專利名稱：一種高效防水透濕面料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高效防水透濕面料及其制備方法，屬于納米功能材料技術領域。
背景技術：
隨著生活水平的不斷提高，人們對服裝的功能性和舒適性的追求已成為一種新潮流，服裝除了為滿足人們穿衣的需要，還要在許多特殊的條件下完成特定功能，同時仍不失其原有的舒適性。防水透濕服裝就是其中一個突出的例子，即在一些惡劣的氣候環(huán)境中所使用的服裝，如風雨衣、滑雪衣、特種軍服等，都必須具備防水透濕功能，即一方面要防止雨雪的滲透，另一方面又要讓人體散熱的汗液以蒸汽的形式通過面料排出以使人感到舒適。僅僅透濕而不防水，或是防水而不透濕同樣是令人難以忍受的。例如，一些涂層織物，雖然具有優(yōu)良的防水性和一定的防風性，但透濕性很差。人穿著這類服裝在激烈運動時，大量汗液由于無法以蒸汽的形式排出，結在衣服內(nèi)部形成冷凝水，使人感覺粘濕而不舒適，遇到天氣寒冷時非常容易造成凍傷。由此可見，將防水、透濕這兩個看似矛盾的性能要求結合起來非常重要，只有這樣才能實現(xiàn)織物防護性能與舒適性的統(tǒng)一。目前市面上的防水透濕織物主要有三種緊密型織物、涂層織物、粘貼薄膜型織物。但是這些類型的防水透濕織物都有一定的局限性。緊密型織物耐水壓太低(在三種織物中是最低的)，這大大限制了它的應用范圍。涂層織物懸垂性和柔軟性差；防水耐久性差，附著牢度差。粘貼薄膜型織物，特別是Gore-Tex織物，雖然具有優(yōu)良的性能；防水效果好，附著牢度高。但其難以獨占市場或大范圍推廣，關鍵的障礙是二維拉伸制膜工藝復雜，成本太高，成衣價格高，其柔軟性、懸垂性不令人滿意。因此，找到一種新的制膜技術來代替二維拉伸技術勢在必行。靜電紡絲技術是一種可制備直徑分布在幾百納米到幾個微米范圍內(nèi)的超細纖維的簡單而有效的方法。通過這種方法制備的超細纖維直徑很小，因而其彎曲剛度很小，纖維手感特別柔軟；超細纖維的比表面積很大，因此纖維織物的覆蓋性、蓬松性和保暖性有明顯提高，而且比表面積大使纖維與灰塵或油污接觸的次數(shù)更多，因而具有極強的清潔功能。因此，通過這種方法制備的超細纖維膜可廣泛應用于防護材料、高檔服裝面料、催化劑載體、組織工程、電池隔離膜、超高靈敏度生物傳感器等領域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效防水透濕面料及其制備方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高效防水透濕面料，其特征在于，包括靜電紡納米纖維膜，靜電紡納米纖維膜的上下兩側皆設有纖維織物層，靜電紡納米纖維膜與纖維織物層之間設有粘合劑點狀膠層。本發(fā)明還提供了上述高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，具體步驟為第一步在室溫下，將聚氨酯加入到溶劑中，再加入疏水性納米顆粒，在磁力攪拌 機上攪拌直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液；第二步將第一步中所得的紡絲液進行超聲波處理，在室溫、濕度為20 30%的條件下，將超聲波處理后的紡絲液置于密閉注射器中，在多噴頭靜電紡絲設備上進行靜電紡絲，在接收裝置上得到具有靜電紡納米纖維膜；第三步通過轉移輥將粘合劑以點狀形式轉移到靜電紡納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層，再將纖維織物黏附上，形成纖維織物層，然后進行熱軋，制成高效防水透濕面料。優(yōu)選地，所述第一步中采用的聚氨酯為兩親性聚合物。優(yōu)選地，所述第一步中采用的聚氨酯的加入量為紡絲液的7_14wt%。
優(yōu)選地，所述第一步中的疏水性納米顆粒為SiO2或聚四氟乙烯的顆粒。優(yōu)選地,所述第一步中的疏水性納米顆粒的直徑范圍在15納米至I. 7微米。優(yōu)選地，所述第一步中的疏水性納米顆粒的加入量為紡絲液的2_5wt%。優(yōu)選地，所述第一步中的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氫呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，苯和甲苯中的一種或二種以上的混合物。優(yōu)選地，所述第二步中的超聲波處理條件為超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦，處理時間為30-60分鐘。優(yōu)選地，所述第二步中的靜電紡絲條件為注射速度1-5毫升/小時，接收距離15-25厘米，外加電壓為15-35千伏，噴頭數(shù)在10-20個。優(yōu)選地，所述第二步中接收裝置為鋁箔、銅網(wǎng)、織物、鐵板、導電卡紙和無紡布中的一種或兩種以上的復合物。優(yōu)選地，所述第三步中纖維織物選自棉纖維織物、尼龍纖維織物、滌綸纖維織物、滌棉織物和滌毛織物。優(yōu)選地，所述第三步中所用的粘合劑為聚酰胺、有機硅、乙烯-醋酸乙酯共聚物或聚酯。優(yōu)選地，所述第三步中熱軋條件為溫度60_120°C，壓力300-500千帕，熱軋時間2分鐘。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下(I)通過調(diào)整不同直徑的納米顆粒的加入量以及靜電紡絲過程中加工工藝參數(shù)，最終獲得具有優(yōu)異的防水透濕性能的聚氨酯納米纖維膜。所得納米纖維膜的纖維直徑40-500納米，膜厚0. 06毫米。納米纖維膜與織物復合后其剝離強度為6-10牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，透濕量為6000-9000g/m2 *24h (按GB/T1270491中干燥杯法測試)，耐水壓70-90千帕(按GB4744-84測試)，且納米纖維膜具有疏水性，其接觸角在110-145°。(2)制膜工藝簡單，成本低廉，生產(chǎn)效率高，能滿足應用需求。


圖I為高效防水透濕面料結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實例，進一步對本發(fā)明進行詳細闡述。以下實施例中使用的試劑皆為外購試劑，其中，各種溶劑均購自上海晶純試劑有限公司；聚氨酯(巴斯夫中國有限公司，ElastollanR 12280A10)，聚酰胺粘合劑(深圳市固泰科技有限公司，GT-701)，有機硅粘合劑(邁圖高新材料有限公司，F(xiàn)RV1106)，乙烯-醋酸乙酯共聚物(比利時艾克森化學公司，UL5540)，聚氨酯粘合劑(煙臺雙天聚氨酯膠粘劑有限公司，SH-3)，聚四氟乙烯顆粒(日本旭硝子，L169E)。以下實施例中使用的各種設備皆為市售設備，高壓電源為天津東文高壓電源廠生產(chǎn)的DW-P303-1ACD8型號產(chǎn)品；紡絲液輸送系統(tǒng)為保定蘭格恒流泵有限公司生產(chǎn)的LSP02113型號產(chǎn)品，自制的金屬滾筒接收裝置。以下實施例中使用的各種織物(棉纖維織物、尼龍纖維織物、滌綸纖維織物、滌棉織物和滌毛織物)皆是常州新安無紡布有限公司生產(chǎn)的。實施例I如圖I所示，為高效防水透濕面 料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將12克聚氨酯加入到103. 2克N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，再加入直徑為15納米的SiO2納米顆粒4. 8克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為10%和4%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理30分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為15千伏，注射速度為5毫升/小時，接收距離為20厘米，在10噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲8小時，最終在銅網(wǎng)上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為400納米、厚度為35微米；第三步、在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將聚酰胺粘合劑以點狀形式均勻轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將尼龍織物黏附上形成纖維織物層2，然后在60°C溫度壓力300千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜(接觸角為126° )與織物的剝離強度為6牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達7500g/m2 *24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓82千帕(按GB4744-84測試)。實施例2如圖I所示，為高效防水透濕面料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將8. 4克聚氨酯加入到109. 2克N_N_ 二甲基乙酰胺溶劑中，再加入直徑為15納米的SiO2納米顆粒2. 4克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為7%和2%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理30分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為25千伏，注射速度為4毫升/小時，接收距離為15厘米，在16噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲10小時，最終在銅網(wǎng)上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為380納米、厚度為34微米；
第三步，在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將有機硅粘合劑以點狀形式轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將尼龍織物黏附上形成纖維織物層2，然后在80°C溫度壓力400千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜(接觸角為110° )與織物的剝離強度為
7.5牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達6000g/m2 24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓70千帕(按GB4744-84測試)。實施例3如圖I所示，為高效防水透濕面料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將14. 4克聚氨酯加入到102克二氯甲烷溶劑中，再加入直徑為40納米的聚四氟乙烯納米顆粒3. 6克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為12%和3%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理40分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為35千伏，注射速度為I毫升/小時，接收距離為15厘米，在14噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲40小時，最終在鋁箔上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為370納米、厚度為37微米；第三步，在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將聚酰胺粘合劑以點狀形式轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將棉纖維織物黏附上形成纖維織物層2，然后在85°C溫度壓力300千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜(接觸角為138° )與織物的剝離強度為
8.I牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達8600g/m2 *24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓92千帕(按GB4744-84測試)。實施例4如圖I所示，為高效防水透濕面料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將16. 8克聚氨酯加入到97. 2克三氯甲烷溶劑中，再加入直徑為800納米的聚四氟乙烯納米顆粒6克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為14%和5%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理35分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為25千伏，注射速度為3毫升/小時，接收距離為20厘米，在20噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲13. 5小時，最終在銅網(wǎng)上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為458納米、厚度為36微米；第三步，在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將聚酰胺粘合劑以點狀形式轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將尼龍織物黏附上形成纖維織物層2，然后在100°C溫度壓力450千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜( 接觸角為150° )與織物的剝離強度為
7.9牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達9000g/m2 24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓72千帕(按GB4744-84測試)。實施例5如圖I所示，為高效防水透濕面料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將2. 4克聚氨酯加入到109. 2克丙酮溶劑中，再加入直徑為800納米的TiO2納米顆粒2. 4克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為10%和2%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理50分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為30千伏，注射速度為5毫升/小時，接收距離為20厘米，在18噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲4小時，最終在鋁箔上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為512納米、厚度為41微米；第三步，在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將乙烯-醋酸乙酯共聚物粘合劑以點狀形式轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將尼龍織物黏附上形成纖維織物層2，然后在120°C溫度壓力400千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜(接觸角為118° )與織物的剝離強度為
8.9牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達8400g/m2 24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓90千帕(按GB4744-84測試)。實施例6如圖I所示，為高效防水透濕面料結構示意圖，所述的高效防水透濕面料包括靜電紡納米纖維膜4，靜電紡納米纖維膜4的上下兩側皆設有纖維織物層2，靜電紡納米纖維膜4與纖維織物層2之間設有粘合劑點狀膠層3。其制備方法為第一步、在室溫25°C下，將8. 4克聚氨酯加入到109. 2克一氯甲烷溶劑中，再加入直徑為I. 7 ii m的SiO2納米顆粒2. 4克，在磁力攪拌機上以200轉/分的轉速攪拌2小時，直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液，得到質(zhì)量分數(shù)分別為7%和2%聚氨酯和SiO2納米顆粒的混合溶液。第二步、將所得混合溶液經(jīng)超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦的超聲波處理60分鐘，在室溫25°C，濕度為25%的條件下，將所得溶液置于密閉注射器中，控制外加電壓為30千伏，注射速度為5毫升/小時，接收距離為20厘米，在10噴頭靜電紡絲設備上進行紡絲4小時，最終在導電卡紙上得到靜電紡納米纖維膜4，其纖維直徑為480納米、厚度為39微米；第三步，在制備的聚氨酯納米纖維膜兩側層壓纖維織物通過轉移輥的刻花滾筒將聚氨酯粘合劑以點狀形式轉移到聚氨酯納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層3，這種點狀膠層的網(wǎng)點目數(shù)為8目/英寸，再將滌綸纖維織物黏附上形成纖維織物層2，然后在120°C溫度壓力400千帕下熱軋2分鐘，制成防水透濕的聚氨酯納米纖維膜復合面料。 通過上述方法得到的聚氨酯納米纖維膜(接觸角為112° )與織物的剝離強度為10牛頓/厘米(按FZ/T01010-91測試)，得到的聚氨酯納米纖維膜復合面料的透濕量高達8300g/m2 *24h (按GB/T12704-91中干燥杯法測試)，耐水壓76千帕(按GB4744-84測試)。
權利要求
1.一種高效防水透濕面料，其特征在于，包括靜電紡納米纖維膜(4)，靜電紡納米纖維膜(4)的上下兩側皆設有纖維織物層(2)，靜電紡納米纖維膜(4)與纖維織物層(2)之間設有粘合劑點狀膠層(3)。
2.權利要求I所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，具體步驟為 第一步在室溫下，將聚氨酯加入到溶劑中，再加入疏水性納米顆粒，在磁力攪拌機上攪拌直至獲得性質(zhì)均一的紡絲液； 第二步將第一步中所得的紡絲液進行超聲波處理，在室溫、濕度為20 30%的條件下，將超聲波處理后的紡絲液置于密閉注射器中，在多噴頭靜電紡絲設備上進行靜電紡絲，在接收裝置上得到具有靜電紡納米纖維膜(4)； 第三步通過轉移輥將粘合劑以點狀形式轉移到靜電紡納米纖維膜(4)上形成粘合劑點狀膠層(3)，再將纖維織物黏附上，形成纖維織物層(2)，然后進行熱軋，制成高效防水透濕面料。
3.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第一步中采用的聚氨酯為兩親性聚合物。
4.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第一步中采用的聚氨酯的加入量為紡絲液的7-14wt%。
5.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性納米顆粒為SiO2或聚四氟乙烯的顆粒。
6.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性納米顆粒的直徑范圍在15納米至I. 7微米。
7.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第一步中的疏水性納米顆粒的加入量為紡絲液的2-5wt%。
8.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第二步中的超聲波處理條件為超聲波頻率為35千赫茲，超聲波功率為180瓦，處理時間為30-60分鐘。
9.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第二步中的靜電紡絲條件為注射速度1-5毫升/小時，接收距離15-25厘米，外加電壓為15-35千伏，噴頭數(shù)在10-20個。
10.如權利要求2所述的高效防水透濕面料的制備方法，其特征在于，所述第三步中熱軋條件為溫度60-120°C，壓力300-500千帕，熱軋時間2分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高效防水透濕面料及其制備方法。所述的高效防水透濕面料，其特征在于，包括靜電紡納米纖維膜，靜電紡納米纖維膜的上下兩側皆設有纖維織物層，靜電紡納米纖維膜與纖維織物層之間設有粘合劑點狀膠層。其制備方法為在室溫下，將聚氨酯加入到溶劑中，再加入疏水性納米顆粒，獲得性質(zhì)均一的紡絲液；將紡絲液進行超聲波處理，將超聲波處理后的紡絲液進行靜電紡絲，在接收裝置上得到具有靜電紡納米纖維膜；通過轉移輥將粘合劑以點狀形式轉移到靜電紡納米纖維膜上形成粘合劑點狀膠層，再將纖維織物黏附上，形成纖維織物層，然后進行熱軋，制成高效防水透濕面料。本發(fā)明所得產(chǎn)品的防水透濕性好。
文檔編號D01D1/02GK102632648SQ201210106948
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權日2012年4月12日
發(fā)明者丁彬, 俞建勇, 孫剛, 王先鋒, 胡娟平, 葛建峰 申請人:東華大學