CN113799465A - 透湿薄膜复合材料以及制备方法 - Google Patents

透湿薄膜复合材料以及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透湿薄膜复合材料及制备方法，包括至少一层无纺布层和透湿层，透湿层和所述无纺布相互粘合；透湿层的材料包括TPEE、粘合剂和其他助剂，其中，TPEE的含量为88wt％‑95wt％，粘合剂的含量为2wt％‑4wt％，其他助剂的含量为0wt％‑10wt％。本发明透湿薄膜复合材料具有多层结构，由无纺布层和透湿层组成，两者一起构成层状结构薄膜复合材料，透湿层在无纺布表面形成一层薄膜。进一步地，透湿层中主要包含TPEE材料，TPEE材料具有无孔质亲水官能基，可以带走人体汗气、阻隔液体，无纺布具有很好的抗液性和表面强度，这样湿薄膜复合材料具有一定表面的强度的同时兼具良好的透湿性。

Description

透湿薄膜复合材料以及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种透湿薄膜复合材料以及制备方法。
背景技术
近年来随着工业技术发展和人民生活水平的提升，市场对透湿防水材料(服装鞋帽及户外用品)防护需求日渐提升，具有吸湿性透气性触感等特性材料广受青睐。
防水透湿织物(Waterproof&Moisture Permeable Fabric)，所谓织物的防水透湿性能，是指织物在一定压力的水的作用下不被水渗透，而人体散发的汗液蒸气却能通过织物扩散或传递到外界。人体1mL汗水约为2300万个水分子，众多的水分子从人体产生出来后，如果不从衣物中排除，会聚集在人体皮肤表面附近，汗气液化会向人体传送热量，此时，人体会很容易感到闷热，冷湿不适。
目前，市场上存在着拒水整理高密织物、层压复合织物和涂层织物三大类可呼吸性织物。由于高密织物生产工艺复杂、成本高昂且防水透湿性能不太理想。另一类就是涂层织物，这类可呼吸性织物虽然工艺简单、成本低廉，但是防水透湿性能差强人意。以PTFE多孔膜为代表的层压复合防水透湿织物可以把防水和透湿有机结合起来，可实现真正意义上的呼吸透气织物性能，虽然现有技术公开的这种PTFE多孔膜为代表的防水透湿织物具有较好的防水透湿性能，但由其制备需要特殊的双向拉伸设备，工艺复杂，产品加工难度大、成本高、产品价格昂贵，在很大程度上限制了其推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种透湿薄膜复合材料以及制备方法及其制备方法，以解决现有的薄膜透湿率低的问题。
为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种透湿薄膜复合材料，其特征在于，包括至少一层无纺布层和透湿层，所述透湿层和所述无纺布相互粘合；所述透湿层的材料包括TPEE、粘合剂和其他助剂，其中，所述TPEE的含量为88wt％-95wt％，所述粘合剂的含量为2wt％-4wt％，所述其他助剂的含量为0wt％-10wt％。
本发明的另一方面，提供了一种透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，将所述透湿层热粘合在所述无纺布层上制备所述透湿薄膜复合材料。
实施本发明，能够得到以下有益效果：
本发明透湿薄膜复合材料具有多层结构，由无纺布层和透湿层组成，两者一起构成层状结构薄膜扶复合材料，透湿层在无纺布表面形成一层薄膜，当透湿薄膜复合材料接触到水汽时，由于透湿层具有良好的亲水性，水汽会很快进入到透湿层中，加上材料两边的气压差，水汽会穿过透湿层进入到空气中，这样透湿薄膜复合材料可以兼具无纺布良好的性能和透湿性能。进一步地，透湿层中主要包含TPEE材料，TPEE材料具有无孔质亲水官能基，可以带走人体汗气、阻隔液体，粘合剂可以将无纺布和透湿层粘合起来形成透湿薄膜复合材料，无纺布具有很好的抗液性和表面强度，这样湿薄膜复合材料具有一定表面的强度的同时兼具良好的透湿性。
本发明透湿薄膜复合材料的制备方法能够使得无纺布层和透湿层形成层状的透湿薄膜复合材料，这样形成的材料生产的防水透湿薄膜复合材料融合了纸张，薄膜，布匹等特点，具有耐磨损，耐老化，高强度，质量轻，平滑不易起毛，抗液体穿透，保温透湿等优点，其中，粘合的方式可以是热粘合，也可以外加粘合剂的方式将透湿层和无纺布粘合到一起。进一步采用热粘合的方式可以使其他助剂和TPEE在熔融状态下，分散均匀，以确保材料性能的稳定性。其制备工艺条件易控，机械化程度高、操作简单，并能保证稳定连续生产。
正是由于上述透湿薄膜复合材料具有优异的透湿性、抗液体性、表面强度高和可以稳定连续生产、易控且成熟的制备方法制备获得。可推广到在衣服、鞋帽等产品中使用。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
一方面，本发明实施例提供了一种透湿薄膜复合材料。本发明实施例包括至少一层无纺布层和透湿层，透湿层和无纺布相互粘合；透湿层的材料包括TPEE、粘合剂和其他助剂，其中，TPEE的含量为88wt％-95wt％，粘合剂的含量为2wt％-4wt％，其他助剂的含量为0wt％-10wt％。
在实施例中，本发明实施例透湿薄膜复合材料具有多层结构，由无纺布层和透湿层组成，两者一起构成层状结构薄膜扶复合材料，透湿层在无纺布表面形成一层薄膜，当透湿薄膜复合材料接触到水汽时，由于透湿层具有良好的亲水性，水汽会很快进入到透湿层中，加上材料两边的气压差，水汽会穿过透湿层进入到空气中，这样透湿薄膜复合材料可以兼具无纺布良好的性能和透湿性能。进一步地，透湿层中主要包含TPEE的材料，TPEE材料具有无孔质亲水官能基，可以带走人体汗气、阻隔液体，粘合剂可以将无纺布和透湿层粘合起来形成透湿薄膜复合材料，无纺布具有很好的抗液性和表面强度，这样湿薄膜复合材料具有一定表面的强度的同时兼具良好的透湿性。
在进一步实施例中,无纺布层为PP无纺布层，PP纺粘无纺布产量大成本低，进而节约成本。
在实施例中，透湿层的孔径直接小于0.001um，这种孔径直径的大小，确保了水汽能通过透湿层，而液体不能通过，使透湿薄膜复合材料具有透湿性的同时兼具抗液性。
在实施例中，无纺布的层数为两层，两层无纺布相对设置，透湿层设置在两层无纺布的中间，这样形成透湿薄膜复合材料两面都具有无纺布耐磨性、阻隔性、无毒、抗菌、耐腐蚀性、防水性能、高水平的拉伸度和撕裂强度的性能，这样整体形成的材料，具有更加优良的性能，例如避免了透湿层和外部物质的直接接触，减少了透湿层不必要的损坏，对保护层起到了一定的保护作用，另一面这样的透湿薄膜两面都能使用，可以便于使用，例如可以用来制作服装鞋帽及户外用品。另外，无纺布价格便宜，有利于节约成本。
在实施例中，透湿层的材料还包括其他助剂，例如降温母粒、抗氧剂或弹性体，其中，透湿层中加入降温母粒，降温母粒可以降低TPEE在热环境中的分解率，保证TPEE的透湿性，抗氧剂可以延缓或抑制聚合物氧化过程，从而阻止透湿薄膜的老化并延长其使用寿命，弹性原料可以改变膜的硬性，使得膜的韧性更好。
具体实施例中，降温母粒在透湿薄膜复合材料中的含量为2wt％-7wt％时，可以明显减低TPEE的分解率，确保透湿薄膜复合材料的透湿性能，弹性原料在透湿薄膜复合材料中的含量为1wt％-4wt％时，透湿薄膜复合材料整体表现柔软的性能，抗氧剂在透湿薄膜复合材料中含量为1wt％-3wt％时，可以延长其使用寿命。
因此，上述透湿薄膜复合材料的制备方法能够使得无纺布层和透湿层形成层状的透湿薄膜复合材料，由无纺布层和透湿层组成，两者一起构成层状结构薄膜扶复合材料，透湿层在无纺布表面形成一层薄膜，透湿层中主要包含TPEE的材料，TPEE材料具有无孔质亲水官能基，可以带走人体汗气、阻隔液体，粘合剂可以将无纺布和透湿层粘合起来形成透湿薄膜复合材料，无纺布具有很好的抗液性和表面强度，这样湿薄膜复合材料具有一定表面的强度的同时兼具良好的透湿性。
另一方面，本实施例提供了一种透湿薄膜复合材料的制备方法，包括：将透湿层粘合在无纺布层上制备透湿薄膜复合材料，这样形成的材料生产的防水透湿薄膜复合材料融合了纸张，薄膜，布匹等特点，具有耐磨损，耐老化，高强度，质量轻，平滑不易起毛，抗液体穿透，保温透湿等优点，其中，粘合的方式可以是热粘合，也可以外加粘合剂的方式将透湿层和无纺布粘合到一起。
在实施例中，将透湿层粘合在无纺布层上制备透湿薄膜复合材料的具体步骤包括：
S1、制备透湿层的延流膜；
S2、对无纺布层和延流膜进行辊压粘合；
S3、冷却形成透湿薄膜复合材料。
在实施例中，步骤S1具体步骤包括：按照透湿层的材料所含的成分称重，将各成分原料混合并进行塑炼和出膜处理，最后得到延流膜。具体地，按照透湿层的材料所含的成分称重，热烘干后，加入到料斗中，再通过吸料系统把混合料吸到挤出机，通过加热熔融挤压进入到模头中出膜得到延流膜。挤出机选用螺杆挤出机，原料进入螺杆挤出机之前的吸料装置里也要具有加热烘干功能，以保证接下来淋膜生产连续稳定，另外，螺杆挤出机各区(1区～5区)温度控制在182℃～256℃范围内，通过吸料系统把混合料吸到螺杆挤出机，通过螺杆挤出机的高温原料熔融成流体，可以使TPEE、粘合剂和其他试剂充分混合均匀。筛选过程选用过滤器进行，其中，过滤器的温度控制在245℃～265℃范围内，过滤器的过滤目数为100目，通过过滤器的过滤网对熔融的熔体进行过滤，除去熔体里的杂质以便更能顺畅的成膜。
在进一步实施例中，在制备透湿层的延流膜之前，还需要对原料TPEE事先进行加热烘干，在100℃～130℃的条件下，对原料TPEE烘干2小时以上。
在进一步实施例中，还包括对无纺布层的预处理：在至少一个工位上放置无纺布层，对无纺布层放卷、张力控制后，再对无纺布层的淋膜面进行磨毛处理，最后进行预热处理，其中，预热温度在50～70℃范围内。具体地，在电压50KV下，用电晕机处理无纺布层，使无纺布层起毛，以确保无纺布和透湿层粘合地加牢固，对第无纺布层传送进预热辊进行预热处理，其中，预热辊生产线速度40m/mi n，预热辊温度为50℃～70℃。
在进一步实施例中，将预热过的无纺布层和延流膜传送到两压辊间进行热粘合处理，其两辊分别为：原始的无纺布层进入的方向一边为常温辊，处理后的无纺布层和延流膜热粘合后出布方向的一边为冷却辊，进而冷却形成复合材料，其中，冷却辊的温度为18℃～25℃，两辊的粘合气压力为0.4～0.7Mpa。
因此，上述透湿薄膜复合材料的制备方法能够使得无纺布层和透湿层形成层状的透湿薄膜复合材料，这样形成的材料生产的防水透湿薄膜复合材料融合了纸张，薄膜，布匹等特点，具有耐磨损，耐老化，高强度，质量轻，平滑不易起毛，抗液体穿透，保温透湿等优点，其中，粘合的方式可以是热粘合，也可以外加粘合剂的方式将透湿层和无纺布粘合到一起。进一步采用热粘合的方式可以使其他助剂和TPEE在熔融状态下，分散均匀，以确保材料性能的稳定性。其制备工艺条件易控，可机械生产、产率高。
正是由于上述透湿薄膜复合材料具有优异的透湿性、抗液体性、表面强度高和可以稳定连续生产、易控且成熟的制备方法制备获得。因此，该透湿薄膜复合材料可推广到在衣服、鞋帽等产品中使用。
实施例1
无纺布层设有两层，且相对设置，透湿层粘合在两层无纺布层的中间，透湿层具体配方包括95wt％TPEE、4wt％粘合剂和1wt％降温母粒。
实施例2
无纺布层设有两层，且相对设置，透湿层粘合在两层无纺布层的中间，透湿层具体配方包括88wt％TPEE、4wt％粘合剂、1wt％降温母粒和7wt％弹性原料。
实施例3
无纺布层设有两层，且相对设置，透湿层粘合在两层所述无纺布层的中间，透湿层具体配方88wt％TPEE，4wt％粘合剂，4wt％降温母粒，4wt％弹性原料。
实施例4
无纺布层设有两层，且相对设置，透湿层粘合在两层无纺布层的中间，透湿层具体配方TPEE的含量为90wt％，粘合剂的含量为2wt％，降温母粒1wt％，弹性原料4wt％，抗氧剂3wt％。
实施例5
无纺布层设有两层，且相对设置，透湿层粘合在两层无纺布层的中间，透湿层具体配方TPEE的含量为88wt％，粘合剂的含量为4wt％，降温母粒的含量为4wt％，弹性原料的含量为4wt％。
对照例1-4
对照例1-4选取的材料为不同种厂家提供的无纺布三层淋膜材料。
按照实施例1-5的配方，用上述的方法制备三层淋膜，将得到的三层淋膜和对照例1-4的三层淋膜进行性能测试，并进行对比。
(1)透湿度以及透湿膜阻隔性测试
参考ANSI/AAMI PBFO标准，其中，根据标准AATCC127进行静小压测试，根据标准ASTM E96进行透湿度测试，根据标准ASTM F1670进行血液穿透测试，根据标准ASTM F1671进行病毒穿透测试。测试结果，请参见表1所示。
表1
编号 克重g/m<sup>2</sup> 静水压mmH<sub>2</sub>O 透湿量g/m<sup>2</sup>.24h 血液穿透 病毒穿透
对照例1 60 1500 1200 pass pass
对照例2 60 1500 1200 pass pass
对照例3 60 1500 1200 pass pass
对照例4 58 1600 1200 pass pass
实施例1 58 1450 1900 pass pass
实施例2 58 1600 1800 pass pass
实施例3 59 1500 2000 pass pass
实施例4 59 1500 2000 pass pass
实施例5 59 1600 1950 pass pass
其中，实施例1-5的克重达到59g/m2，静水压可以达到1500mmH2O，透湿量可以达到2000g/m2.24h，和对照例1-4相比，表现出了非常良好的透湿性能，另外，实施例4比实施例1、实施例2、实施例3以及实施例5表现出了更好的透湿性能，因此，对于本发明而言，透湿层具体配方TPEE的含量为88wt％，粘合剂的含量为4wt％，降温母粒的含量为4wt％，弹性原料的含量为4wt％为最优技术方案。
(2)贴合强度测试
按照实施例3的配方，采用实施例6的方法，制备成三层淋膜。性能测试参考ASTMD903标准，测试结果，请参见表2所示。
表2
测试项目 单位 标准值 测试值 测试方法
纵向拉伸强力 N/50mm ＞3 5.3 ASTM D903
横向拉伸强力 N/50mm ＞3 10.4 ASTM D903
纵向断裂伸长率 ％ ＞50 84.3 ASTM D903
横向断裂伸长率 ％ ＞60 112.7 ASTM D903
其中，透湿层具体配方为TPEE的含量为88wt％，粘合剂的含量为4wt％，降温母粒的含量为4wt％，弹性原料的含量为4wt％时，纵向拉伸强力为5.3N/50mm大于标准35.3N/50m，横向拉伸强力为10.4N/50m大于标准3N/50m，纵向断裂伸长率为84.3％大于标准50％，横向断裂伸长率为112.7％大于标准60％，符合ASTM D903标准要求，这也说明了两层无纺布层和TPEE透湿层粘合性良好。
(3)耐优化性测试
以标准ISO6530进行液体化学物质穿透测试，请参见表3所示。
表3
Figure BDA0003207931640000091
其中，透湿层具体配方为TPEE的含量为88wt％，粘合剂的含量为4wt％，降温母粒的含量为4wt％，弹性原料的含量为4wt％时，纵向拉伸强力为5.3N/50mm大于标准值35.3N/50m，抗液体渗透(纵向10％氢氧化钠)为0，抗液体渗透(横向10％氢氧化钠)为0小于标准值，符合标准ISO6530要求，这也说明了两层无纺布层和TPEE透湿层抗液体渗透性良好。
另外，抗液体渗透(纵向30％硫酸)为0小于标准值，抗液体渗透(横向30％硫酸)为0小于标准值，抗液体性能(纵向10％氢氧化钠)为97.2大于标准值90，抗液体性能(横向10％氢氧化钠)为96.3大于标准值90，抗液体性能(纵向30％硫酸)为96.3大于标准值90，抗液体性能(横向30％硫酸)为96.8大于标准值，符合标准ISO6530要求，同时这也说明了两层无纺布层和TPEE透湿层抗液体性能良好。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透湿薄膜复合材料，其特征在于，包括至少一层无纺布层和透湿层，所述透湿层和所述无纺布相互粘合；所述透湿层的材料包括TPEE、粘合剂和其他助剂，其中，所述TPEE的含量为88wt％-95wt％，所述粘合剂的含量为2wt％-4wt％，所述其他助剂的含量为0wt％-10wt％。
2.根据权利要求1所述的透湿薄膜复合材料，其特征在于，所述其他助剂包括降温母粒、抗氧剂或弹性体中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的透湿薄膜复合材料，其特征在于，所述降温母粒在所述透湿薄膜复合材料中的含量为2wt％-7wt％，所述弹性原料在所述透湿薄膜复合材料中的含量为1wt％-4wt％，所述抗氧剂在所述透湿薄膜复合材料中含量为0wt％-3wt％。
4.根据权利要求1所述的透湿薄膜复合材料，其特征在于，所述无纺布层设有两层，且相对设置，所述透湿层粘合在两层所述无纺布层的中间。
5.根据权利要求1所述的透湿薄膜复合材料，其特征在于，所述透湿层的孔径直径小于0.001μm。
6.一种根据权利要求1-5任一所述的透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，将所述透湿层粘合在所述无纺布层上制备所述透湿薄膜复合材料。
7.根据权利要求6所述的透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，将所述透湿层热粘合在所述无纺布层上的方法包括如下步骤：
制备所述透湿层的延流膜，对所述无纺布层和所述延流膜进行辊压粘合，冷却形成所述透湿薄膜复合材料。
8.根据权利要求7所述的透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述透湿层延流膜具体步骤包括：按照所述透湿层的材料所含的成分称重，将各成分原料混合并进行塑炼和出膜处理，最后得到延流膜。
9.根据权利要求6所述的透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述无纺布层的预处理：在至少一个工位上放置所述无纺布层，对所述无纺布放卷、张力控制后，再对所述无纺布层的淋膜面进行磨毛处理，最后进行预热处理，所述预热温度在50～70℃范围内。
10.根据权利要求9所述透湿薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，还包括对所述TPEE的预处理，在100℃～130℃的条件下，对所述TPEE进行预热并烘干2小时以上。
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