CN115122728A - 一种防水透气型面料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于印染纺织技术领域，具体涉及一种防水透气型面料及其制作方法。本发明研制的产品中，包括涤纶纤维基层，涂敷于涤纶纤维基层表面的TPU热熔胶层，涂敷于TPU热熔胶层表面的空心纳米二氧化硅微珠层，以及涂敷于空心纳米二氧化硅微珠层表面的PU/FPU/PVB纳米纤维层；在制作时，先于涤纶纤维基层表面通过静电纺丝形成所述TPU热熔胶层；将空心纳米二氧化硅微珠分散于溶剂中，随后涂于所述TPU热熔胶层表面，干燥以去除溶剂，以形成空心纳米二氧化硅微珠层；将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂溶于溶剂中，并加入纳米氧化石墨烯，得到纺丝液，再于所述空心纳米二氧化硅微珠层表面通过静电纺丝形成所述PU/FPU/PVB纳米纤维层；再经热压处理，即得产品。

Description

一种防水透气型面料及其制作方法
技术领域
本发明属于印染纺织技术领域。更具体地，涉及一种防水透气型面料及其制作方法。
背景技术
防水透气织物是指织物在服用过程中，水在一定压力下不渗透织物，而人体散发的汗气等却能透过织物传导到外界，保持人体干爽舒适。防水透气织物之所以能达到防水透气的目的，是利用了水滴直径大于水蒸气分子直径的原理。防水透气面料的透气机理主要是微孔扩散，即利用微孔直径很小(0.5～20μm)的高聚物，允许直径0.0004μm水汽分子通过而不允许直径为100～300μm及以上的水滴通过，从而起防水透气作用。采用表面孔径远小于水滴而又远大于水蒸气分子的织物制成的服装，既可以抵御风雨雪的潮湿和寒冷，又具备透气性，可以使人在运动中不至于过热或者潮湿，并且在停止运动后也不会感觉冰冷。
常见的防水透气面料大致可分为粘合薄膜织物、涂层织物、棉高密织物和超细纤维高密织物。其中，粘合薄膜和涂层织物具有良好的防水性能，但存在手感不佳、不宜干洗和耐用性差等问题，而且通常采用含氟防水剂进行整理，常常因达不到环保要求而受到限制；高密防水透气织物穿着舒适性良好，但耐水压较差，使用也受限。另外，上述4种防水透气面料有的织物织造工艺复杂，有的基布后期染整加工过程繁杂，这些都造成了加工成本的提高，也影响了此类面料的大面积推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有织物的防水透气性能一般，无法有效兼顾防水和透气性能的缺陷和不足，提供一种防水透气型面料及其制作方法。
本发明的目的是提供一种防水透气型面料。
本发明另一目的是提供一种防水透气型面料的制作方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种防水透气型面料，包括涤纶纤维基层，涂敷于所述涤纶纤维基层表面的TPU热熔胶层，涂敷于所述TPU热熔胶层表面的空心纳米二氧化硅微珠层，以及涂敷于所述空心纳米二氧化硅微珠层表面的PU/FPU/PVB纳米纤维层；
所述TPU热熔胶层和所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中，分散有纳米氧化石墨烯；
所述TPU热熔胶层中，所述纳米氧化石墨烯的添加量为所述TPU热熔胶层中树脂质量的5-10％；
所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中，所述纳米氧化石墨烯的添加量为所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中树脂质量的3-5％。
进一步的，所述空心纳米氧化硅微珠层中，包含空心纳米二氧化硅微珠，所述空心纳米二氧化硅微珠的破碎率为20-25％。
进一步的，所述空心纳米二氧化硅微珠表面接枝有硅烷偶联剂。
进一步的，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-570。
一种防水透气型面料的制备方法，具体制备步骤包括：
将TPU树脂溶于溶剂中，并加入纳米氧化石墨烯，得到纺丝液，再于所述涤纶纤维基层表面通过静电纺丝形成所述TPU热熔胶层；
将空心纳米二氧化硅微珠分散于溶剂中，随后涂于所述TPU热熔胶层表面，干燥以去除溶剂，以形成空心纳米二氧化硅微珠层；
将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂溶于溶剂中，并加入纳米氧化石墨烯，得到纺丝液，再于所述空心纳米二氧化硅微珠层表面通过静电纺丝形成所述PU/FPU/PVB纳米纤维层；
再经热压处理，即得产品。
进一步的，所述热压处理为，控制热压压力和热压温度，以控制所述空心纳米二氧化硅微珠层中，空心纳米二氧化硅微珠的破碎率为20-25％。
上述技术方案首先在涤纶纤维基层表面形成“三明治结构”的表层，其中，以空心纳米二氧化硅微珠层作为三明治结构的夹心层，如此，可以在TPU树脂和PVB树脂的粘合力作用下，使得夹心层中的二氧化硅微珠得到稳定的粘结，并且，其微珠的球形结构的堆积可以形成自然的透气通道，避免多层树脂层在相互交错的粘结过程中，过多的堵塞孔隙，导致透气性能下降；
另外，上述方案通过在树脂体系中引入氧化石墨烯，纳米氧化石墨烯，氧化石墨烯分子结构中，包括共轭区和边缘区，其共轭区带有羟基基团，边缘区也带有少量的羧基基团，两种极性基团和氧化石墨烯分子结构中的碳骨架形成了具有双亲性能的结构，在产品制备过程中，可以有效诱导TPU树脂或PU树脂、FPU树脂等形成连续的球形结构，并且由于氧化石墨烯的尺寸在纳米级，其诱导形成的树脂球形结构也趋近于纳米级，如此，可以在涤纶树脂表面形成纳米尺寸的类荷叶仿生结构，使得产品具有优异的防水性能；
进一步的，上述技术方案通过调控热压工艺参数，包括热压压力和热压温度，在热压过程中，一方面，有利于“三明治结构”与涤纶树脂基层之间，以及“三明治结构”的层与层之间，可以形成更为牢固的结合力，避免脱附；另一方面，在热压过程中，可以使得空心的纳米二氧化硅微珠破裂，并调控破碎率为20-25％，这是由于，虽然热压可以获得更为牢固的层与层的结合力，但是在热压过程中，层与层直接的结合容易导致孔隙堵塞，导致透气效果下降，而空心纳米二氧化硅微珠的碎裂，可以使得产品以其裂隙为气体扩散通路，弥补因为热压带来的孔隙损失，但是破碎率不可太高，否则将导致破碎后的碎渣重新分布后，再次堵塞孔隙，或者过小的碎渣扩散到表面，导致织物的穿着舒适感下降。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
按重量份数计，依次取20份TPU树脂(热塑性聚氨酯)，40份溶剂DMAc，50份溶剂丙酮，以及TPU树脂质量5％的纳米氧化石墨烯，先将TPU树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为55kHz进行超声分散30min，得TPU纺丝液；
按重量份数计，依次取40份PU树脂(聚氨酯)，10份FPU(含氟聚氨酯)，5份PVB树脂(聚乙烯醇缩丁醛)，60份溶剂DMAc，70份溶剂丙酮，以及PU树脂、FPU树脂和PVB树脂总质量3％的纳米氧化石墨烯，先将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为55kHz进行超声分散30min，得PU/FPU/PVB纺丝液；
按重量份数计，依次取20份空心纳米二氧化硅微珠，100份无水乙醇，3份硅烷偶联剂，混合分散后，加入3-5份质量分数为5％的氨水，随后用搅拌器以300r/min转速，搅拌反应30min，得空心纳米二氧化硅微珠分散液；
所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550；
选择厚度为80μm的涤纶纤维基层，于纺丝电压为25kV，接收距离为18cm，接受辊转速为110r/min，灌注速度为0.15mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以TPU纺丝液为纺丝液，于涤纶纤维基层表面静电纺丝形成厚度为10μm的TPU热熔胶层；
再将空心纳米二氧化硅微珠分散液涂覆于TPU热熔胶层表面，控制涂覆量为每平方30g分散液；待涂覆结束后，烘干去除溶剂，以在TPU热熔胶层表面形成空心纳米二氧化硅微珠层；
随后于纺丝电压为25kV，接收距离为20cm，接受辊转速为120r/min，灌注速度为0.15mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以PU/FPU/PVB纺丝液为纺丝液，于空心纳米二氧化硅微珠层表面静电纺丝形成厚度为20μm的PU/FPU/PVB纳米纤维层；
随后于温度为95℃，压力为0.25MPa条件下，热压3min，调控空心纳米二氧化硅微珠层中，空心纳米二氧化硅微珠破碎率为20％；待热压结束，出料，即得产品。
实施例2
按重量份数计，依次取25份TPU树脂(热塑性聚氨酯)，50份溶剂DMAc，55份溶剂丙酮，以及TPU树脂质量8％的纳米氧化石墨烯，先将TPU树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为65kHz进行超声分散40min，得TPU纺丝液；
按重量份数计，依次取45份PU树脂(聚氨酯)，11份FPU(含氟聚氨酯)，8份PVB树脂(聚乙烯醇缩丁醛)，70份溶剂DMAc，80份溶剂丙酮，以及PU树脂、FPU树脂和PVB树脂总质量4％的纳米氧化石墨烯，先将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为65kHz进行超声分散50min，得PU/FPU/PVB纺丝液；
按重量份数计，依次取25份空心纳米二氧化硅微珠，110份无水乙醇，4份硅烷偶联剂，混合分散后，加入4份质量分数为6％的氨水，随后用搅拌器以400r/min转速，搅拌反应50min，得空心纳米二氧化硅微珠分散液；
所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH-560；
选择厚度为90μm的涤纶纤维基层，于纺丝电压为25kV，接收距离为19cm，接受辊转速为120r/min，灌注速度为0.2mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以TPU纺丝液为纺丝液，于涤纶纤维基层表面静电纺丝形成厚度为12μm的TPU热熔胶层；
再将空心纳米二氧化硅微珠分散液涂覆于TPU热熔胶层表面，控制涂覆量为每平方50g分散液；待涂覆结束后，烘干去除溶剂，以在TPU热熔胶层表面形成空心纳米二氧化硅微珠层；
随后于纺丝电压为25kV，接收距离为21cm，接受辊转速为130r/min，灌注速度为0.2mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以PU/FPU/PVB纺丝液为纺丝液，于空心纳米二氧化硅微珠层表面静电纺丝形成厚度为22μm的PU/FPU/PVB纳米纤维层；
随后于温度为100℃，压力为0.3MPa条件下，热压4min，调控空心纳米二氧化硅微珠层中，空心纳米二氧化硅微珠破碎率为22％；待热压结束，出料，即得产品。
实施例3
按重量份数计，依次取30份TPU树脂(热塑性聚氨酯)，60份溶剂DMAc，60份溶剂丙酮，以及TPU树脂质量10％的纳米氧化石墨烯，先将TPU树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为75kHz进行超声分散60min，得TPU纺丝液；
按重量份数计，依次取50份PU树脂(聚氨酯)，12份FPU(含氟聚氨酯)，10份PVB树脂(聚乙烯醇缩丁醛)，80份溶剂DMAc，90份溶剂丙酮，以及PU树脂、FPU树脂和PVB树脂总质量5％的纳米氧化石墨烯，先将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂和DMAc、丙酮混合溶解后，再加入纳米氧化石墨烯，以频率为75kHz进行超声分散60min，得PU/FPU/PVB纺丝液；
按重量份数计，依次取30份空心纳米二氧化硅微珠，120份无水乙醇，5份硅烷偶联剂，混合分散后，加入5份质量分数为8％的氨水，随后用搅拌器以500r/min转速，搅拌反应60min，得空心纳米二氧化硅微珠分散液；
所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH-570；
选择厚度为100μm的涤纶纤维基层，于纺丝电压为25kV，接收距离为20cm，接受辊转速为130r/min，灌注速度为0.25mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以TPU纺丝液为纺丝液，于涤纶纤维基层表面静电纺丝形成厚度为15μm的TPU热熔胶层；
再将空心纳米二氧化硅微珠分散液涂覆于TPU热熔胶层表面，控制涂覆量为每平方60g分散液；待涂覆结束后，烘干去除溶剂，以在TPU热熔胶层表面形成空心纳米二氧化硅微珠层；
随后于纺丝电压为25kV，接收距离为22cm，接受辊转速为140r/min，灌注速度为0.25mm/min，环境温度为25℃，相对湿度为30％条件下，以PU/FPU/PVB纺丝液为纺丝液，于空心纳米二氧化硅微珠层表面静电纺丝形成厚度为25μm的PU/FPU/PVB纳米纤维层；
随后于温度为105℃，压力为0.35MPa条件下，热压5min，调控空心纳米二氧化硅微珠层中，空心纳米二氧化硅微珠破碎率为25％；待热压结束，出料，即得产品。
实施例4
本实施例和实施例1相比，区别在于：热压压力为0.5MPa，热压时间为10min，以调控空心纳米二氧化硅为主破碎率为32％，其余条件保持不变。
实施例5
本实施例和实施例1相比，区别在于：热压压力为0.2MPa，热压时间为2min，以调控空心纳米二氧化硅为主破碎率为16％，其余条件保持不变。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加氧化石墨烯，其余条件保持不变。
对比例2
本对比例和实施例1相比，区别在于：未在TPU热熔胶层表面涂覆形成空心纳米二氧化硅微珠层，其余条件保持不变。
对实施例1-5及对比例1-2所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：
参照ASTM E96/E96M-16《材料水蒸气透过性试验方法》，利用W3/031型水蒸气透过率测试仪测量产品的透湿量。将被测防水透湿面料覆盖在盛有蒸馏水的透湿杯上，固定后放置于已平衡的透湿箱内，箱体温度为40℃，相对湿度为90％，按下列公式计算透湿量：
透湿量＝24×G/(t×A)
其中，G为盛有蒸馏水的透湿杯的质量变化，kg；t为测试时间，h；A为透湿杯的杯口面积，m2；
采用YG461E-III型全自动透气量仪对产品的透气性能进行测试；
采用Dataphysics OCA 20型接触角测试仪对产品进行疏水性测试，保持水滴大小、水滴速度不变，将纤维膜平铺在观察台表面，且无阴影，测量水滴在不同纤维膜表面的接触角，多次测量取平均值；
以上具体测试结果如表1所示：
表1：产品性能测试结果
透湿量/(kg/m<sup>2</sup>〃d) 透气量/(mm/s) 接触角/°
实施例1 15.9 24.5 152
实施例2 16.1 24.9 150
实施例3 16.3 24.6 155
实施例4 14.8 23.9 146
对比例1 12.2 21.1 133
对比例2 10.9 19.6 121
由表1测试结果可知，本发明所得产品可以有效兼顾优异的防水透气透湿效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防水透气型面料，其特征在于，包括涤纶纤维基层，涂敷于所述涤纶纤维基层表面的TPU热熔胶层，涂敷于所述TPU热熔胶层表面的空心纳米二氧化硅微珠层，以及涂敷于所述空心纳米二氧化硅微珠层表面的PU/FPU/PVB纳米纤维层；
所述TPU热熔胶层和所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中，分散有纳米氧化石墨烯；
所述TPU热熔胶层中，所述纳米氧化石墨烯的添加量为所述TPU热熔胶层中树脂质量的5-10％；
所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中，所述纳米氧化石墨烯的添加量为所述PU/FPU/PVB纳米纤维层中树脂质量的3-5％。
2.根据权利要求1所述的一种防水透气型面料，其特征在于，所述空心纳米氧化硅微珠层中，包含空心纳米二氧化硅微珠，所述空心纳米二氧化硅微珠的破碎率为20-25％。
3.根据权利要求2所述的一种防水透气型面料，其特征在于，所述空心纳米二氧化硅微珠表面接枝有硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的一种防水透气型面料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560，硅烷偶联剂KH-570。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的防水透气型面料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
将TPU树脂溶于溶剂中，并加入纳米氧化石墨烯，得到纺丝液，再于所述涤纶纤维基层表面通过静电纺丝形成所述TPU热熔胶层；
将空心纳米二氧化硅微珠分散于溶剂中，随后涂于所述TPU热熔胶层表面，干燥以去除溶剂，以形成空心纳米二氧化硅微珠层；
将PU树脂、FPU树脂和PVB树脂溶于溶剂中，并加入纳米氧化石墨烯，得到纺丝液，再于所述空心纳米二氧化硅微珠层表面通过静电纺丝形成所述PU/FPU/PVB纳米纤维层；
再经热压处理，即得产品。
6.根据权利要求5所述的一种防水透气型面料的制备方法，其特征在于，所述热压处理为，控制热压压力和热压温度，以控制所述空心纳米二氧化硅微珠层中，空心纳米二氧化硅微珠的破碎率为20-25％。
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