水性聚氨酯在防水透湿织物上的研究进展

透湿织物的研制和开发；随着工业的发展和人民生活 二醇及二羟甲基丙酸为原料制备FS-809，其配方为透
水平的提高，对于防水透气服装、鞋帽等面料的要求 湿主体胶FS－0715 80%、成膜助剂FS-50 18.4%、流
增加，各国研究人员开始注重对新型“可呼吸性”水 平助剂FS-51 1.5%、消泡助剂FS-52 0.1%,经测定初期
1.1 织物防水透湿机理 织物防水透湿机理[3]可分为物理透湿和功能透
水→轧光→涂层→轧光→涂层→焙烘→成品检验。防 水目的在于提高涂层胶成膜的连续性，防止水性胶因 渗透过快而渗入织物背面，破坏涂膜连续性，导致耐 水压下降；轧光目的在于适当的轧光可使织物表面平
湿，主要以4种方式：1)利用水滴的最小直径与水汽或 整光滑，皮膜感提高，如不轧光或轧光效果差，会直
湿量2552g的涂层织物；并且由于HPAN的强亲水性和 压却随着n-NCO/n-OH 比值的增大而减小，当n-NCO/
高结晶能力可赋予涂层良好的防水透湿性能，适当调 n-OH 比值为3时获得的涂层各方面性能最好；蓖麻油
节HPAN的用量，可以同时提高涂层的耐水压值和透 的加入可以使得交联度增加、同时使成膜手感变好；
PEG=70/30(其中PEG1000和PEG2000的质量分数分别 为24%和6%)，DMPA的质量分数为6%时，降低第一 步预聚合中的IPDI加入量，可提高涂层织物的透湿
Witcoflex971无微孔亲水涂层织物投放市场，它是新 一代的防水透湿织物 。 [26] Baxenden化学股份有限公 司[27]就首创应用亲水技术来提供溶剂型透气涂层整
大量的羧基、酰胺基等亲水基团，将它同多端氨基PU 预聚体在溶液中经反应性共混后，室温下得到高分子
的羧酸胺盐。利用这一原理，制备水性单组份外交联
型PU织物涂层剂，将改涂层剂涂布、烘干、焙烘交联 后，制得具有一定防水透湿性能的PU涂层布。经研究 表明将固含量为30％(wt)的该预聚体乳液同25%(wt)的 HPAN水溶液10%(wt)混合，所得的涂层剂在160℃下 焙烘5min，可得到耐水压约6370Mpa，日每平方米透
1.1～2.0；交联成膜后可明显提高织物涂层耐水压， 透湿性及耐水压方面进行了分析研究。在水性聚氨酯
可达14700～19600Pa，皂洗牢度达4～5级。用于尼丝 防水透湿涂层胶中共混不同分子量的聚乙二醇PEG，
纺、涤棉等布料的风格整理，防水、透气性好，耐静 能显著提高涂层织物的透湿量，当PEG分子量为400，
2 水性聚氨酯在防水透湿织物上的进展 防水透湿织物也叫“可呼吸织物”，是只能透过 水蒸汽分子，不能透过水滴，并集防水、透湿、防风
水蒸气分子的阶石，通过高分子链上亲水基团传递到 及保暖性能于一体的织物，既能抵御雨水和寒风的入
低湿度一侧解吸，形成“吸附→扩散→解吸”过程； 侵，又能让人体的汗气、汗液及时排出，从而保持人
水压高，亦可用于滑雪衫、风雨衣、茄克衫等服装面 用量为5%，交联剂用量为1% ，焙烘条件为150℃
料的功湿量在4000g/m2•24h
王炜[16]等以一定聚合度的PEG，PTMG为聚醚二 以上，静水压超过了500mm水柱，且具有耐水洗性
醇组分和自乳化单体，与TDI预聚，进而两步扩链合 能。
量；以MDI代替部分IPDI合成出的水性聚氨酯，其涂 理，并一直是全球该类产品的主要供应商，其生产的 层织物在38℃时的透湿量超过4000g/(m2•d)，耐静水压 Witcoflex EcoDry用于透气防水涂层纺织品的水基亲水
力值为413kPa，显示出良好的防水透湿性。
型聚氨基甲酸酯，使用该整理剂制成的纺织品具有软
1982年Holker与Lomax提出了无微孔聚氨酯透湿
徐一飞[21]等采用两步法合成预聚体，随着软段 薄膜的专利，它是4-4’-二异氰酸基二环己基甲烷
部分聚乙二醇的分子量越大，透湿量越大，同时温 与聚乙二醇的嵌段共聚物，后来经过改进，1984年
度升高透湿量增大；当体系nNCO/nOH=1.3，PCL/ 由英国Shirley研究所与Baxenden公司共同开发，以
1.2 水性聚氨酯在防水透湿织物上的加工工艺 防水透湿织物的加工方法已经逐步形成，目前正 处于技术完善与产品迅速发展阶段。不同加工方法生 产的防水透湿织物，由于结构特征、防水透湿机理及 材料上的差异，存在各自的优势及缺陷[8]。
水性聚氨酯防水透湿织物工艺流程[9]一般为：防
1 水性聚氨酯在防水透湿织物上的机理和加 工工艺
杨青[9]等合成水性防水透湿涂层胶FS-809与
甚至会结冰而冻伤，不能适应野外活动如部队作战、 普 通 水 性 聚 氨 酯 涂 层 相 比 ， 性 能 有 较 大 提 高 ， 以 登山、滑雪等激烈运动的需要[10]，因此必须加快防水 PEG1000、PEG2000、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1, 4-丁
4)利用形状记忆高聚物的特性。形状记忆高聚物在玻 体的干爽和温暖的舒适感，是运动装、休闲装和特种 璃化转变温度Tg区域，由于分子链微布朗运动而使透 动能服装的首选面料。
60 环球聚氨酯网
2010年2月 总第93期
在过去的几十年中，聚乙烯、氯丁橡胶、聚氨酯 用1.42BD/ TMP ,二次扩链，所合成的聚氨酯微乳液分
用测试，当w(-COOH)在0.8～1.1%，n-NCO/n-OH为 3.0时，乳液稳定性和涂膜手感较好，交联剂的加入 可显著提高乳液成膜后的耐静水压、耐溶剂性能，其 比例在n（交联剂）/n（聚醚多元醇）在1:15时性能较 佳，将所制乳液应用于织物的涂层整理，其耐静水压 及耐皂洗牢度指标均已达到进口高档水性聚氨酯织物 涂层剂的水平。
将其涂布在基布上，从而使织物具有防水的功能；20 酸酯（TDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）、交联剂及
世纪80年代，一般是利用溶液或溶剂体系产生的聚合 成盐剂合成了阴离子型水性聚氨酯乳液，通过性能应
版权属《聚氨酯》杂志所有 物来作为涂层体系；自80年代以来，水溶性涂层材料 的研究引起了很多研究者的兴趣，现在研制成功的水 溶性涂层防水材料主要为聚氨酯(PU)及其改性产品[1113]。 马访中[14]等利用聚丙烯氰水解物的分子链上含有
唐邓[22]等以IPDI、HDI、聚醚N220等为原料 柔的手感，服用性好，在运动、休闲和工作服领域具
合 成 了 水 性 聚 氨 酯 纺 织 涂 层 剂 ， 研 究 发 现 ， 当 有广泛的应用。
版权属《聚氨酯》杂志所有 m(HDI):m(IPDI)=3:1,胶膜性能最佳；并通过有机硅对 其改性，证明羟基硅油的加入能显著提高涂膜的爽滑
空气的直径之间的差异来实现，即采用织物的经纬交 接影响表面平整度，手感粗糙，且影响成膜的连续性
织间的孔隙或织物复合物的孔径介于水滴最小直径与 和耐水压。
水汽或空气的直径之间；2)采用微孔高聚物薄膜，使 薄膜微孔(微孔直径大约1nm)的孔径介于水滴与湿气 之间，将薄膜与织物复合赋予织物防水透气功能；3) 利用高聚物膜的亲水成分提供了足够的化学基团作为
性、耐水性等；而用环氧树脂E51对其改性则可提高 其耐水性。
李春[23]等以聚醚多元醇、异氟尔酮二异氰酸酯和
二羟甲基丙酸为原料，在无溶剂的情况下进行预聚-封 端工艺（以MEKO为封端剂）制得水性聚氨酯。随着 R（nNCO/nOH）值的增大，涂膜变硬，织物的强度 增大，摩擦牢度也逐渐变好。当R值在3时，干摩擦级 数能达到3～4，湿摩擦级数能达到2～3，织物涂层的 手感好。
鲍俊杰[18]等以IPDI、聚醚220、蓖麻油、DMPA 等原料合成了系列水性聚氨酯涂层剂，通过比较各 种软硬段原料对涂层胶膜性能的影响，用聚醚220和 IPDI分别作为软硬段原料，涂层剂性能较为优异；另 外，n-NCO/n-OH比值大小直接影响涂膜手感，随着 比值的增大，膜变硬，拉伸强度变大，涂布的耐水
料中含有一定量的亲水性基团。这些基团首先以氢键 形式“捕获”人体散发的水蒸气分子，由于聚氨酯大 分子链的热运动，在分子链之间形成瞬间的空隙，加 上薄膜内外两侧水蒸气压差的推动，水蒸气分子沿着 密集的分子链间空隙从蒸汽压高的一面“传递”到另 一面，即从接触皮肤的一面，传到周围环境达到透湿 的目的。此种靠亲水链段或亲水基团的作用，又称为 “亲水性透湿”[5-7]。
等涂层织物已得到普遍应用，尽管涂层织物服装具有 散相平均粒径约55nm，粒度离散为29%，较为均匀，
优越的防雨防风性，获得完全的防水机能，但是由于 大量汗液无法以蒸汽形式排除，在服装内部形成冷凝 水，使人体有粘湿、发闷等不舒适感，在恶劣条件下
涂层织物耐水压值平均为6500Pa，透湿量为2300 g/ m2•24h。
性聚氨酯薄膜及涂层制品的研究。 2.1 国内研究进展
静水压为81340Pa，水洗5次后静水压73500Pa。初期 透湿量为2747g/m2•24 h,水洗后透湿量为2860g/m2•24
20世纪60年代末和70年代初，很多学者对涂层织 h。
物进行了大量研究，主要利用丙烯酸和聚氨酯材料，
李海北[17]等用聚醚多元醇PPG、2，4-甲苯二异氰
PU Technology P U 技 术
水性聚氨酯在防水透湿织物上的研究进展
杨伟平 黎兵 戴震 许戈文 安徽大学化学化工学院,安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥230039
摘要：水性聚氨酯以水为介质，具有无毒、不易 气性有质的突变，而且其透气性能随外界温度的变化
燃烧、对环境友好等优点，是具有发展前途的绿色环 而变化，即智能化功能，尤如人体皮肤一样，能随着
湿量。 瞿少敏[15]等以三官能聚醚单体为交联剂制备阴
离子水性聚氨酯乳液，经研究亲水基团-COOH的
通过有机硅和有机氟分别改性，都可以提高其耐水 压，手感上有机硅改性优于后者。
陈尔凡[19]等从加入PEG的共混比、PEG分子量，
含量最佳值为0.8%～1.2%；NCO/OH值最佳控制在 交联剂用量及单位面积的涂胶量等因素对涂层织物的