CN1414169A - 一种防水透气透湿织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防水透气透湿织物及其制备方法。属于日常生活、纺织、材料领域。这种织物由织物本底以及一层具有防水透气透湿薄膜组合而成，该膜是氟碳高分子膜，使用射频磁控反应溅射法用聚四氟乙烯作为溅射靶在织物基底上制备。氟碳高分子膜由卧蚕状纳米粒子和纳米微孔构成的勾联结构组成，具有优越拒水性，不掩盖基底织物颜色，织物透气性、透湿性与基底织物基本相同，很好地保持了基底织物的手感。
Description
本发明是关于一种射频溅射法涂层微孔纳米膜制备防水透气透湿织物的方法。属于日常生活，纺织和材料领域。
长久以来，人们一直渴望衣服能够做到晴雨两用，雨天不但能够防水，而且能做到透湿透气，将汗水及时排到衣服外面，晴天时和正常衣物一样，做到晴天阴天雨天都可以舒适穿着。因此，防水透气透湿织物是国内外纺织界几十年来竞相开发研究的高档、特殊功能面料，也是常规化纤产品提高技术含量和附加值的升级换代产品。它可用于油田、食品加工等行业的工作服，更重要的是用于警察、军队的服装(如美国的军服，英国的警察服)，现在也越来越多地制成大众的室外穿着休闲服(如国外流行的Gore-Tex服装)，国内外需求量很大且增长很快。
目前，国内国际上共有三种类型：第一类，紧密织造型防水透气透湿织物，是利用改变织物结构使之达到超密以达到防水透气透湿的效果。耐水压低(100-150cm)是其致命弱点，另外，设备要求高、加工复杂大大限制了它的应用；第二类，湿法涂层型防水透气透湿织物，是指直接或间接进行湿法涂层，使织物具有防水性，而透湿性则是通过使涂层产生微孔结构或使其涂层具有憎水性而得到的，其不足之处是防水耐久性差，附着牢度差，湿摩擦强度低，手感、柔软性差，有机溶剂回收费用高且易成环境污染；第三类，粘贴薄膜型防水透气透湿织物，是把具有防水透气透湿功能的膜粘贴到织物上。专利US4443511和US4194041是用微孔聚四氟乙烯作为憎水透气层，它是通过把未烧结挤出的聚四氟乙烯(PTFE)棒加热到稍低于327度，再经二维拉伸制得。拉伸形成的微孔可透湿，而PTFE防水性能优越，将膜粘贴到织物上形成防水透气透湿阻挡层，再与经防水整理的尼龙织物(外层)及针织物(内层)通过特殊粘合构成“三明治”式夹心结构即Gore-Tex织物。该产品防水透气透湿性能优越，耐水压最高可达1.75kg/cm，孔隙率最高可达96％。但因其方法复杂，成本很高，而且其柔软性、悬垂性都不令人满意，限制了它的应用。在CN1113274中公开了一种晴雨防水透气鞋及其面料的制备方法，采用的是将两层纤维织物中间复合有聚四氟乙烯憎水膜，采用各种天然，合成胶粘剂复合，不必将四氟乙烯膜进行亲水处理。CN1107383中公开了将低分子量四氟乙烯树脂制备多孔膜的方法，利用不同低分子量树脂的相容性及表面张力的差异，先混合然后扩张定型。此方法只适用于低分子量树脂，使用范围窄，膜强度低，耐磨性差。
本发明的目的是采用射频磁控溅射的方法制备防水透气透湿织物(包括化学及天然纤维)。防水透气透湿层是由卧蚕状纳米粒子和纳米微孔构成的勾联结构组成的氟碳高分子微孔膜与高分子基底结合成功能复合膜，不掩盖基底织物颜色，是一种不需水及化学物质溶液的、无环境污染的方法。该覆膜织物的透气性、透湿性与基底织物基本相同，具有优越拒水性，穿着舒适，手感、柔软性好，可以广泛应用于需要防水服装的各类场合。
本发明的目的将通过下列详细描述和说明来进一步展开和说明。
在本发明的防水透气透湿织物中，这里所指的织物既可以是天然纤维如棉、麻、羊毛、兔毛等纺织而成的，也可以是化学合成纤维如晴纶、涤纶、锦纶、氨纶、丙纶等纺织而成的，还可以是人造纤维如粘胶纤维纺织而成的，也可以是天然纤维、化学合成纤维、人造纤维混纺而成的织物。在上述织物上面溅射一层氟碳高分子膜，再不需任何其他后处理过程，该膜的孔径大小即织物原有孔隙，范围在100-0.01微米；对于防水透气透湿的棉及粘胶纤维织物，由于其纤维内微孔可传输水分，该防水透气透湿织物的空隙除织物原有孔隙外，还包括沉积于纤维上的氟碳高分子膜本身的微孔，范围在1-0.005微米。
该覆膜织物的透气性、透湿性与基底织物基本相同，相对偏差均为±5％，静水压视基底织物原有孔隙的大小而定，范围在200-1800mm水柱，水接触120-180°，氟碳高分子膜孔径1-0.005微米。高分子膜厚度为0.3-100微米，很好地保持了基底织物的手感。
在本发明中，具有氟碳高分子膜的织物由下列方法制备：
1.清洗：用沸点介于60-190℃的有机溶剂或者含有阴离子或非离子表面活性剂的水溶液将织物浸泡5min~75min，其重量要为织物重量的0.5~10倍，浸泡中要经常加以搅拌，使用去离子水清洗大于或者等于三次，每次使用的水量为溶剂量的0.5~2.5倍，烘干1-24小时，烘干温度为120~180℃。清洗液可放在一般容器中，也可放在超声清洗器中，后者清洗效果更佳。织物可以是已染色的也可是没染色的但进行了常规印染前处理的，对前者的溅射，一般不影响其原有颜色。
2.溅射，将清洗干燥后的织物送入溅射反应器内，固定聚四氟乙烯靶于织物对面的适当距离，通冷却水和工作气体，先进行预溅射，再调至工作压力下进行溅射生膜。溅射结束后将其取出即可以用于服装的制备。
(1)溅射条件是：靶材为市售氟碳高分子膜或者片材，厚度为0.1-80mm.作成圆形，其尺寸与固定靶的基座尺寸一样，直径均为2-50厘米。聚四氟乙烯与基座的粘合剂可以使用丙烯酸酯类，环氧改性的丙烯酸酯类，氯丁胶，环氧树脂等粘合剂。最好使用氰甲基丙烯酸甲酯。
(2)溅射电源为射频电源，频率为13.56兆赫，功率0.1-25W/cm2，两电极分别接在靶基座和织物基座上。
(3)溅射室内压力0.0001~50Pa，溅射时间1~180min，溅射时通入的气体为He，Ne，Ar，Kr ，C2F4，C3F8，CF4，或者上述气体中任意两种到四种的混合气体，每一种组份比例均可以由0~100％(质量比)之间调节。
(4)溅射过程压力的调节可通过两种方式：1)始终通入上述气体，改变通入气体的量，通过控制和调节室内压力和功率，维持辉光放电，保持最佳实验参数，直至溅射完毕；2)先通入上述一种纯的或2-4种混合气体，调节压力起辉后溅射1-10分钟后，逐渐改变通入气体的量，调节室内压力(0.001~50Pa)使室内保持辉光放电，继续进行溅射过程，同时调节室内压力和功率，减少通入气体的量，直至不再通入气体，靠从靶上飞溅下来的小分子碎片作为辉光放电及溅射的工作物质，进行溅射生膜，直至将过程进行到底。
(5)气体流量的控制介于1~1500sccm之间。控制仪器可以使用手动的阀门或者质量流量控制仪。如KF质量流量控制器。
(6)溅射时需先进行预溅射，先在两电极间插入一金属挡板，在压力0.001~50Pa、单位面积功率0.1~25W下进行预溅射，清洗靶面1-20分钟，以提高膜的纯度和黏附力，然后撤除挡板，进行溅射。
(6)溅射时基底织物和靶材都必须用水冷却。
(7)靶与织物的按下述方法放置：靶面与织物平面需平行，其间距离为1-15厘米。此距离可在溅射过程中用一个外控式旋钮，通过旋转调节。
实施例：
1.清洗：将100*100cm的PET织物用500ml丙酮浸泡60分钟，每隔10分钟搅拌1分钟，取出后吹干，重复浸泡3遍，再使用500ml去离子水清洗3遍，每次浸泡10分钟，搅拌1分钟，热风吹干。放入烘箱内烘干，时间2小时，温度120C。冷却后备用。
2溅射靶材为圆形直径为10厘米厚度为1mm市售聚四氟乙烯片材，使用氰甲基丙烯酸甲酯粘附在固定靶的基座上。使用的电源为频率13.56兆赫射频电源，两电极分别接在靶基座和织物基座上。调节靶材与基底的距离为6厘米，溅射时通入Ar、CF4(体积比为10：1)的混合气体。质量流量为20sccm。调节真空系统，使溅射室内压力为0.01Pa，在两电极间插入一金属挡板，单位面积功率1.5W下进行预溅射，清洗靶面10分钟，然后移走金属挡板，调节真空室内压力为0.1Pa，溅射的单位面积功率为1.5W，溅射时间60min，在此过程中一直通以上述混合气体。
这样溅射制备的覆膜织物的性质如下：透气性、透湿性、与基底织物基本相同，相对偏差为±5％，手感与基底织物基本相同，静水压600mm水柱，水接触角134°，上面覆盖的氟碳高分子膜孔径1-0.005微米。膜厚度280纳米。
Claims (10)
1.一种防水透气透湿织物的制备方法，其特征在于包括下列步骤：将清洗干燥后的织物送入溅射反应器内，固定聚四氟乙烯靶于织物对面的适当距离，通冷却水和工作气体，先进行预溅射，再调至工作压力下进行溅射生膜。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：这里所说的织物，既可以是天然纤维、化学合成纤维、人造纤维单独纺织而成的，也可以是天然纤维、化学合成纤维、人造纤维混纺而成的织物。
3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射靶材为聚四氟乙烯膜或者片材，厚度为0.1-80mm。聚四氟乙烯与基座的粘合剂可以使用丙烯酸酯类，环氧改性的丙烯酸酯类，氯丁胶，环氧树脂等粘合剂。最好使用氰甲基丙烯酸甲酯。
4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射时使用的电源为射频电源，频率为13.56兆赫，功率0.1-25W/cm2。
5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射室内压力0.0001~50Pa，溅射时间1~180min。
6.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：工作气体为He，Ne，Ar，Kr，C2F4，C3F8，CF4或者上述气体中任意两种到四种的混合气体，每一种组份比例均可以由0~100％(质量比)之间调节。
7.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射过程压力的调节可通过两种方式：1)始终通入权利要求6中的气体，改变通入气体的量，通过控制和调节室内压力和功率，维持辉光放电，保持设定工艺参数，直至溅射完毕；2)先通入上述一种纯的或2-4种混合气体，调节压力起辉后溅射1-10分钟后，逐渐改变通入气体的量，调节室内压力(0.001~50Pa)使室内保持辉光放电，继续进行溅射过程，同时调节室内压力和功率，减少通入气体的量，直至不再通入气体，靠从靶上飞溅下来的小分子碎片作为辉光放电及溅射的工作物质，进行溅射生膜，直至将过程进行到底。气体流量的控制介于1~1500sccm之间。控制仪器可以使用手动的阀门或者质量流量控制仪。
8.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射前先进行预溅射，即在两电极间插入一金属挡板，在压力0.001~50Pa，单位面积功率0.1~25W下清洗靶面1-20分钟。
9.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：溅射时聚四氟乙烯靶面与织物平面需平行，其间距为1-15厘米。此距离可在溅射过程中通过旋转一个外控式旋钮调节。
10.按照权利要求1所述的制备方法所制备的防水透气透湿织物，其特征在于：防水透气透湿层是由卧蚕状纳米粒子和纳米微孔构成的勾联结构组成的氟碳高分子微孔膜与高分子基底结合成功能复合膜。氟碳高分子膜的孔径大小即织物原有孔隙，范围在100-0.01微米；对于防水透气透湿棉及粘胶纤维织物，空隙除织物原有孔隙外，还包括沉积于纤维上的氟碳高分子膜本身的微孔，范围在1-0.005微米。该覆膜织物的透气性、透湿性与基底织物的相对偏差为±5％，静水压视基底织物原有孔隙的大小而定，范围在200-1800mm水柱，水接触角120-180°。氟碳高分子膜厚度为0.3-100微米，孔径1-0.005微米。
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