專利名稱：一種智能型防水透濕織物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防水透濕織物，尤其是將水凝膠引入到織物中，得到一種智能型防水透濕織物及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人類生活環(huán)境的不斷改變，人們對(duì)織物多功能的需求不斷提高。防水透濕織物是近年來人們陸續(xù)開發(fā)的高附加值產(chǎn)品之一，也是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。防水透濕織物是指織物在一定的水壓下不會(huì)被水透過或浸透，但是人體散發(fā)的汗液蒸汽卻能通過織物擴(kuò)散或傳遞到外界，而不是在體表和織物之間積聚冷凝而使人感覺黏濕和悶熱，從而實(shí)現(xiàn)了織物防水性能和透濕性能的統(tǒng)一。因而用防水透濕織物制作的服裝不僅能滿足寒冷、雨雪、 大風(fēng)等惡劣天氣中的穿著需要，而且在較大勞動(dòng)強(qiáng)度下也能排汗透濕，穿著舒適，還能在化學(xué)、有毒及傳染環(huán)境中起到隔絕、過濾和透濕作用。因此，美國、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家均把防水透濕織物列為面向21世紀(jì)的高科技產(chǎn)品之一。長期以來，防水透濕織物的產(chǎn)品有以下幾種①聚氨酯涂層(PU)防水透濕織物具有獨(dú)特的柔韌性、耐磨性、低溫性、潤濕性、黏結(jié)性、光澤性以及高內(nèi)聚力和固化速度等；PU 面料除了具有良好的阻水性能外，還具有良好的服裝結(jié)構(gòu)、附件的可設(shè)計(jì)性，以保證快速穿著和在水中的密封性。然而，目前這種PU織物在國內(nèi)外仍處于研究和開發(fā)階段。②多種產(chǎn)品采用氯丁橡膠涂層織物或微孔PTFE薄膜作為抗浸層材料；③尼龍織物，組織結(jié)構(gòu)多為牛津紡，這樣做可以提高面料表面的耐磨性，保護(hù)抗浸涂層或抗浸薄膜。近年來，許多研究者對(duì)防水透濕織物進(jìn)行了深入的研究。權(quán)衡權(quán)衡，溫度感應(yīng)型織物防水透濕整理劑的研制及性能研究.天津工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文，2005年通過使聚氨酯軟段相結(jié)晶并向其中引入化學(xué)內(nèi)交聯(lián)等方法，制備出了臨界轉(zhuǎn)變溫度約為20 ^rc的高透濕性形狀記憶聚氨酯材料，該溫度范圍稍高于人體最為舒適的環(huán)境氣溫15. 6 21. O0C0 徐旭凡等徐旭凡，聚氨酯PU涂層織物防水透濕性能的研究[J].印染助劑，2003，20 (6) 23-25PU樹脂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液涂布在基布上，然后將其放入與DMF有親和作用、而與聚氨酯樹脂無親和作用的水浴中浸漬，制備出了連續(xù)性氣孔的多孔質(zhì)皮膜層，提高了 PU 膜的防水透濕性能。Yun J. K 等Yun J. K, Preparation and properties of water borne polyurethaneurea/sodium alginate blends for high water vapor permeable coating materials[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2007,105 :1168_1176米用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚四氫呋喃醚(PTMG)、二羥甲基丙酸(DMPA)合成的水性PU 中加入藻酸鈉，將其在尼龍布織物上涂層成膜，然后再用水將藻酸鈉溶出，使涂層的透濕量大幅增加。華明揚(yáng)等華明揚(yáng)，水性聚氨酯接枝硅氧烷耐磨柔軟整理劑的制備方法，中國專利，CN101161918A在合成防水透濕聚氨酯的原料中加入了羥基聚硅氧烷，很大程度上改善了防水透濕聚氨酯涂層的柔軟性和耐磨性。孫軍等孫軍，一種防水透濕織物，中國專利， CN25^168Y利用較好防水性能的四氟乙烯微孔膜被包覆在纖維織物層里面，得到了耐水性和防水性良好的織物。郝新敏等郝新敏，一種聚四氟乙烯防水透濕織物的制備方法，中國專利，CN101135115A在聚氨酯涂層溶液中添加少量天然植物粉體，干燥后收縮增加了聚氨酯薄膜的孔隙率，從而增加了織物表面的聚氨酯薄膜層的透濕性能。綜上，以上研究多為聚氨酯涂層(PU)防水透濕織物。智能材料是指材料通過自我判斷能夠感知環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)指令和動(dòng)作執(zhí)行。水凝膠是一種大分子鏈之間以化學(xué)鍵或物理作用力形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的溶脹體，是由水和高分子網(wǎng)絡(luò)所組成的復(fù)合體系，即不溶解也不熔融，小分子物質(zhì)能在其中滲透或擴(kuò)散。研究發(fā)現(xiàn)有些凝膠對(duì)PH、溫度、磁場、電場、光、化學(xué)物質(zhì)等多種信號(hào)能作出不同的響應(yīng)而表現(xiàn)出特有的智能性。其中，研究者合成水凝膠單體以丙烯酰胺及其衍生物、丙烯酸及其衍生物等最為常見。近年來，人們合成了許多種新型高分子凝膠，這類凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)、藥物釋控、織物改性方面具有良好的應(yīng)用前景。等離子體又叫做電漿，由英國物理學(xué)家William Crookes于1879年首先提出，他研究了真空管中電離氣體的性質(zhì)，指出物質(zhì)第四態(tài)的存在。是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。通過氣體放電生成的等離子體可大致分為兩類。一類是高溫等離子體，其溫度高達(dá)萬攝氏度以上，氣體粒子全部是離子化的。另一類是低溫等離子體，相對(duì)前者而言，它通過無電極放電，適于進(jìn)行高純物質(zhì)的制備和處理，工藝效率高，為工藝選擇提供了更多空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種智能型防水透濕織物及其制備方法。本發(fā)明采用等離子體處理技術(shù)，利用空氣作為放電載體，經(jīng)過低頻常壓電暈放電， 在纖維表面上產(chǎn)生自由基；再引發(fā)接枝反應(yīng)，將水凝膠引入到織物中，使織物表面形成智能凝膠層，具有對(duì)“干態(tài)-濕態(tài)”環(huán)境變化做出響應(yīng)的能力，即在干態(tài)的環(huán)境中，凝膠分子處于收縮狀態(tài)，織物中的孔隙開放，透濕透氣性良好；織物一旦浸入水中，凝膠層迅速速溶脹， 將織物中的各級(jí)孔隙封閉，阻止水向織物內(nèi)部滲透，發(fā)揮抗浸功能。智能型防水透濕織物的制備方法如下1、稱取1份織物，用等離子體技術(shù)對(duì)纖維進(jìn)行表面改性。2、將0. 0063 0. 252份硝酸和0. 0055 0. 106份硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水
中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡0. 5 池之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入5. 6 113份N-異丙基丙烯酰胺 (NIPAM)、18. 5 115份甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、5 20份致孔劑、0. 315 0. 63 份硝酸、8. 16 40. 8份乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入32 100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5% 10%的交聯(lián)劑水溶液，快速充N215 60min，反應(yīng)8 24h。3、反應(yīng)完畢之后，織物經(jīng)清洗除雜、干燥，得到智能型防水透濕織物。本發(fā)明所述的織物可以為天然纖維或是合成纖維。天然纖維如天然植物纖維(包括棉、麻、大豆纖維等)絲、毛等。合成纖維如滌綸、尼龍、腈綸、維綸、丙綸、氯綸、氨綸等。本發(fā)明的低溫等離子體處理裝置可使用的工作氣體包括但不限于以下氣體02， H2, N2, NH3, C2H4，CH3, CF4, C2F6等。在低溫等離子體對(duì)材料表面改性的研究中，研究較多的主要有兩種放電形式高頻放電和電暈放電。高頻放電等離子處理技術(shù)為紡織行業(yè)中的常用技術(shù)。高頻放電需要在高真空度條件下進(jìn)行。高頻放電對(duì)材料進(jìn)行接枝改性時(shí)，通常采用惰性氣體如He、Ar等作為放電載體，放電后基體與單體溶液接觸。較佳地，本發(fā)明采用電暈放電低溫等離子體技術(shù)。低頻電暈放電電暈放電通常在空氣氣氛中，常壓下即可進(jìn)行。電子具有足夠高的能量使反應(yīng)物激發(fā)、離解和電離，另一方面整個(gè)反應(yīng)體系保持在較低的溫度水平上，避免了高溫對(duì)基質(zhì)可能造成的破壞。同時(shí)低溫等離子體易于獲得，成本較低?；w表層在各種粒子的作用下會(huì)形成自由基和陷落自由基， 與氧接觸后，形成過氧基團(tuán)；此外，還會(huì)伴隨交聯(lián)、降解等反應(yīng)。這些作用使基體表面能發(fā)生顯著變化。通過對(duì)水在基體表面接觸角的測(cè)定可以方便、直觀了解表面極性的變化。改性后，基體表面的極性基團(tuán)越多，表面能越高，水滴就越容易鋪展，接觸角越小。更佳地，本發(fā)明所述的等離子表面改性為經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理10 40s，得到表面含有等離子體的織物。上述所說的交聯(lián)劑為聚乙二醇(200)雙丙烯酸酯(PEGDA)、聚乙二醇(400)雙丙烯酸酯(PEGDA)或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺。所說的致孔劑為(分子量為400或600)聚乙二醇或氯化鈉粒子(平均粒徑在 800 2500 目)。將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡12 Mh，其間更換蒸餾水三次；煮沸6 12h，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中4 IOh后，將其取出再用蒸餾水漂洗3 他，真空干燥6 1 后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。硝酸鈰銨的作用是作為一種引發(fā)劑，在織物表面上引發(fā)甲基丙烯酸二乙基乙基酯和異丙基丙烯酰胺接枝聚合引發(fā)反應(yīng)。本發(fā)明所制備的智能型防水透濕織物具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)利用低頻常壓電暈放電的等離子體處理技術(shù)對(duì)纖維進(jìn)行表面改性，在其表面上產(chǎn)生等離子體，使得纖維表面產(chǎn)生較多的長壽命自由基，增大其表面能，有利于水凝膠在其表面的接枝，同時(shí)也降低了工藝成本。(2)選擇異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二乙基酯單體制備成水凝膠，形成具有較高溶脹能力和對(duì)溫度、PH值較高響應(yīng)能力的高分子水凝膠，提高了織物的手感和舒適度； 凝膠形成過程中同時(shí)加入致孔劑，在凝膠內(nèi)部形成大量微孔結(jié)構(gòu)，顯著提高凝膠材料對(duì)環(huán)境刺激的響應(yīng)速度，增強(qiáng)織物的防水透濕性能。(3)異丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二乙基酯水凝膠為弱聚電解質(zhì)水凝膠，分子鏈上帶有可電離的官能團(tuán)。在電解質(zhì)存在的條件下，電荷之間的相互作用對(duì)凝膠的溶脹性能有很大的影響，另外水凝膠中水的狀態(tài)及水合氫鍵的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。溶液中的氯化鈉或聚二醇粒子能夠使改性織物中接枝分子鏈變得蜷曲，鏈間相互作用增強(qiáng)，從而導(dǎo)致其與水的相互作用減弱，凝膠溶脹程度下降，改性織物水解后，透水率提高。


圖1為智能型防水透濕織物的防水透濕原理未改性的織物單元，經(jīng)過等離子體表面改性之后，織物表面覆蓋一層密實(shí)的等離子體，再采用接枝改性方法，加入單體引發(fā)聚合，形成具有溫度敏感性能的智能型水凝膠的改性織物單元。當(dāng)織物處在潮濕的環(huán)境中，凝膠層迅速速溶脹，將織物中的各級(jí)孔隙封閉，阻止水向織物內(nèi)部滲透，實(shí)現(xiàn)抗浸功能；當(dāng)織物處在干態(tài)的環(huán)境中，凝膠分子處于收縮狀態(tài)，織物中的孔隙開放，濕氣從孔隙中滲透出來，實(shí)現(xiàn)透氣透濕性能。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 步驟1、稱取Ig織物(尼龍纖維)，經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上，經(jīng)過低頻電暈放電處理10s，得到表面含有等離子體的織物。步驟2、將6. 3mg硝酸和5. 48mg硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水(IOOmL)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡0. 5h之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入5. 6gN-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、18. 5g甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、5g(分子量為400)聚乙二醇、0. 315g硝酸、8. 16g乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入32g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚乙二醇(200)雙丙烯酸酯(PEGDA)水溶液，快速充N215min，反應(yīng)8h。步驟3、反應(yīng)完畢之后，將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡12h，其間更換蒸餾水三次；煮沸他，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中4h后，將其取出再用蒸餾水漂洗池，真空干燥他后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。實(shí)施例2 步驟1、稱取Ig織物(棉纖維織物)，經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理20s，得到表面含有等離子體的織物。步驟2、將0. 0076g硝酸和0. 0548g硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水(140mL)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡50min之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、36. 7g甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、14g(分子量為600)聚乙二醇、0. 41g硝酸、20. 4g乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入48g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的聚乙二醇(400)雙丙烯酸酯(PEGDA) 水溶液，快速充％20min，反應(yīng)IOh。步驟3、反應(yīng)完畢之后，將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡16h，其間更換蒸餾水三次；煮沸他，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中證后，將其取出再用蒸餾水漂洗4h，真空干燥他后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。實(shí)施例3 步驟1、稱取Ig織物(天然麻纖維)，經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理^s，得到表面含有等離子體的織物。步驟2、將0. 164g硝酸和0. 082g硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水(160mL)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡Ih之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入63. 4g N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM) ,74. 5g甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、16g氯化鈉粒子、0. 428g硝酸、26. Ig乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入78. 5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的N，N-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液，快速充N245min，反應(yīng) 16h。步驟3、反應(yīng)完畢之后，將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡18h，其間更換蒸餾水三次；煮沸9h，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中8. 5h后，將其取出再用蒸餾水漂洗證，真空干燥9h后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。實(shí)施例4 步驟1、稱取Ig織物(滌綸)，經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理35s，得到表面含有等離子體的織物。步驟2、將38g硝酸和16g硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水(ISOmL)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡1. 5h之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入88. 6gN-異丙基丙烯酰胺(NIPAM) ,96. 5g甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、18. 6g(分子量600)聚乙二醇、0. 252g硝酸、36. 7g乙醇的混合溶液中， 再往其混合液中加入65g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙二醇(400)雙丙烯酸酯(PEGDA)水溶液，快速充N245min，反應(yīng)18h。步驟3、反應(yīng)完畢之后，將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡20h，其間更換蒸餾水三次；煮沸10h，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中他后，將其取出再用蒸餾水漂洗6h，真空干燥IOh后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。實(shí)施例5 步驟1、稱取Ig織物(維綸)，經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理40s，得到表面含有等離子體的織物。2、將252mg硝酸和109. 6mg硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水QOOmL)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡池之后取出，然后在軋輥的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入113gN-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)、115g甲基丙烯酸二乙基乙基酯(DEAEMA)、20g氯化鈉粒子、0. 63g硝酸、40. Sg乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入IOOg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的N，N-亞甲基雙丙烯酰胺水溶液水溶液，快速充N260min，反應(yīng) 24h。3、反應(yīng)完畢之后，將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡Mh，其間更換蒸餾水三次； 煮沸12h，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中IOh后，將其取出再用蒸餾水漂洗8h，真空干燥1 后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。表1實(shí)施各樣品的防水透濕性能測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于具體步驟如下步驟1、稱取1份織物，用等離子體技術(shù)對(duì)纖維進(jìn)行表面改性；步驟2、將0. 0063 0. 252份硝酸和0. 0055 0. 106份硝酸鈰銨加入到二次蒸餾水 (100 200份)中，然后將表面含有等離子體的織物加入硝酸鈰銨溶液中，浸泡0. 5 池之后取出，然后在軋輥擠壓的作用下去除織物上的未反應(yīng)物，再將織物放入5. 6 113份 N-異丙基丙烯酰胺、18. 5 115份甲基丙烯酸二乙基乙基酯、5 20份致孔劑、0. 315 0. 63份硝酸、8. 16 40. 8份乙醇的混合溶液中，再往其混合液中加入32 100份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 10%的交聯(lián)劑水溶液，快速充隊(duì)15 60min，反應(yīng)8 Mh ；步驟3、反應(yīng)完畢之后，織物經(jīng)清洗除雜、干燥，得到智能型防水透濕織物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于步驟(1) 所述的等離子體技術(shù)為電暈放電等離子技術(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于步驟(1) 所述的表面改性為織物經(jīng)過退漿、煮練、真空干燥處理之后，然后放在功率為5KW、頻率為 2. 45GHz的低溫等離子體處理裝置上處理10 40s，得到表面含有等離子體的織物。
4.如權(quán)利要求1所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于所說的交聯(lián)劑為聚乙二醇雙丙烯酸酯或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種或其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于所說的致孔劑為聚乙二醇或氯化鈉粒子中的一種或其組合。
6.如權(quán)利要求4所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于所述的致孔劑平均粒徑在800 2500目。
7.如權(quán)利要求1所述的一種智能型防水透濕織物及其制備方法，其特征在于所述的步驟C3)的操作為將反應(yīng)后的織物放入蒸餾水中浸泡12 Mh，其間更換蒸餾水三次；煮沸6 12h，清除織物上的雜物；然后將織物浸泡在0. lmol/L的鹽酸溶液中4 IOh后，將其取出再用蒸餾水漂洗3 他，真空干燥6 1 后，得到水凝膠改性之后的智能型防水透濕織物。
全文摘要
一種智能型防水透濕織物及其制備方法，涉及一種防水透濕織物的制備方法，利用低頻常壓電暈放電的等離子體技術(shù)對(duì)纖維進(jìn)行表面改性，在其表面上產(chǎn)生等離子體，再采用化學(xué)接枝改性，將水凝膠引入到織物表面，加入致孔劑，在凝膠內(nèi)部形成大量微孔結(jié)構(gòu)，顯著提高凝膠材料對(duì)環(huán)境的刺激響應(yīng)速度，增強(qiáng)織物的防水透濕性能，且織物手感和舒適度提高。
文檔編號(hào)D06M11/65GK102444021SQ201110242519
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者莊碧雙, 張瑞表 申請(qǐng)人:翔瑞(泉州)納米科技有限公司