CN116854986A - 一种防水透湿多孔膜复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水透湿多孔膜复合材料，包含聚合物多孔透湿膜基材和位于所述基材上的水性聚氨酯涂层，聚氨酯涂层的质量百分数为30～60％，以所述多孔膜复合材料的总重量为基础。本发明的多孔膜复合材料具有优异防水透湿性能，且所述水性涂层安全、环保。
Description
技术领域
本发明属于防水透湿领域，涉及一种防水透湿多孔膜复合材料，具体来说，涉及一种涂有特定结构的水性聚氨酯涂层的多孔膜复合材料，其可以用于既需要透过水汽又需能够防水的场合。
背景技术
防水透湿服装和制品，例如户外运动用冲锋衣和鞋、消防服和野营帐篷等，需要让内部比如人体散发的水蒸汽能够排到外部，同时能够抵御外部的水，例如雨水。这种效果通常被称为防水透湿。该种产品的典型代表是多孔聚四氟乙烯薄膜。该薄膜内部有大量次微米级的微孔，其孔径大于水分子的尺寸从而容许水蒸汽从内部排出，同时又远远小于液态水滴尺寸从而防止水透过薄膜渗到内部。然而，在实际使用中，外部污染物如油污、灰尘等容易堵塞微孔造成透湿性能下降，因此通常在多孔膜上施加涂层来降低或消除所述影响。所述涂层材料以溶于如甲苯、N-甲基吡咯烷酮、丁酮等有机溶剂中的聚氨酯居多。由于使用有毒及易燃易爆的有机溶剂，对环境、安全以及操作人员的健康均会产生不利影响。另外，多孔膜表面涂覆涂层通常会使膜的透湿性降低。
针对现有技术的问题，本发明提供了一种防水透湿多孔膜复合材料，具有特别结构的水性聚氨酯涂层，防水透湿性能优异，且所述涂层不使用有机溶剂，提高了安全性、降低了对环境和操作人员身体健康的负面影响。
发明内容
本发明目的是提供一种防水透湿多孔膜复合材料，其包含聚合物多孔透湿膜基材和施加于所述基材之上的水性聚氨酯涂层，聚氨酯涂层的质量百分数为30～60％，以所述多孔膜复合材料的总重量为基础。所述基材至少一面涂有所述水性聚氨酯涂层。
其中所述聚合物多孔透湿膜可以选自含氟聚合物多孔透湿膜、烯烃类多孔透湿膜、聚氨酯类多孔透湿膜、聚酯类多孔透湿膜，例如美国的聚四氟乙烯多孔透湿膜、美国/>聚乙烯多孔透湿膜。
在一个实施方案中，所述基材的一面具有水性聚氨酯涂层。
在另一个实施方案中，所述基材的两面均具有水性聚氨酯涂层。
所述水性聚氨酯涂层可以为一层或多层，例如，1层、2层或3层。所述涂层可以由组成相同或不同的水性聚氨酯分散体形成。
所述水性聚氨酯涂层由具有特殊结构的聚氨酯分散体形成，所述聚氨酯分散体包含：
(A)至少一聚氨酯聚合物(a)，所述聚氨酯聚合物(a)通过包含至少一聚氨酯预聚物(a1)和至少一异氰酸酯反应性组分(a2)的反应获得，所述聚氨酯预聚物(a1)通过包含下列组分的反应获得：
(a1-1)至少一异氰酸酯官能度不小于2的多异氰酸酯，所述多异氰酸酯(a1-1)包含含至少两个脂环的脂环族多异氰酸酯，所述脂环族多异氰酸酯的量是25重量％-90重量％，以所述多异氰酸酯(a1-1)的量为100重量％计，
(a1-2)至少一羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇，所述羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇是官能度为6的具有星形结构的多元醇，所述多官能聚醚多元醇的量为1重量％-20重量％，以所述制备聚氨酯预聚物的组分的量为100重量％计，和
(a1-3)可选的一不同于所述羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇，
(b)至少一交联剂；和
(c)可选的一添加剂。
在一个实施方案中，所述(a1-2)的至少一羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇具有式I结构：
其中m＝0～50；n＝1～50；m’＝6；
X是下列的一种或多种：1,3-丙基、1,2-异丙基、2,2-丙基、1,1-丁基、1,2-丁基、2,2-丁基、1,3-丁基、1,4-丁基、1,2-戊基、1,3-戊基、1,4-戊基、1,5-戊基、1,6-己基、1.7-庚基、1,8-辛基、1,9-壬基、1,10-癸基、1,11-十一烷基、1,12-十二烷基、1,2-环戊基、1,2-环己基、1,2-环庚基、1,2-环辛基、1,2-苯乙烯基、1,2-甲基苯乙烯基和1.2-蒎基；
R是CyHz，其中y与引发剂的碳原子数相同，z是使式I成立的整数。
所述交联剂优选含活性基团的脂肪族和/或芳香族异氰酸酯衍生物。
所述添加剂没有特别限制，可以是中和剂、乳化剂、润湿剂等。
所述聚氨酯分散体更进一步的详情和制备方法可参考例如CN110607120B。
所述水性聚氨酯分散体可以本领域任何合适的方式施涂到聚合物多孔透湿膜上，例如喷涂、涂抹、辊涂、浸涂、注射、印刷或刀涂，优选喷涂，例如气压喷涂、无气喷涂或静电喷涂，由此形成本发明的防水透湿多孔膜复合材料。所述涂层的施加可以单次或多次进行。
本发明的防水透湿多孔膜复合材料具有的透湿率可达至少2000g/(m2·h)(按JIS-L-1099:2012中的B-1方法测试)，静水压至少10,000毫米水柱(按AATCC 127测试)。
本发明进一步涉及本发明的防水透湿多孔膜复合材料的用途，其可用于户外用品，例如冲锋衣和鞋、消防服和野营帐篷等。
本发明的防水透湿多孔膜复合材料兼具优越的防水性和透湿性，且柔软、防粘、耐水洗。并且，所述涂层以水做载体施涂，不使用任何有机溶剂，环保、安全，大大降低了对环境和操作人员身体健康的不利影响。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方案的防水透湿多孔膜复合材料的结构示意图，包括聚合物多孔透湿膜基材和位于其表面的水性聚氨酯涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明，所描述的实施例仅为本发明实施方案的一部分，本发明不受这些实施例的任何限制。在本发明的技术构思内，本领域的技术人员可以进行多种变形。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实验内容
原材料
(1)3170,由德国科思创股份有限公司提供，是一种官能度为6，数均分子量为3300g/mol的聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的聚醚多元醇，氧乙烯基团含量为81％重量份数。作为多官能度聚醚多元醇(a1-2)。
(2)PE170HN:一种聚酯多元醇，羟值为66mg KOH/g,数均分子量为1700g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(a1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(3)C2200:一种己二醇和碳酸二甲酯的聚碳酸脂多元醇，羟值为56mgKOH/g,数均分子量为2000g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(b1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(4)L300:低官能度聚醚多元醇，官能度为2，数均分子量为2000g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(a1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(5)3600:一种聚醚多元醇，官能度为2，数均分子量为2000g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(a1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(6)LP112:聚氧化丙烯二醇，官能度为2，数均分子量为1000g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(a1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(7)LB25：环氧乙烷和环氧丙烷共聚的单官能度聚醚多元醇，数均分子量为2250g/mol,由德国科思创股份有限公司提供，作为(a1-3)为不同于所述多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇使用。
(8)DMPA:2，2-二羟甲基丙酸，购自Aldrich化学试剂公司。
(9)二氨基磺酸钠NH2-CH2CH2-NH-CH2CH2-SO3Na的水溶液，45％浓度(重量份数)，由德国科思创股份有限公司提供。
(10)乙二胺，由嘉兴金燕化工有限公司提供。
(11)二乙基胺，购自Aldrich化学试剂公司。
(12)Desmodur H,1，6-六亚甲基二异氰酸酯，购自科思创股份有限公司，德国，作为多异氰酸酯(a1-1)使用。
(13)Desmodur W,二环己基甲烷二异氰酸酯，购自科思创股份有限公司，德国，作为多异氰酸酯(a1-1)使用。
(14)聚四氟乙烯多孔透湿膜，每平方米15克，厚度13微米，孔隙率55％，市面购得。
(15)聚乙烯多孔透湿膜，每平方米6.7克，厚度12.6微米，孔隙率42％，市面购得。
(16)商用已涂覆聚四氟乙烯多孔透湿膜，每平方米21.9克，其中聚四氟乙烯多孔基膜每平方米15克，厚度13微米，孔隙率55％，市面购得。
制备实施例：
实施例1
制备本发明的聚氨酯水性分散体A
将100克C2200、11.4克/>L300、23.8克/>3600、3.9克/>LP112、46.1克/>LB25、2.97克DMPA、13.3克/>3170放入三口烧瓶中，在110℃下加热1小时，并抽真空，真空度100帕斯卡，随后冷却到70℃，加入32.3克Desmodur W和20.7克Desmodur H，加热到110℃下搅拌直至混合物的异氰酸根值达到理论值，得到聚氨酯预聚物。冷却至75℃，加入470克丙酮溶解，随后冷却到40℃。然后计量加入6.84克二乙胺、2.68克乙二胺和69.0克纯净水。维持在40℃下搅拌30分钟后加入560克水分散，真空蒸馏去除丙酮，得到聚氨酯水性分散体A。该产品的不挥发物含量为29.8％。其中多官能团聚醚在聚氨酯中所占质量百分数为5.2％。
实施例2
制备本发明的聚氨酯水性分散体B
将100克C2200、11.4克/>L300、3.9克/>LP112、46.1克/>LB25、2.97克DMPA、26.39克/>3170放入三口烧瓶中，在110℃下加热1小时，并抽真空，真空度100帕斯卡，随后冷却到70℃，加入32.3克Desmodur W和20.7克Desmodur H，加热到110℃下搅拌直至混合物的异氰酸根值达到理论值，得到聚氨酯预聚物。冷却至75℃，加入470克丙酮溶解，随后冷却到40℃。然后计量加入6.84克二乙胺、2.68克乙二胺和69.0克纯净水。维持在40℃下搅拌30分钟后加入560克水分散，真空蒸馏去除丙酮，得到聚氨酯水性分散体B。所得产品的不挥发物含量为28.7％，其中多官能团聚醚在聚氨酯中所占质量百分数为10.4％。
对比例1
制备对比聚氨酯水性分散体C
将120.5克C2200、11.4克/>L300、23.8克/>3600、3.9克/>LP112、46.1克/>LB25、2.97克/>DMPA放入三口烧瓶中，在110℃下加热1小时，并抽真空，真空度100帕斯卡，随后冷却到70℃，加入32.3克Desmodur W和20.7克Desmodur H，加热到110℃下搅拌直至混合物的异氰酸根值达到理论值，得到聚氨酯预聚物。冷却至75℃，加入470克丙酮溶解，随后冷却到40℃。然后计量加入6.84克二乙胺、2.68克乙二胺和69.0克纯净水。维持在40℃下搅拌30分钟后加入560克水分散，真空蒸馏去除丙酮，得到聚氨酯水性分散体C。所得产品的不挥发物含量为30.1％，不含多官能团聚醚。
应用实施例：
将水性聚氨酯分散体A、B和C用25微米的线棒分别均匀地单面涂覆在聚四氟乙烯多孔透湿膜和聚乙烯多孔透湿膜上，室温下自然干燥，得到样品膜。涂有聚氨酯分散体A、B、C的聚四氟乙烯多孔透湿膜分别标记为膜PTFE(1)、PTFE(2)、PTFE(3)，无涂层的聚四氟乙烯多孔透湿膜作为空白对照样品，标记为膜PTFE(0)；涂有聚氨酯分散体A、B、C的聚乙烯多孔透湿膜分别标记为膜PE(1)、PE(2)、PE(3)，无涂层的聚乙烯多孔透湿膜作为空白对照样品，标记为膜PE(0)。然后进行性能测试，测试结果分别示于表1和表2。表3所示为市售溶剂型聚氨酯涂覆聚四氟乙烯多孔透湿膜(原材料16)的性能测试结果。
由表中静水压和透湿性数据可以清楚地看出，与非本发明的样品膜和现有技术的膜相比，本发明的多孔透湿膜复合材料显示出优异的防水透湿性能。并且，由于其为水性的，大大降低了环境和安全风险。
(1)测试透湿性
用JIS-L-1099:2012中的B-1方法，使涂层面对着测试液面，按照JIS-L-1099:2012方法计算和报告透湿结果。结果换算为每平方米每小时的透过水蒸汽的质量(g/(m2·h))。
(2)测量静水压
用AATCC 127方法,使涂层面对着测试液面,测试样品的抗静水压。
(3)测试涂覆样品单位面积质量
从涂覆样品上剪下10cmx10cm的正方形片，用精密天平测量质量，由此计算出每平方米的质量。
(4)不挥发物含量
取约1克所制备的水性聚氨酯分散体A、B和C，倒入铝箔制作的容器中，在105℃干燥1小时，测量干燥后的质量，除以干燥前的质量，得到不挥发物含量。
表1
表2
表3
| 涂层/基材 | 市售溶剂型聚氨酯涂覆聚四氟乙烯多孔透湿膜 |
| 每平方米质量(g/m2) | 21.9 |
| 透湿率(g/(m2·h)) | 1717 |
| 静水压(毫米水柱) | >20,000 |
| 涂层占组合物质量百分数 | 29.7％ |
Claims (9)
1.一种防水透湿多孔膜复合材料，包含聚合物多孔透湿膜基材和位于基材上的水性聚氨酯涂层，所述水性聚氨酯涂层的质量百分数为30～60％，以所述多孔膜复合材料的总质量为基础；所述聚合物多孔透湿膜选自含氟聚合物多孔透湿膜、烯烃类多孔透湿膜、聚氨酯类多孔透湿膜、聚酯类多孔透湿膜。
2.根据权利要求1所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述基材至少一面具有所述水性聚氨酯涂层。
3.根据权利要求1所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述水性聚氨酯涂层为一层或多层。
4.根据权利要求1所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述聚合物多孔透湿膜为聚四氟乙烯多孔透湿膜、聚乙烯多孔透湿膜。
5.根据权利要求1所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述多孔膜复合材料透湿率为至少2000g/(m2×h)，静水压至少10,000毫米水柱。
6.根据权利要求1所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述水性聚氨酯涂层由包含如下的聚氨酯分散体形成：
(A)至少一聚氨酯聚合物(a)，所述聚氨酯聚合物(a)通过包含至少一聚氨酯预聚物(a1)和至少一异氰酸酯反应性组分(a2)的反应获得，所述聚氨酯预聚物(a1)通过包含下列组分的反应获得：
(a1-1)至少一异氰酸酯官能度不小于2的多异氰酸酯，所述多异氰酸酯(a1-1)包含含至少两个脂环的脂环族多异氰酸酯，所述脂环族多异氰酸酯的量是25重量％-90重量％，以所述多异氰酸酯(a1-1)的量为100重量％计，
(a1-2)至少一羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇，所述羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇是官能度为6的具有星形结构的多元醇，所述多官能聚醚多元醇的量为1重量％-20重量％，以所述制备聚氨酯预聚物的组分的量为100重量％计，和
(a1-3)可选的一不同于所述羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇的聚合物多元醇，
(b)至少一交联剂；和
(c)可选的一添加剂。
7.根据权利要求6所述的防水透湿多孔膜复合材料，其中所述组分(a1-2)的至少一羟基官能度不小于3的多官能聚醚多元醇具有式I结构：
其中m＝0～50；n＝1～50；m’＝6；
X是下列的一种或多种：1,3-丙基、1,2-异丙基、2,2-丙基、1,1-丁基、1,2-丁基、2,2-丁基、1,3-丁基、1,4-丁基、1,2-戊基、1,3-戊基、1,4-戊基、1,5-戊基、1,6-己基、1.7-庚基、1,8-辛基、1,9-壬基、1,10-癸基、1,11-十一烷基、1,12-十二烷基、1,2-环戊基、1,2-环己基、1,2-环庚基、1,2-环辛基、1,2-苯乙烯基、1,2-甲基苯乙烯基和1.2-蒎基；
R是CyHz，其中y与引发剂的碳原子数相同，z是使式I成立的整数。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的防水透湿多孔膜复合材料用于户外用品的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其中所述户外用品为冲锋衣和鞋、消防服和野营帐篷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310826756.0A CN116854986A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种防水透湿多孔膜复合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN116854986A true CN116854986A (zh) | 2023-10-10 |
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Family Applications (1)
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| CN202310826756.0A Pending CN116854986A (zh) | 2023-07-06 | 2023-07-06 | 一种防水透湿多孔膜复合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN116854986A (zh) |
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2023
- 2023-07-06 CN CN202310826756.0A patent/CN116854986A/zh active Pending
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