CN115044093A - 一种多孔透湿膜及其制备方法、应用 - Google Patents

一种多孔透湿膜及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于透湿膜材料的制备和应用技术领域，本发明提供了一种多孔透湿膜及其制备方法、应用，该方法包括：通过嵌入式超细喷雾方式，将聚乙二醇微滴嵌入到水性聚氨酯浆料中，并喷雾于膜接收离型基底上，熟化形成复合膜；将所述复合膜水洗使所述聚乙二醇溶出，得到具有微多孔结构的多孔透湿膜。本发明得到的多孔透湿膜具有良好的强度等，生产效率较高。同时，本发明所述的多孔膜成分中不含有氟化物，更符合环保技术方向，可以有效取代PTFE膜等。

Description

一种多孔透湿膜及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于透湿膜材料的制备和应用技术领域，特别涉及一种服装用防水透湿膜的制备和应用，也就是涉及一种多孔透湿膜及其制备方法、应用。
背景技术
用于服装的纺织品材料，其防水透湿功能对于户外运动非常重要。传统防水透湿产品中，大部分通过两层或者三层贴合的加工方式获得，其具体结构包括：最外层(远离人体皮肤)为防水面料，中间为防水透湿膜层。另外也可以增加里层作为第三层，从而避免膜层与身体直接接触。中间层的防水透湿膜的主要作用有两个：一是耐水压，在一定的水压下，防止水分通过面料空隙往内层渗透；二是透湿，通过微多孔或者吸湿膨润方式，将人体产生的湿气从服装里层向外层导出，以保持舒适性。
目前，防水透湿膜主要有两种：一种是以TPU、TPE、PU等为代表的亲水膨润膜，其原理是通过其高吸湿传导作用，吸收内层高湿度的水汽，向湿度低的外层进行传导并在表面蒸发，从而达到导湿的效果。这类透湿膜的优点是制作简单、成本低；其不足主要是传导效率和性能有限，另外透气性较差，无法有效保证穿着的舒适性。另外一种是以Gore-tex(戈尔特斯)为代表的聚四氟乙烯类微多孔膜，该材料是美国W.L.Gore&Associates,Inc.(戈尔公司)研制的一种轻、薄、坚固和耐用的薄膜，具有防水、透气和防风功能。其原理主要是水汽可以直接从微孔中透过，达到高效导湿的效果。该膜防水透湿性能优异；其不足是成分中含氟化物，由于环保需求而逐步被禁止，整个行业都在开发其后时代的替代品。
因此，如何取代聚四氟乙烯膜(PTFE膜)而提供防水透湿的环保型微多孔膜，是行业内急需攻克的课题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种多孔透湿膜及其制备方法、应用，本发明制得的微多孔膜具有较好的防水透湿性能，而且不含有氟化物，更有利于环保，可以作为PTFE膜的有效取代方式，应用于服装面料等领域。
本发明提供一种多孔透湿膜的制备方法，包括以下步骤：
通过嵌入式超细喷雾方式，将聚乙二醇微滴嵌入到水性聚氨酯浆料中，并喷雾于膜接收离型基底上，熟化形成复合膜；
将所述复合膜水洗使所述聚乙二醇溶出，得到具有微多孔结构的多孔透湿膜。
本发明提供了一种环保型的微多孔膜及其制备方法和应用，其防水透湿等性能达到工艺要求，符合未来技术发展方向。
参见图1和图2，图1为本发明一些实施例中的喷雾装置示意图，主体显示多头连续多段喷头设备示意，左上为复合喷头截面示意；图2为工艺作用示意图。本发明实施例使用图1所示的喷雾装置进行嵌入式超细喷雾，其通过复合喷头，优选采用多段方式进行多孔膜的制备。
其中，所述复合喷头包括：数量占大部分的外层喷头和较少的内层喷头，所述外层喷头的喷嘴尺寸相对较大，位置偏上，用于喷水性聚氨酯(PU)浆料，喷雾粒径可为20～80微米；内层喷头的喷嘴尺寸较小、数量较少，其在本发明喷出聚乙二醇(PEG)微滴(如粒径10～40微米)，从而将PEG嵌入到水性PU浆料中。
在本发明的实施例中，所述聚乙二醇分子量为200～600，采用市售产品即可。本发明所涉及的水性聚氨酯浆料主要采用有机物挥发低的水性PU涂层浆料，比较环保；其含固量30wt％～50wt％，优选昂高公司的水性涂层PU
Figure BDA0003713261910000021
N5396。
本发明主要采用带有复合喷头的嵌入式喷雾方式，上述两种液态原料分别注入若干喷头，通过高频振动达到超声波雾化以及产生细小的液滴，用气流带动雾滴。在本发明的实施例中，所述嵌入式超细喷雾通过复合喷头进行，所述复合喷头以外层喷头喷出水性聚氨酯浆料，内层喷头喷出聚乙二醇微滴，使聚乙二醇微滴均匀分散在水性聚氨酯浆料体系中，并在膜接收离型基底上成膜，经过熟化，得到复合膜。
在本发明的实施例中，一般采用多头连续喷头设备(可由面料整理喷雾设备多头组合构成)，其下方为膜接收离型纸。本发明实施例所述的熟化具体包括：将喷雾成型的膜于150～170℃焙烘2～8分钟，得到复合膜。在本发明的实施例中，所述复合膜中聚乙二醇PEG质量百分含量为0.5％～5％，优选用量为1.5～3％，更优选为1.7～2.5％。
本发明实施例具体采用多段喷雾方式(非连续)，复合喷料控制质量百分比为PU95％～99.5％、PEG 0.5％～5％。根据膜厚度以及所需防水和透湿的性能需求可进行配比调节，如分三段，各段占比为：第一段32.5％PU和0.5％PEG，第二段33％PU和0.8％PEG，第三段32.8％PU和0.4％PEG。在本发明的实施例中，所述的喷雾工艺基本不受抽丝量的影响，可以根据需要提升效率，同时降低生产成本。并且，所述的超细喷雾没有明显的中心接受问题，可以改善膜的均匀性。
在本发明的实施例中，所述焙烘主要是加热交联，温度优选为150-170℃，时间为2-8min，具体视膜厚度、交联程度等进行调整，进一步优选160℃，3min。
得到复合膜后，本发明实施例通过水洗溶出所述聚乙二醇，得到具有微多孔结构的多孔透湿膜。在本发明的实施例中，所述水洗具体包括：将所述复合膜与织物基材贴合后用水洗涤，通过所述聚乙二醇溶出形成微多孔，得到多孔透湿膜。
所述水洗为过水洗将PEG置换出来形成微孔，水洗方式优选为平幅水洗，水的温度为30～50℃、洗涤1～10min，具体工艺根据膜的厚度、PEG用量、功能指标要求等调整。进一步地，优选水洗为40℃，水洗5min。在本发明的实施例中，所述水洗是将熟化好的膜与面料基材贴合完成，在40℃左右温水中，水洗3～10分钟，将膜中的PEG溶解出来，形成微孔通道，烘干即得。
本发明提供了如前所述的制备方法得到的多孔透湿膜，主体为PU材质，其微多孔呈垂直微球型蜂窝状，利于透湿效率。在本发明的实施例中，所述多孔透湿膜的孔径(微孔通道直径)为150～400nm，起到防水透湿的作用。一些实施例中，所述多孔透湿膜厚度为10微米-40微米，微多孔分布均匀性好。
并且，本发明还提供如前所述的多孔透湿膜在服装面料中的应用。
在本发明的实施例中，所述服装面料为含多孔透湿膜的双层或三层复合面料。例如，所述的多孔透湿膜在转移纸上生产，后续使用转移贴合方式与面料基材热熔贴合结合，形成双层或三层复合面料。此外，本发明对面料基材种类、结构并无特殊限制。
综上，本发明实施例结合嵌入式喷雾技术与水性PU透湿膜技术，在PU透湿浆中将PEG通过喷雾混入，进而使PU膜中形成微多孔，提升了PU膜的防水透湿性能。本发明得到的多孔透湿膜具有良好的强度等，生产效率较高。同时，本发明所述的多孔膜成分中不含有氟化物，更符合环保技术方向，可以有效取代PTFE膜等。
附图说明
图1为本发明一些实施例中的喷雾装置示意图；
图2为本发明一些实施例中的工艺作用示意图；
图3为实施例1中水洗前膜表面结构SEM图；
图4为实施例1中水洗后膜表面微多孔结构SEM图。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1
以下为厚度20μm微多孔高透PU膜的制备方法，膜中微多孔孔径平均约200纳米。
生产工艺流程：(PU喷料+PEG喷料)嵌入式超细喷雾—加热固化成膜—面料热熔贴合—水洗烘干—成品。
其中PU喷料+PEG喷料复合喷雾工艺分三段进行，各段浆料质量百分比分别为：第一段32.5％PU和0.5％PEG，第二段33％PU和0.8％PEG，第三段32.8％PU和0.4％PEG。PU喷雾工艺中，喷雾高度30cm，喷雾粒径30～80微米；PEG喷雾高度20cm，粒径10～20微米。
采用的PEG分子量300，PU浆料为昂高公司的水性涂层PU
Figure BDA0003713261910000051
N5396。喷雾成型后，170度3分钟烘干交联，得到复合膜；将所述复合膜于150度热熔贴合1层塔丝隆(由福建华宝公司提供的150D228条尼龙面料)，然后以40度平幅水洗5分钟，烘干，得到防水透湿面料。
图3是水洗前膜表面结构扫描电子显微镜(SEM)图，所述的面料中多孔透湿膜的形态如图4(标尺1μm)所示；微多孔结构分布均匀性好，呈颗粒状。将所述防水透湿面料进行性能测试，结果如下。可见，本发明该工艺可以在膜层形成良好的微多孔效果。另外，性能测试结果方面，该工艺主要指标达到中等防水透湿标准要求，强力良好。
表1实施例1性能测试结果
No 测试项目 测试标准 测试结果 标准要求
1 透湿量(g/m<sup>2</sup> 24h) GB/T 12704.1正杯 4540 2000
2 透湿量(g/m<sup>2</sup> 24h) GB/T 12704.1倒杯 8632 5000
3 耐水压(MM H<sub>2</sub>O) GB/T 4744 8300 3000
4 撕破强力(N) GB/T 3917.4 23 10
实施例2
以下为厚度10μm微多孔透湿膜的制备方法，膜中微多孔孔径平均约280纳米。
生产工艺流程：(PU喷料+PEG喷料)嵌入式超细喷雾—加热固化成膜—面料热熔贴合—水洗烘干—成品。
其中PU喷料+PEG喷料复合喷雾工艺分二段进行，各段工艺配料质量百分比分别为：第一段36.5％PU和1.5％PEG，第二段61％PU和1％PEG；PU喷雾工艺中，喷雾高度25cm，喷雾粒径30～80微米；PEG喷雾高度22cm，喷雾粒径为10～20微米。
采用的PEG分子量450，PU为昂高公司的水性涂层PU
Figure BDA0003713261910000052
N5396。喷雾成型后，150度4分钟烘干交联，得到复合膜；将所述复合膜于150度进行多层热熔贴合，外层为克重120g纯涤梭织平纹织物，中层为厚度10μm所述的微多孔膜，内层为克重25g经编网眼织物，然后以50度平幅水洗4分钟，烘干，得到防水透湿面料。
所述的面料中多孔透湿膜微多孔结构分布均匀性好，呈颗粒状。将所述防水透湿面料进行性能测试，结果如下：
表2实施例2性能测试结果
No 测试项目 测试标准 测试结果 标准要求
1 透湿量(g/m<sup>2</sup> 24h) GB/T 12704.1正杯 5836 2000
2 透湿量(g/m<sup>2</sup> 24h) GB/T 12704.1倒杯 9428 5000
3 耐水压(MM H<sub>2</sub>O) GB/T 4744 5200 3000
4 撕破强力(N) GB/T 3917.4 19 10
从电镜外观测试可以看出，该工艺可以在膜层形成良好的微多孔效果且膜的孔隙率比中透膜有明显提升；从性能测试结果方面，该工艺主要指标达到公司高等防水透湿标准要求。另外，随着PEG用量的加大，膜的耐水压能力会下降一些，加工过程中应注意。
由以上实施例可知，本发明实施例结合嵌入式喷雾技术与水性PU透湿膜技术，在PU透湿浆中将PEG通过喷雾混入，进而使PU膜中形成微多孔，提升了PU膜的防水透湿性能。本发明得到的多孔透湿膜具有良好的强度等，生产效率较高。同时，本发明所述的多孔膜成分中不含有氟化物，更符合环保技术方向，利于在服装面料中的应用。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多孔透湿膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过嵌入式超细喷雾方式，将聚乙二醇微滴嵌入到水性聚氨酯浆料中，并喷雾于膜接收离型基底上，熟化形成复合膜；
将所述复合膜水洗使所述聚乙二醇溶出，得到具有微多孔结构的多孔透湿膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇分子量为200～600，所述复合膜中聚乙二醇质量百分含量为0.5％～5％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述嵌入式超细喷雾通过复合喷头采用多段方式进行，所述复合喷头以外层喷头喷出水性聚氨酯浆料，内层喷头喷出聚乙二醇微滴。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熟化具体包括：将喷雾成型的膜于150～170℃焙烘2～8分钟，得到复合膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水洗具体包括：将所述复合膜与织物基材贴合后用水洗涤，通过所述聚乙二醇溶出形成微多孔，得到多孔透湿膜。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述用水洗涤的温度为30～50℃，时间为1～10分钟。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的多孔透湿膜，微多孔呈垂直微球型蜂窝状。
8.根据权利要求7所述的多孔透湿膜，其特征在于，所述多孔透湿膜的孔径为150～400nm。
9.如权利要求7或8所述的多孔透湿膜在服装面料中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述服装面料为含多孔透湿膜的双层或三层复合面料。
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