负荷压力。在5000次磨损后，干燥图案织物的透气率从33cm3/cm2/s增加到36cm3/cm2/s，而完全润湿状态下，透气性从31cm3/cm2/s略微增加至32cm3/cm2/s。
3.4具有定向水分输送效应的非润湿图案棉织物
图6a是具有定向水分输送效应的正面和负面图案棉织物的示意图；图6b是在具有定向水传输水分输送效应的图案棉织物表面上滴水时，视频中的一系列静止帧示意图；若水滴在非润湿电喷涂侧(两步涂覆表面)，可短时间内移动并在相对侧上蔓延。但若水滴落在丝网图案侧(未经进一步的非润湿电喷雾处理)，可在表面上蔓延，而未穿透织物。图案区域可从润湿织物的任一侧清楚地看到，清楚地表明，经处理的织物具有图案和定向水分输送效应。
3.5透气性
如图7所示，发明者研究了经处理棉织物的透气性变化。对于未处理的织物，干燥状态织物和完全润湿状态织物的透气性差别很大，分别为42.5cm3/cm2/s和22.5cm3/cm2/s。经非润湿图案处理(占50％面积)之后，干织物的透气性下降。但对于完全润湿的织物，由于图案区域不能润湿，所以透气性增加。经过50次反复洗涤之后，透气性几乎无变化，表明涂层牢固地粘合在纤维表面上，不会冲走。在单面电喷涂非润湿涂覆处理剂之后，透气性略有变化，这意味着在图案织物一侧上涂覆该薄层不会影响织物的透气性。非润湿图案和定向水分输送功能的棉织物也可洗涤，经50次洗涤测试后，透气性仍与以前几乎相同，如图7所示。
3.6单向输送能力
根据标准方法(AATCC测试方法195-2011)评估单向水分输送能力，以测量单向输送指数，即R值。根据该标准，R值在200和300之间，表现出良好的水分输送能力；R值高于300，表现出极好的定向水分输送能力。测试结果列于表1。未处理棉织物的R值很低，测量为146。若处理织物，使其具有50％的非润湿图案，则正面和负面图案织物的R值均增加至高于500。在图案织物上进一步电喷雾单面超疏水涂层后，R值增加至接近700，无论是正面还是负面。该功能性面料经久耐用，可承受反复洗涤。经50次洗涤后，R值略有增加，正面图案织物从779增加到780，负面织物的R值从697增加到745。
除了R值之外，该测试还给出了织物的整体湿度管理能力(OMMC)，所有经处理样品的OMMC均高于0.6。根据该标准，OMMC值在0.4和0.6之间，表现出良好的湿度管理能力；OMMC值高于0.6，表现出极好的湿度管理能力。如表1所示。经非润湿图案处理后，正面和负面图案织物的OMMC值均高于0.6。具有非润湿图案和定向水分输送效应的经处理织物的OMMC值也超过0.6，在50次洗涤之后，所有经处理织物的OMMC值均增加。结果表明，在涂覆处理之后，所有织物均表现出极好的湿度管理能力。
表1：非润湿图案和定向水分输送效应织物的R和OMMC值。
图案织物表现出双向水分输送，无法消除内侧的润湿感，也不会阻止水分从外侧向内侧返回，R值很高。
3.7磨损测试
用马丁代尔方法测试具有非润湿图案和定向水分输送功能织物的耐磨性。图6是增加磨损次数，对单向输送能力影响的示意图。在前3000次磨损中，R值几乎无变化；磨损次数从3000次增加到5000次时，R值略有增加，原因是经3000次磨损之后，顶面上的一些纤维断裂并去除，使织物的厚度减小。由于非润湿图案区域贯穿织物厚度，经磨损之后，非润湿图案仍留在织物上。结果，厚度减小的非润湿图案织物具有较大的R值。
3.8表面温度测试
已使用红外图像相机测量了非润湿图案和定向水分输送效应织物的表面温度。若织物含有一定的水分水分从织物蒸发至周围环境，可使两个织物表面(内侧表面和外侧表面)之间的温差高达4℃(如图15所示)。
3.9对不同类型棉织物的非润湿图案和定向水分输送效应的处理
五类棉织物可用于本发明处理过程的进一步表征和性能测试。所述织物是图5A中所示的织物：编号1、编号2、编号4、编号5、编号6。所述织物的纹理结构、织物厚度的细节如图5A所示。所有样品尺寸均为10×10cm×cm。
所有织物均使用相同的涂覆溶液和方法进行处理。
3.9.1不同类型棉织物的非润湿图案处理(面积占50％)
不同类型的棉织物上也可具有非润湿正面和负面图案。
经电喷涂处理后，所有织物均呈现清晰的图案。将经处理的织物浸入水中，在图案区域形成一些气泡，而亲水性非图案区域完全被水分润湿。
3.9.2不同类型的棉织物在图案处理前后的透气性
表2提供了测试织物的透气性测量值。同样，对于未处理的织物，干燥和完全润湿状态下织物的透气性有很大差异。经非润湿图案处理(面积占50％)之后，干燥织物的透气性降低；但对于完全润湿的织物，与对照相比，每个测试样品的透气性增加。同样，经处理样品的图案区域无法润湿，从而产生了该效应。
表2：不同棉织物的透气性(cm3/cm2/s)
3.9.3洗涤测试
测试了所有类型非润湿型棉织物的耐洗性。经50次洗涤后，图案清晰可见(如图8所示)，表明超疏水涂层具有耐久性。
3.9.4经定向水分输送和非润湿处理的不同类型织物
使用相同的涂覆溶液和方法制备定向水分输送织物。经涂覆处理后，所有织物均表现出定向水分输送效应。图9展示了所有类型的棉织物在涂覆处理前后以及洗涤测试之后的R值。对于所有类型的棉织物，涂覆处理前R值均低于200。经50％非润湿图案处理后，所有织物的R值均高于200。如图9所示，进一步进行定向水分输送处理，可使所有图案织物的R值高于400。在50次洗涤之后，对于织物(编号5)，所有经处理织物的R值均高于500，R值从高于400增加至高于500。表3列出了所有织物的详细R值。
表3：所有类型的棉织物在涂覆处理之前和之后的R值
3.9.5涂覆处理前后所有织物的透气性值
分别如图10所示，编号2、编号4、编号5和编号6织物样品在完全润湿状态下，透气性极小，分别为0.62cm3/cm2/s、0.1cm3/cm2/s、0.3cm3/cm2/s和3.9cm3/cm2/s。经非润湿图案处理后，所有织物的透气性分别增加了13.5cm3/cm2/s、1.8cm3/cm2/s、8.7cm3/cm2/s和39.6cm3/cm2/s。若进一步对具有定向水分输送效应的图案织物进行官能化，则所有织物样品在干燥或完全润湿状态下的透气性几乎无变化。此外，50次洗涤处理不影响经处理织物的透气性。
4.结论
开发丝网印刷和电喷涂组合的两步涂覆过程，成功地使不同类型的棉织物具有非润湿图案和定向水分输送效应。经处理棉织物需接受一系列的表征处理，包括水接触角、单向水分输送指数、透气性、耐洗性。人们发现所有经处理的织物具有定向水分输送能力，单向输送指数R值高于400，最高值高于900，OMMC值高于0.6。该处理可使织物具有足够的耐久性，可承受50次家用洗衣机的循环，R值仍高于500。涂覆处理对透气性的影响很小。
示例2-具有非润湿图案和定向水分输送(DWT)效应的产品原型涂覆处理开发织物产品的原型旨在展示所提出的“常干”、“自冷”特性。织物产品接收一系列表征，以证明织物的性能。评估耐洗性、耐磨性和紫外线照射的耐久性。
5.1产品选择
从澳大利亚墨尔本的商店(Myers and Target)购买十种棉产品。表4(图13)展示了此类棉产品的详细信息。所有的面料均为纯棉。
使用此类商业产品中的织物样品，进行涂覆处理。图2是两个阶段涂覆程序的示意图。该过程遵循上述步骤。简言之，首先将织物样品进行图案处理，在织物上形成超疏水图案。再在一侧上，用超疏水涂层涂覆图案织物。经处理之后，测试织物样品，以评估干燥和润湿状态下，对水分输送能力、透气性和耐洗性的影响。
5.2涂覆的棉产品表现出非润湿图案和DWT效应(对每个样品施加50％正面和负面图案)。
在正常状态下，经处理的织物与未经处理的织物具有相同的外观。除非织物润湿，否则图案不可见。图14(a、b)是在水中润湿的经正负面处理织物的照片。清晰的区域无图案，用水润湿织物则产生高透明度。但图案区域仍不透明，原因是超疏水性阻止了水分扩散到局部织物基材中。超疏水图案的未知性质，可使织物即使完全润湿也能保持高透气性。
图14c展示了编号8涂覆织物的定向水分输送效应。若将水从疏水涂层一侧滴落，则水立即渗入并散布在织物的另一侧，疏水侧仍保持干燥。但若水从亲水侧滴落，则水分散在亲水图案区域而不转移到另一侧。结果表明，涂覆织物具有定向水分输送性质。
5.3单向输送能力
表5列出了根据AATCC测试方法195-2011测量的经处理织物的累积单向输送能力指数(R)。所有经处理的棉织物在涂层侧上的R值至少为250，最高值高达860。但非涂覆层侧的R值为负值
R值是穿过织物的水分输送能力的量度。正R值表明水可很容易穿过织物，并在相反一侧蔓延。较高的R值(>200)表明较多水分输送穿过织物，更有利于从身体表面去除汗液，并在外层表面上蒸发。负R值表明在供水表面上积水，给穿着者带来湿感，并减缓水分蒸发。因此，R值也是穿着舒适度的量度。R值越高，穿着越舒适。
表4：经处理的棉织物样品的R值*
(*涂覆系统TTC可用于处理棉织物)
为了便于比较，未处理织物的R值也列在表4中。除编号1样品外，所有未处理织物的两侧都具有约的负R值(注：一些所选的商业产品具有疏水表面。发明者在实验之前，去除了疏水涂层)。
5.4干燥和润湿状态下的透气性
经图案和涂覆处理之后，处于干燥状态下的织物样品的透气性略有下降。但在完全润湿的条件下，经处理织物表现出比等效对照样品高得多的透气性(见表5中的数据)，证实该处理明显改善了棉织物的湿态渗透性。与干燥条件下相比，一些织物样品(例如，编号2、4、5、7、8、9、10)在湿态下的透气性略有下降。
表5：经处理织物样品在干态和湿态下的透气性*
(*涂覆系统TTC可用于处理棉织物)
5.5耐洗性
通过参考标准测试方法，研究官能化棉织物的耐洗性。经过50次洗涤后，所有经处理样品的R值略有增加，高于620(见表6)。非涂层侧的R值变为结果表明，织物在反复洗涤后仍能保持极好的单向水分管理能力。
表6：经处理织物样品在干态和湿态下的透气性*
(*涂覆系统TTC可用于处理棉织物)
5.6红外摄像机的“自冷”测试
为了证明“自冷”效应，发明者故意润湿涂覆织物样品，再让织物在周围环境中自然干燥。通过监测表面温度随时间的变化，发明者可检查水分对织物表面温度的影响。图15是两个表面上，润湿织物样品表面温度变化的示意图。人们发现温差达到4.2℃，非涂覆表面的温度低于涂覆表面。
在实际应用中，织物始终会从穿着者的身体表面吸收水分，从而使织物保持一定水平的含水量。由于具有单向输送能力，织物可主动将水分从皮肤转移到外表面(非涂覆)。结果，由于水分蒸发，热能释放，降低了织物温度，且使热量向外流动，从而为穿用者带来良好的凉爽感觉。人们认为，4℃的温差对纺织品的应用十分重要。
5.7结论
总之，发明者对十种商品棉产品的测试表明，可使用开发的涂层技术对棉产品进行直接功能化处理。经处理后，所有织物的单向湿度管理能力和湿态透气性均明显提高。功能性涂层对于至少50次重复洗涤来说也足够耐用。该技术应可提高棉织物产品的穿着舒适性。
示例3-纳米纤维膜
通过将 FS-82(3g)在100ml自来水中混合，以形成均匀的超疏水溶液，来制备 FS-82溶液，所述超疏水溶液可施加到亲水性基材上，以形成非润湿涂层。选择亲水PVA纳米纤维膜作为基材。开发了两步涂覆过程，以使PVA膜功能化。在第一步中，使用丝网电喷涂方法，在PVA纳米纤维膜上产生 FS-82非润湿图案(面积占50％)。再将 FS-82非润湿涂覆溶液电喷涂在图案化的PVA纳米纤维膜一侧上，使非图案区域具有定向水分输送效应。膜也可以相反的方式功能化。经涂覆处理后，将PVA膜在 下干燥15分钟。得到的膜显示出非润湿图案，且在非图案区域上具有定向水分输送效应。
根据标准方法(AATCC测试方法195-2011)评估单向水分输送能力，以测量经处理纳米纤维膜的单向输送指数，即R值。经两步涂覆处理后，R值高于300，表明具有良好的定向输水能力。
示例4-功能化的海绵膜
通过在磁力搅拌下将2g的PVB聚合物在乙醇(100ml)中混合，形成均匀的PVB溶液，来制备聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/氟化烷基硅烷(FAS)溶液，再将0.5g的FAS加入到制备的PVB中溶液，形成超疏水PVB/FAS涂覆溶液。应用亲水海绵，作为涂覆基材(厚度小于1μm)。
开发两步涂覆过程，实现功能化海绵膜。首先，使用丝网电喷涂法，在海绵膜上产生PVB/FAS超疏水图案(面积约占50％)。再在图案化海绵膜的一侧上电喷雾PVB/FAS超疏水涂覆溶液，导致非图案区域具有定向水分输送效应。膜也可以相反的方式功能化。经涂覆处理后，将海绵膜在70℃下干燥15分钟。所制备膜的非图案区域，表现出具有非润湿图案和定向水分输送效应。
经处理海绵膜的R值高于300，表明具有极好的定向水分输送能力。
优点
根据本发明处理的服装保持了蒸发冷却的益处，原因是液体水分可自由地散布在服装的外侧上，其中服装外侧上的润湿表面积大小是影响蒸发率的主要因素。其次，服装不易粘贴在穿着者的皮肤上，不会限制运动。第三，与100％未处理的棉相比，包括经处理而使吸收能力降低的棉(和/或其他亲水性纤维)，服装的整体吸收能力大大降低。服装整体吸收能力降低，意味着服装饱和时，不会像100％未处理的棉服装那样沉重。(润湿)服装的重量减轻，使穿着者的穿着性能改善，至少可感觉到性能的改善，舒适感进一步提升。第四，服装吸收能力降低，服装不易下垂。第五，服装的干燥速度会比100％未处理的棉快。润湿服装干燥所需的时间取决于服装中所含的液体量。服装达到饱和时，液体量等于服装的吸收能力。在运动或完成任何出汗活动之后，体温开始回落到静息温度，由于服装含有较少的湿气，蒸发冷却会较慢。若脱下服装，进行空气干燥或机器干燥，可较快地干燥且需较少能量。
本发明可生产具有“常干”和“自冷”功能的棉织物，由功能性设计，以及单层棉织物上具有定向水分输送功能的可渗透非润湿通道组合制成。“常干”和“自冷”代表先进的织物功能，可明显提高棉织物调节湿气输送、透气性和表面温度的能力。
本领域技术人员应理解，除了上述的具体说明，本文中的发明可进行变型和修改。应理解到，本发明包括本发明构思和范围内的所有变型和修改。
本说明书(包括权利要求书)中使用了术语“包括”或其变型，可解释为说明存在所述特征、整型、步骤或成分，但不排除存在一个或多个其他特征、整型、步骤或成分，或其组合。

Claims (36)

1.一种具有单向水分输送特性的基材，所述基材包括流体渗透性结构，且包括：
内侧表面；及
吸收容量比内侧表面更高的外侧表面；
其中所述内侧表面具有在至少一个区段上连续延伸的疏水表面层，所述疏水表面层具有预定厚度，使用中所述预定厚度可提供接触水分的基本疏水特性，同时允许水分接触基材的内侧表面，进而通过疏水表面层芯吸到基材中；
其中所述基材分别包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水通道和亲水通道。
2.根据权利要求1所述的基材，其特征在于至少一个疏水通道或疏水表面层包含超疏水通道。
3.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水表面层的厚度为20至100μm，优选为30至70μm。
4.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于基材内侧的累积单向输送能力指数(R)(通过AATCC测试方法195-2011)至少为200，优选至少为300，更优选至少为400。
5.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道分别由亲水通道间隔开。
6.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道沿着基材的长度和宽度按图案布置，优选为规则重复图案。
7.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道在整个基材的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。
8.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道在内侧表面和外侧表面之间形成由亲水通道包围的柱体。
9.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道按图案布置，比例占图案侧面总表面积的30-70％，优选为40-60％，更优选为45-55％，甚至更优选约为50％。
10.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于疏水通道中的疏水表面层和表面的水分接触角高于150度。
11.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于水分从基材蒸发时，完全润湿的基材内侧表面和外侧表面之间的表面温度差为至少2℃，优选为至少3℃。
12.根据上述任一权利要求所述的基材，其特征在于基材的整体湿度管理能力(OMMC)值(通过AATCC测试方法195-2011测量)为≥0.4，优选为≥0.5。
13.一种可使亲水性基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有流体渗透性，具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过所述基材的至少一部分厚度上施加疏水处理剂，所述图案包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经处理的疏水通道和未处理的亲水通道；
将疏水处理剂涂层施加到基材内侧表面上，施加涂层以产生具有预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中；
由此产生经处理的基材，所述基材可从基材的内侧表面到外侧表面芯吸与基材内侧表面接触的液体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于可将疏水处理图案施加到整个基材。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于疏水通道在整个基材的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于疏水处理图案可使用电喷涂、喷墨印刷、丝网印刷、印模印刷、块印刷、辊印刷、热转印印刷、照相印刷、放电印刷、双面印刷、转印印刷、等离子体处理或其组合中的至少一种来施加。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于将疏水处理剂涂覆到基材的内侧表面可使用电喷涂、喷墨印刷、丝网印刷、印模印刷、块印刷、辊印刷、热转印印刷、照相印刷、放电印刷、双面印刷、转印印刷、等离子体处理或其组合中的至少一种来施加。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于可使用电喷涂来实现疏水处理图案和将疏水处理剂涂覆到基材的内侧表面。
19.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于疏水处理图案可使用电喷涂和丝网印刷的组合施加到基材，所述丝网印刷可使用其中具有期望孔图案的丝网。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其特征在于疏水处理剂选自聚合物、小分子、盐、偶联剂、交联剂、有机或无机固体、溶剂及其混合物。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于疏水处理剂包括多元醇、聚糖、聚醛、聚酮、聚羧酸、氨基酸、聚胺、聚硫醇、核酸和磷脂、聚醚、二糖、多糖、肽、多肽、蛋白质、胶原、明胶或其组合中的至少一种。
22.一种可使疏水性基材产生单向水分输送特性的方法，所述基材具有流体渗透性，具有内侧表面和相对的外侧表面，所述方法包括以下步骤：
按预定的图案，在至少一部分基材厚度上且穿过基材厚度施加亲水处理剂，所述图案包括：
分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的经处理的亲水通道和未处理的疏水通道；
具有预定厚度的疏水表面层，从而产生接触水分的基本疏水特性，同时可使接触内侧表面的芯吸水分通过所述涂层芯吸到所述基材中，
由此产生经处理的基材，所述基材可从基材的内侧表面到外侧表面芯吸与基材内侧表面接触的液体。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于可将亲水处理图案施加到整个基材。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于疏水通道在整个基材的长度和宽度上布置成规则阵列的间隔区段。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其特征在于亲水处理图案可使用电喷涂、喷墨印刷、丝网印刷、印模印刷、块印刷、辊印刷、热转印印刷、照相印刷、放电印刷、双面印刷、转印印刷、等离子体处理或其组合中的至少一种来施加。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其特征在于亲水处理图案可使用电喷涂和丝网印刷的组合施加到基材，所述丝网印刷可使用其中具有期望孔图案的丝网。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其特征在于亲水处理剂选自多元醇、聚糖、聚醛、聚酮、聚羧酸、氨基酸、聚胺、聚硫醇、核酸和磷脂、聚醚、二糖、多糖、肽、多肽、蛋白质、胶原、明胶等；交联剂、表面活性剂或偶联剂可存在于涂层中，以提高涂层耐久性。
28.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，或根据权利要求13至27中任一项所述的方法，其特征在于基材包括大量纤维。
29.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，或根据权利要求13至27中任一项所述的方法，其特征在于基材包括织物。
30.根据权利要求28所述的基材或方法，其特征在于织物包括无纺织物、机织织物或针织织物中的至少一种。
31.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，或根据权利要求13-27中任一项所述的方法，其特征在于基材包括多孔膜。
32.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，或根据权利要求13-27中任一项所述的方法，其特征在于内侧表面和外侧表面包括天然纤维、合成纤维或其混合物等亲水性纤维。
33.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，或根据权利要求13-27中任一项所述的方法，其特征在于基材由纤维素纤维构成，优选为棉纤维或棉混纺纤维。
34.一种基材，可通过根据权利要求13至27中任一项所述的方法形成。
35.根据权利要求1至12中任一项所述的基材，可通过根据权利要求13至27中任一项所述的方法形成。
36.一种具有单向水分输送特性的基材，所述基材包括大量纤维，且包括：
内侧表面；及
吸收容量比内侧表面更高的外侧表面；
其中所述内侧表面具有在至少一个区段上连续延伸的疏水表面层，所述疏水表面层具有预定厚度，使用中所述预定厚度可提供接触水分的基本疏水特性，同时允许水分接触基材的内侧表面，进而通过疏水表面层芯吸到基材中；
其中所述基材分别包括分别在内侧表面和外侧表面之间延伸的疏水性纤维和亲水性纤维。
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