三防整理劑,防油防水整理劑,防水防油防污助劑,織物防水劑,拒

1、防水透濕織物的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢劉雍馬敬安天津工業(yè)大學(xué)【摘要】闡述了防水透濕織物的研究現(xiàn)狀，重點介紹了防水透濕機理及其典型織物，以及測試方法、評價、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢，并指出了目前需要解決的問題?！娟P(guān)鍵詞】防水透濕織物機理測試方法評價發(fā)展趨勢【中圖分類號】TS195. 文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-3348(2004)03-0037-04防水透濕織物 (Waterproof & Moisture Permeable Fabric)通常也叫防水透氣織物，國外一般稱之為Waterproof and Breathable Fabric(可呼吸織物)。防水透濕織物是指具有使水滴(或液滴)

2、不能滲入織物，而人體散發(fā)的汗氣能通過織物擴散傳遞到外界，不致在衣服和皮膚間積累或冷凝，感覺不到發(fā)悶現(xiàn)象的功能性織物。它是人類為抵御大自然的侵害，不斷提高自我保護的情況下出現(xiàn)的，集防風(fēng)、雨、雪，御寒保暖，美觀舒適于一身的高技術(shù)紡織品。研究表明，只有當(dāng)靠近皮膚的衣服內(nèi)"微氣候區(qū)"的溫度在32±l，相對濕度在50%±10%時人才感到舒適，此時人體處于最佳的生理狀態(tài)。人體出汗是熱平衡調(diào)節(jié)中的有效散熱手段，不同運動條件下人體散熱量和排汗量如表1所示，其中人體散熱量的80%是經(jīng)過皮膚蒸發(fā)散熱的1。用這種織物做成的服裝，不僅能滿足嚴(yán)寒雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣環(huán)境中人們活動

3、時的穿著需要 (如冬季軍服等)，也適用于人們?nèi)粘Ｉ顚τ暌?、運動衣等的要求，且穿著舒適美觀，無濕冷感，防止凍傷，尤其是2003年肆虐我國的"非典"時期，防水透濕服裝發(fā)揮了重要作用，因而具有廣闊的發(fā)展前景。表1 防水透組織物的研究現(xiàn)狀人們很早就認(rèn)識到，野獸毛皮是天然的防水透濕材料。但人類早期的防水透濕織物一般只有防水功能卻不透濕。據(jù)文獻記載，織物上涂漆是最早的涂層加工技術(shù)，用刮涂和揉漆相結(jié)合的方法，將織物加工成為漆布，作為御雨蔽目的用品或用作包裝材料。在我國西周的墓葬中，就有漆布?xì)埰繉雍谏?。油布也是一種很好的防水材料，如東漢時期使用的"油緹帳"。到明

4、清時期已可制成雨傘、雨冠雨衣和雨裳等多品種織物。橡膠涂層防雨布的最早記載是在公元1600年以前，哥倫布在美洲大陸發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)赝林孟鹉z漿液涂布生產(chǎn)防水織物。18世紀(jì)末19世紀(jì)初，英國出現(xiàn)了關(guān)于橡膠乳液制造防雨布的專利，使橡膠涂層構(gòu)成了現(xiàn)代涂層工業(yè)的基礎(chǔ)2。這些早期的防水織物，由于人體散發(fā)的汗蒸汽不能及時通過織物擴散或傳導(dǎo)到外界而積聚在體表和織物之間，由此產(chǎn)生濕冷感，促使人們著手研究能防水且透濕的織物。最早的防水透濕織物據(jù)說是20世紀(jì)40年代初由英國Shriley錫萊研究所設(shè)計的著名文泰爾 (Ventel)防雨布，它的出現(xiàn)標(biāo)志著防水透濕織物正式走向市場3。今天，人們已成功地將矛盾的防水和透濕性能集

5、于一種織物之中，巧妙地將防水透濕織物的設(shè)計與紡織品轉(zhuǎn)移水蒸氣及液態(tài)水的機理密切結(jié)合起來根據(jù)不同的機理，開發(fā)了許多防水透濕織物，概括起來主要有以下3種類型:(1)利用孔隙自然擴散的機理設(shè)計具有防水透濕功能的高密織物。利用精梳高支棉紗或其他超細(xì)合成纖維長絲織成高密織物，使紗線間隙變得非常小，經(jīng)過防水處理具有一定的防水性。近年來，隨著超細(xì)纖維的飛速發(fā)展，各種超高密織物不斷涌現(xiàn)。這類織物的透汽性主要取決于水蒸汽從紗線間空隙的自然擴散，由下式4表示:R=T/B+0.71d(l/B-l/B1/2)式中：R-氣體擴散阻力T-織物厚度B-開孔率d-孔徑這類高密織物的特點是透濕性、透氣性良好，織物的柔軟性和懸垂

6、性也較好，但耐水壓一般都很低，若需要較高耐水壓尚需進一步涂層或?qū)訅?。而且在織造過程中需要調(diào)整織機對織造高密織物的適應(yīng)性，如改進傳動機構(gòu)、打緯、卷取結(jié)構(gòu)以及減少織口移動等5。如日本鐘紡公司Savinal DP超高收縮高密織物，其緯紗為30%尼龍和70%滌綸的超細(xì)復(fù)合纖維，經(jīng)紗為70D/72根的普通滌綸絲?？棾傻母呙芸椢铮曄蚴湛s40%，成為更密實的織物，纖維間孔徑可控制在7µm，單絲細(xì)度0.2D，單絲密度達68580根/(2.54cm)2，透濕量5000-7000g/m2·24h，耐靜水壓700mm、以上，兼具有保暖性和伸縮性。德國Hoechst公司TreviraFrnass

7、e防水透濕超細(xì)聚酯高密織物，經(jīng)紗長絲細(xì)度(1.4dtex，緯紗長絲細(xì)度0.7dtex，單絲經(jīng)密為4800根/cm，單絲緯密為2680根/cm。經(jīng)氟化整理，最后成品的孔徑為雨滴的1/3000，透濕達(20-40)×l03g/m2·24h，耐靜水壓5Ocm水柱，淋雨實驗表明，人工雨淋5h，織物仍保持干燥。(2)利用微孔機理設(shè)計的微孔膜防水透濕涂層織物。微孔透濕是利用能降落到地面的雨滴直徑通常在20-10000µm，而水蒸氣分子的大小為0.0004µml;設(shè)計微孔直徑小于水滴而大于水蒸氣，織物外側(cè)的水不易穿透織物滲透到織物內(nèi)側(cè)，而人體本身散發(fā)的汗氣能夠通過微孔

8、擴散到外界的原理，在織物涂層部分形成貫通的零點幾微米到幾十微米孔徑的膜，表面孔徑一般小于2µm，從而起到防水透濕作用，如圖1。水蒸汽分子和不同狀態(tài)下雨滴直徑如表2。其透濕過程實質(zhì)是一個擴散過程，也就是水蒸汽分子從一個孔移動至另一個孔，從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域流動，它包括3個過程：氣體或蒸汽在薄膜表面"溶解'，在一定梯度下薄膜內(nèi)擴散，最后在濃度低的另一面蒸發(fā)。 表2 水蒸汽分子和水在不同形態(tài)下的直徑6圖1 微孔透濕示意圖 圖2 聚四氟乙烯微孔膜電圖3 Gore-Tex織物示意圖鏡Gore-Tex織物具有優(yōu)良的性能，其防水效果顯著，粘結(jié)牢度高。但其二維拉伸制膜工藝復(fù)雜，

9、成本太高，價格不菲，且柔軟性、懸垂性不太令人滿意。(3)利用高分子間"孔"和親水基團透濕機理設(shè)計的無孔膜防水透濕織物。無孔膜透濕原理是在大分子鏈上引入親水性鏈段，通過親水性鏈段上的親水基團，按 "吸附-擴散-解吸附"的方式將水汽分子由高濕度側(cè)傳遞到低濕度一側(cè)，從而達到透濕的目的。其中的親水基團常被稱為 "化學(xué)階梯石"'。吸附-擴散-解吸附示意圖和水分子擴散的自由體積模型如圖4、圖5。圖4 吸附-擴散-解吸附，示意圖 圖5 水分子擴散自由體積模型主要典型織物如德國Akgo公司sympatex為聚酯型無孔膜 (l5µm厚

10、)與織物層壓(2層或3層)。透濕量為2500g/m2·24h，耐靜水壓達l0米水柱(lbar)。英國Baxanden公司的WilcoflexStaycool為涂層的防水透濕織物，透濕量:2500-8000 g/m2·24h (基布為尼龍)，3500-l0000 g/m2·24h (基布為T/C織物，耐靜水壓達15Ocm水柱。根據(jù)這種機理制造的防水透濕織物具有良好的防水性和防風(fēng)性，但織物懸垂性和柔軟性差，透濕性相對較低，附著牢度較差。顧名思義，防水透濕織物性能測試的主要內(nèi)容是防水性和透濕性。但如何評價這兩種性能目前有不同測試方法，當(dāng)然各種測試方法所測得的結(jié)果也不盡相

11、同。即使是采用相同的測試方法，也往往由于條件略微改變而難以獲得相同的結(jié)果，因此何種透濕性測試方法較為適當(dāng)，日前為止尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)7。1·1 防水透濕織物的防水性測試防水透濕織物的防水性測試，大體分為實地測試、模擬測試和實驗室測試3類。關(guān)于實地測試，其花費較大，時間較長，一般需花費半年到一年或更長的時間。實驗期間，定期測試防水透濕織物的防水性，從而得出其實用性，數(shù)據(jù)一般比較準(zhǔn)確。就模擬測試而言，環(huán)境控制室則成為必不可少的條件，用來模擬各種天氣環(huán)境和人體運動狀態(tài)，測試舒適性。環(huán)境控制室中裝有人工雨塔，可把水從lOm高處以45OL/m·h的流量如暴雨般地泄向人體模型，直徑約為5mm

12、的水滴從頂部2000個孔中噴出，其速度約為40km/h，這種測試手段與前者相比一般時間較短，但花費很高。實驗室測試主要包括靜水壓測試和噴淋試驗等，如在一側(cè)維持一定的水壓，測定單位時間內(nèi)透過織物的水量；或從一定的高度和角度向待測織物連續(xù)噴水，測定浸透時間或吸收的水量或觀察試樣的水漬形態(tài)等。如美國標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D-751和美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)測試法FED-STD-191A5512以及我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB4744-84等都屬于該類測試。 1·2 防水透濕織物的透濕性測試織物透濕性的測試方法主要包括蒸發(fā)法和干燥劑法等。蒸發(fā)法又包括正相杯法和反相杯法。它們是測定在一定溫度、一定濕度和一定的風(fēng)速下單位時

13、間內(nèi)透過織物單位面積的水汽量，一般用g/m2·24h來表示。美國標(biāo)準(zhǔn)測試條件規(guī)定溫度為23，相對濕度為50%，風(fēng)速為1·3 防水透濕織物的評價就其綜合評價而言，以往由于人們主要關(guān)注其防水性能或透濕性能，對這方面的研究較少。但隨著人們消費觀念的轉(zhuǎn)變、消費水平的提高以及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，如何在其主要性能不斷提高的同時，滿足人們對防風(fēng)、保暖、抗菌防病毒、美觀(包括手感、舒適感、懸垂性等)、降低成本，甚至個性化等多方面的需要已成為設(shè)計者重點考慮的問題。對普通面料的風(fēng)格評價可能并不適合于防水透濕織物。而且，由于功能性的需要，也不可能單獨對織物進行評價，必須綜合考慮其加工過程、面料

14、、服裝、使用過程、棄后處理等各個方面。比如，防水透濕織物作為服裝面料必須具有一定的耐久性，耐水洗性相剝離強度是表明耐久性的兩個最重要指標(biāo)，特別是耐水洗性。國外資料稱，Gore-Tex織物大約經(jīng)過七八次水洗之后，耐水壓才開始大幅度下降，而國內(nèi)同類防水透濕織物有的洗滌一、兩次性能就顯著下降6。另外，加工工程中的污染和使用后的織物回收、降解環(huán)保等問題，已經(jīng)成為擺在研究者面前的重要問題。2 2 防水透濕織物的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢經(jīng)過近幾十年的快速發(fā)展，防水透濕織物已成為國內(nèi)外紡織界競相開發(fā)具有特殊功能的高檔面料，應(yīng)用前景十分廣闊。目前，根據(jù)以上3種機理制造的防水透濕織物己廣泛應(yīng)用于軍用服裝、工作服裝、運

15、動服裝、鞋類等多個領(lǐng)域。尤其是非典防護服，不僅保護無數(shù)醫(yī)務(wù)工作者免受侵害，而且使他們在緊張的環(huán)境中保持高效的工作。表3為防水透濕織物的主要應(yīng)用領(lǐng)域。但三者各有長短，在不同的使用條件下各有市場。表3 防水透濕織物的主要應(yīng)用領(lǐng)域4隨著科技的進步，人們在利用以上3種機理取長補短制造新的防水透濕織物的同時，正在產(chǎn)品的功能開發(fā)上吸收和移植現(xiàn)代新技術(shù)，以提升現(xiàn)有防水透濕織物的產(chǎn)品檔次。如防水透濕織物的聚氨酯微孔中分布一些顆粒、薄片，通過反射原理阻止輻射熱的擴散，從而增加織物的保暖性，同時又具備了高彈性；有記憶功能的聚氨酯智能膜是利用聚氨酯樹脂軟鏈段與硬鏈段組合的結(jié)構(gòu)特征，使其具有適當(dāng)?shù)牟ＡЩ瘻囟?，在高于?/p>

16、低于該玻璃化溫度較小范圍時，具有調(diào)節(jié)透濕性的功能；將納米級的功能微粒植入防水膜，則使原先的防水透濕織物具有抗菌、抗紫外線、防偽等復(fù)合功能1；利用磁控濺射技術(shù)8或仿荷葉效應(yīng)9制造新的防水透濕織物等。其產(chǎn)品除具有基本的防水透濕功能外，還需集防風(fēng)防寒、保溫、抗靜電、阻燃、抗菌、抗紫外線、舒適、手感柔軟等多方面性能于一體，其服裝也從最初的軍用服裝、工作服裝等向運動服裝、休閑裝和特種功能服裝方面發(fā)展。參考文獻:1陳一飛沈培健，透濕性涂層防水整理原理及功能評價J四川絲綢，2003（1）:20-212周小紅王善元，防水透濕織物的加工及發(fā)展趨勢J絲綢，2002(8)；493 Zanax GR., The Design Of Waterproof, Water Permeable Fabrics JJournal Of Coated Fabrics, 1985, (