CN110735229A

CN110735229A - 防水透气膜及其生产方法

Info

Publication number: CN110735229A
Application number: CN201911152381.4A
Authority: CN
Inventors: 刘爽; 罗章生; 单磊; 赵海舰
Original assignee: Xiamen Dang Sheng New Materials Co Ltd
Current assignee: Xiamen Dang Sheng New Materials Co Ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明公开了一种防水透气膜及其生产方法。该防水透气膜包括颗粒物和相互叠加的缎带式纤维；所述颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径分布为0.1～3.0μm的微孔；这些微孔形成气流通道。该防水透气膜透气性好。

Description

防水透气膜及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种防水透气膜及其生产方法，特别涉及一种服装用防水透气膜及其生产方法。

背景技术

防水透气膜，又称作呼吸纸，是一种新型高分子防水材料。随着科学技术的发展，防水透气膜已经出现四代产品。第一代防水透气膜是指表面覆盖防水胶的纺织材料。利用防水胶的防水性能达到防水的目的。这种防水透气膜的透气性较弱。第二代防水透气膜是指聚氨酯薄膜(PU薄膜)。聚氨酯薄膜主要通过挤出、压延和吹塑等方法制成，然后经过特殊工艺与基底材料复合，形成防水透气膜。第二代防水透气膜也存在着透气性差的问题。第三代防水透气膜是指热塑性弹性体薄膜(TPU薄膜)。CN108556438A公开了一种透气防水游戏服装面料，包括表层的防水透气层、中间的抗菌保温层以及内层的吸湿透气层，所述的防水透气层为热塑性聚氨基甲酸酯与乙烯-醋酸乙烯共聚物。第三代防水透气膜依然存在着透气性差的问题。第四代防水透气膜是指聚四氟乙烯(EPTFE)。它是较新一代的防水透气材料，是将膨体聚四氟乙烯经过双向拉伸而制备得到。CN208211551U公开了一种防水透气服装面料，包括纯棉基底层、涤棉纬弹布、竹炭纤维灭菌层、聚四氟乙烯防水透气膜、耐磨层等。聚四氟乙烯防水透气膜的机械强度较弱，单独使用无法满足服装用面料的机械强度，通常需要与传统机织面料或针织面料复合，这导致防水透气膜的克重较高，制备工序繁琐，造价昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供了防水透气膜，该防水透气膜的透气性好，进一步地，本发明的防水透气膜的机械强度高。本发明的另一个目的在于提供了上述防水透气膜的生产方法，其工艺简单，适于工业化生产。采用如下技术方案实现上述目的。

一方面，本发明提供一种防水透气膜，包括颗粒物和相互叠加的缎带式纤维；所述颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径分布为0.1～3.0μm的微孔；这些微孔形成气流通道。

根据本发明的防水透气膜，优选地，所述颗粒物的D₉₀为0.1～3μm。

根据本发明的防水透气膜，优选地，所述的缎带式纤维的厚度为0.2～3μm，且宽度为2～30μm。

根据本发明的防水透气膜，优选地，所述的颗粒物选自二氧化钛、二氧化硅、硅粉、碳粉、玻璃、石英、陶瓷、氧化铝、硫化锌、硅酸盐、碳酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、壳聚糖、尼龙6、聚乙烯醇中的一种或多种。

根据本发明的防水透气膜，优选地，所述的缎带式纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种。

根据本发明的防水透气膜，优选地，所述的防水透气膜的克重为40～100g/m²，且所述的颗粒物在防水透气膜中的含量为0.1～20g/m²。

另一方面，本发明提供上述防水透气膜的生产方法，包括如下步骤：

将纺丝液形成初生纤维；

将含有颗粒物的溶液喷洒在所述的初生纤维上，得到附着有颗粒物的初生纤维；

将附着有颗粒物的初生纤维沉积在铺网转移系统上以使得初生纤维形成缎带式纤维；所述颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径分布为0.1～3.0μm的微孔，这些微孔形成气流通道。

根据本发明的生产方法，优选地，含有颗粒物的溶液中还包括表面活性剂，其选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基苯磺酸钠、肝胆酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、季铵盐中的一种或多种。

根据本发明的生产方法，优选地，含有颗粒物的溶液以气溶胶的形式喷洒在初生纤维上。

根据本发明的生产方法，优选地，将纺丝液采用闪蒸法或纺粘法形成初生纤维。

本发明的防水透气膜中，颗粒物与相互叠加的缎带式纤维交错排布，从而在缎带式纤维的叠加截面上形成微孔，微孔可以形成更多的气流通道，从而增加防水透气膜的透气性。根据本发明的优选技术方案，本发明的防水透气膜具有良好的机械性能。

附图说明

图1为本发明的防水透气膜的结构示意图；

图2为本发明实施例1制得的防水透气膜的电子显微镜照片；

附图标记说明如下：

1-缎带式纤维；2-颗粒物；3-气流通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明中的D₉₀表示样品的累计粒度分布数达到90％时所对应的粒径。

本发明中的“附着”表示二者之间具有较大的结合力，颗粒物不会容易地从缎带式纤维的表面脱落。

本发明的“初生纤维”表示纺丝液从喷丝孔喷出之后，尚未凝固为成型纤维的一种纤维状态。

<防水透气膜>

本发明的防水透气膜包括颗粒物和相互叠加的缎带式纤维。颗粒物与缎带式纤维交错排布，使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布。在缎带式纤维叠加的截面上形成微孔，这些微孔可以在缎带式纤维之间形成更多的气流通道。微孔可以称为孔洞。孔径分布可以为0.1～3.0μm，优选为0.1～2.0μm，更优选为0.5～2.0μm。这样可以兼顾透气性和机械性能。这些微孔比轻雾直径(20μm)小得多，但远大于水蒸气的直径(0.0004μm)。因此，水蒸气可透过，但水由于表面张力的阻抗而不能通过，从而形成理想的服装用“防水透气膜”。孔径分布(pore size distribution)是指材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。本发明并未严格限定微孔的孔径分布，只要大部分微孔的孔径在上述范围即可。举例来说，至少50vol％的微孔的孔径处于上述范围；优选地，至少60vol％的微孔的孔径处于上述范围；更优选地，至少90vol％的微孔的孔径处于上述范围。

本发明的防水透气膜具有良好的透气性能，可以应用于服饰领域。本发明所述的服饰包括但不限于衣服、鞋帽、袜子、手套、围巾、领带等。

缎带表示宽度显著大于厚度的物体，因而缎带式纤维不同于通常的横截面为圆形的纤维。缎带式纤维的横截面的宽度显著大于厚度。这样的纤维可以通过闪蒸法，纺粘法等工艺获得。

在本发明中，所述的颗粒物的D₉₀为0.1～3μm。优选地，颗粒物的D₉₀为0.5～2μm。更优选地，颗粒物的D₉₀为1～2μm。本发明中的颗粒物可以通过旋风离子分离装置筛选。这样可以增强防水透气膜的透气性。以二氧化硅微米粒子为例，将粒径分布为1～50um的二氧化硅粒子用载气分散，通过粒子尺寸分离器，筛选得到粒径分布在0.1～3μm的二氧化硅微米粒子。粒子尺寸分离器可以是带有一定孔径的筛网，也可以是旋风粒子分离装置。

在缎带式纤维叠加的截面的微孔在缎带式纤维之间形成更多的气流通道。这样可以增强防水透气膜的透气性。本发明的缎带式纤维的厚度可以为0.2～3μm。优选地，缎带式纤维的厚度为0.5～2μm。更优选地，缎带式纤维的厚度为0.5～1.5μm。本发明的缎带式纤维的宽度可以为2～30μm。优选地，缎带式纤维的宽度为5～20μm。更优选地，缎带式纤维的宽度为10～15μm。这样可以保证防水透气膜的透气性和机械强度。根据本发明的一个实施方式，所述的缎带式纤维的厚度为1.25～1.5μm，且宽度为12～15μm。根据本发明另一个具体的实施方式，所述的缎带式纤维的厚度为2μm，且宽度为25μm。在本发明中，缎带式纤维可以选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种。优选地，缎带式纤维选自聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种。更优选地，缎带式纤维为聚乙烯纤维。这些纤维材料可以保证防水透气膜的透气性和机械性能。

本发明中的颗粒物表示任意可以附着于纤维上的颗粒物。所述的颗粒物可以选自无机颗粒物或有机颗粒物中的至少一种。所述的无机颗粒物可以选自二氧化钛、二氧化硅、硅粉、碳粉、玻璃、石英、陶瓷、氧化铝、硫化锌、硅酸盐、碳酸盐中的一种或多种。所述的硅酸盐可以为硅酸钙、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钠。所述的碳酸盐可以为碳酸钙、碳酸镁。所述的有机颗粒物可以选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、壳聚糖、尼龙6、聚乙烯醇中的一种或多种。优选地，所述的颗粒物选自二氧化钛、二氧化硅、硅粉中的一种或多种。更优选地，所述的颗粒物为二氧化硅。这样可以更好地使缎带式纤维和颗粒物附着在一起。

本发明的防水透气膜的克重为40～100g/m²。优选地，防水透气膜的克重为50～85g/m²。更优选地，防水透气膜的克重为55～75g/m²。这样可以保证防水透气膜的机械强度。

在本发明中，颗粒物在防水透气膜中的含量为0.1～20g/m²。优选地，颗粒物在防水透气膜中的含量为0.3～10g/m²。更优选地，颗粒物在防水透气膜中的含量为0.5～5g/m²。这样可以兼顾防水透气膜的透气性和机械性能。

本发明的防水透气膜的孔隙率为50～85％，优选为55～80％，更优选为60～75％。这样可以保证防水透气膜的透气性和机械性能。孔隙率是指缎带式纤维蓬松分布所形成的间隙的体积与防水透气膜体积的比值。

<制备方法>

本发明的防水透气膜的制备方法包括如下步骤：将纺丝液形成初生纤维，将含有颗粒物的溶液喷洒在初生纤维上，得到附着有颗粒物的初生纤维，将附着有颗粒物的初生纤维沉积在铺网转移系统上，得到防水透气膜。具体地，将附着有颗粒物的初生纤维沉积在铺网转移系统上以使得初生纤维形成缎带式纤维；所述颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径为0.1～3.0μm的微孔，这些微孔形成气流通道。孔径分布可以为0.1～3.0μm，优选为0.1～2.0μm，更优选为0.5～2.0μm。这样可以兼顾透气性和机械性能。

在本发明的纺丝液中，成纤聚合物可以选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚中的一种或多种，优选为聚苯硫醚或聚乙烯，更优选为聚乙烯。根据本发明一个具体的实施方式，成纤聚合物为线性聚乙烯。在本发明的纺丝液中，溶剂可以为二氯甲烷、二氯乙烷、正戊烷、氟二氯甲烷、氟三氯甲烷或正己烷中的一种或多种；优选为二氯甲烷或二氯乙烷。纺丝液中的成纤聚合物浓度可以为5～25wt％，优选为8～20wt％，更优选为10～15wt％。这样有利于颗粒物附着在纤维上。根据本发明的一个实施方式，纺丝液为线性聚乙烯浓度为5～25wt％的二氯甲烷溶液。这样有利于颗粒物的附着于纤维上。

将颗粒物、溶剂和表面活性剂混合均匀，得到含有颗粒物的溶液。颗粒物、溶剂和表面活性剂的混合顺序并没有特殊的限制。可以先将颗粒物和溶剂混合，再和表面活性剂混合；也可以先将颗粒物和表面活性剂混合，再和溶剂混合；还可以将颗粒物、溶剂和表面活性剂一起混合。

在本发明的含有颗粒物的溶液中，颗粒物的D₉₀为0.1～3μm；优选为0.5～2μm；更优选为1～2μm。本发明中的颗粒物可以通过旋风离子分离装置筛选。在本发明的含有颗粒物的溶液中，颗粒物的含量可以为0.1～20wt％。优选地，颗粒物的含量为0.5～10wt％。更优选地，颗粒物的含量为2～5wt％。这样既可以增强防水透气膜的透气性，又保证防水透气膜的机械强度。

在本发明的含有颗粒物的溶液中，溶剂可以为醇和/或水。所述的醇可以选自甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或多种。优选地，所述的溶剂为乙醇、水、或乙醇和水的混合液。更优选地，所述的溶剂为乙醇和水的混合液。乙醇和水的混合液中，乙醇和水的体积比可以为1～0.01:100。优选地，乙醇和水的体积比为1～0.1:10。更优选地，乙醇和水的体积比为1～1:5。这样有利于颗粒物的分散及其在纤维上的附着。

在本发明的含有颗粒物的溶液中，表面活性剂可以选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基苯磺酸钠、肝胆酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、季铵盐中的一种或多种。所述的季铵盐可以选自烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、吡啶鎓盐中的一种或多种。优选地，表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。更优选地，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。表面活性剂的用量为常规用量，在此不再赘述。这样有利于颗粒物的分散及其在纤维上的附着。

将纺丝液通过闪蒸法或纺粘法形成初生纤维。优选地，本发明的初生纤维由闪蒸法制备得到。

含有颗粒物的溶液可以以气溶胶的形式喷洒在初生纤维上。根据本发明的一个实施方式，利用雾化装置将含有颗粒物的溶液雾化，并在载气的作用下，从添加器出口喷出，与热空气混合并干燥，得到分散较好的气溶胶。将气溶胶的喷口置于冷却纺丝区，在纤维冷却的过程中，颗粒物与纤维结合，附着在纤维上，并在纺丝气流的引导下，随同纤维一起沉积在铺网转移系统中，形成防水透气膜。

以下实施例和比较例的测试方法说明如下：

克重：采用GB/T 24218.1-2009进行测定。

径向拉伸强度：采用GB/T 24218.3-2010进行测定。

纬向拉伸强度：采用GB/T 24218.3-2010进行测试。

撕裂强度：采用GB/T 3917.3-2009进行测试。

厚度：采用EN 20534进行测定。

密度：根据克重和厚度数据计算得出。

孔隙率：根据织物密度与原料密度计算得出。

水蒸气透过量：采用ASTM F 1249进行测试。

可承受的最大静水压：根据AATCC TM 127进行测试。

实施例1

将D₉₀为2μm的二氧化硅颗粒分散在乙醇和水的混合溶液中(乙醇与水的体积比为1:3)，加入聚乙烯吡咯烷酮，超声分散，得到二氧化硅颗粒溶液(二氧化硅含量为2wt％，聚乙烯吡咯烷酮含量为0.1wt％)。

将线性聚乙烯与二氯甲烷形成线性聚乙烯浓度为10wt％的聚乙烯纺丝液。采用闪蒸法将聚乙烯纺丝液形成初生纤维，将二氧化硅颗粒溶液形成气溶胶，喷洒在初生纤维的表面，冷却过程形成附着有二氧化硅颗粒的初生纤维，将附着有二氧化硅颗粒的初生纤维沉积在铺网转移系统上，得到防水透气膜。初生纤维形成缎带式纤维(厚度为1.5μm，宽度为15μm)，缎带式纤维相互叠加。颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径分布为0.1～2.0μm的微孔，这些微孔形成气流通道。防水透气膜的各项性能如表4和表5所示。

图1为本发明的防水透气膜的结构示意图。缎带式纤维1相互叠加，且与颗粒物2(本实施例为二氧化硅颗粒)交错排布。缎带式纤维1在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维1叠加的截面上形成微孔，这些微孔形成气流通道3。图2为实施例1制得的防水透气膜的电子显微镜照片。

实施例2～4

除了二氧化硅颗粒D₉₀和微孔的孔径分布如表1所示，其余参数同实施例1。防水透气膜的各项性能如表4和表5所示。

表1

实施例5～7

除了缎带式纤维的厚度和宽度如表2所示，其余参数同实施例1。防水透气膜的各项性能如表4和表5所示。

表2

编号	实施例5	实施例6	实施例7
				厚度(μm)	1.7	1	1.2
宽度(μm)	20	18	15

实施例8～10

除了二氧化硅颗粒溶液中二氧化硅的含量如表3所示，其余参数同实施例1。防水透气膜的各项性能如表4和表5所示。

表3

比较例

将线性聚乙烯与二氯甲烷形成线性聚乙烯浓度为10wt％的聚乙烯纺丝液。采用闪蒸法将聚乙烯纺丝液形成初生纤维，将初生纤维沉积在铺网转移系统上，得到聚乙烯无纺布。聚乙烯无纺布中缎带式纤维相互叠加，缎带式纤维的厚度为1.5μm，宽度为10μm。防水透气膜的各项性能如表4和表5所示。

表4

表5

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种防水透气膜，其特征在于，包括颗粒物和相互叠加的缎带式纤维；所述颗粒物与缎带式纤维交错排布，从而使缎带式纤维在防水透气膜厚度方向上蓬松分布，且在缎带式纤维叠加的截面上形成孔径分布为0.1～3.0μm的微孔；这些微孔形成气流通道。

2.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，所述颗粒物的D₉₀为0.1～3μm。

3.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，所述的缎带式纤维的厚度为0.2～3μm，且宽度为2～30μm。

4.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，所述的颗粒物选自二氧化钛、二氧化硅、硅粉、碳粉、玻璃、石英、陶瓷、氧化铝、硫化锌、硅酸盐、碳酸盐、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、壳聚糖、尼龙6、聚乙烯醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，所述的缎带式纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的防水透气膜，其特征在于，所述的防水透气膜的克重为40～100g/m²，且所述的颗粒物在防水透气膜中的含量为0.1～20g/m²。

7.根据权利要求1～6任一项所述的防水透气膜的生产方法，其特征在于：

将纺丝液形成初生纤维；

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，含有颗粒物的溶液中还包括表面活性剂，其选自聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、十二烷基苯磺酸钠、肝胆酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、季铵盐中的一种或多种。

9.根据权利要求7～8任一项所述的生产方法，其特征在于，含有颗粒物的溶液以气溶胶的形式喷洒在初生纤维上。

10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，将纺丝液采用闪蒸法或纺粘法形成初生纤维。