專利名稱：：共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)及紡織品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是涉及一種高分子材料，更特別地涉及一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)及應(yīng)用此薄膜結(jié)構(gòu)的紡織品(Co-extrudedwater-proofandmoisture-permeablefilmstructureandtextile)。
背景技術(shù)：
：熱塑性聚氨酯(thermoplasticpolyurethane，TPU)是一種高抗張強(qiáng)度且柔軟的彈性體合成樹脂，具有耐磨、耐低溫、不龜裂、不易從被附著物表面脫落等特性。其加工不使用溶劑且具有可分解性，符合環(huán)保要求，用途廣泛，尤其在紡織物及成衣加工貼合方面，相當(dāng)實(shí)用。在薄膜加工方面，為了達(dá)到較低的厚度(<20|1111)與較佳均一性(精度±15%)，通常采用吹膜(blownfilm)的加工方式。由于聚氨酯表面的摩擦力大，在薄膜巻曲、拉平的過(guò)程中，常會(huì)遇到薄膜成塊(filmblocking)的問(wèn)題，致薄膜破損，嚴(yán)重影響良率。傳統(tǒng)上，多利用添加技術(shù)解決此一問(wèn)題，然而，添加劑的用量過(guò)大，造成高成本且經(jīng)常無(wú)法滿足工藝需求。另由于聚氨酯本身也會(huì)吸收水氣，遂在制造薄膜的過(guò)程中，免不了又會(huì)產(chǎn)生模具堵塞(die-build-up)的問(wèn)題，造成工藝中斷。因此，如何有效解決工藝的薄膜成塊(filmblocking)與模具堵塞(die-build-up)的問(wèn)題，且能制作出兼具防水透濕功能的薄膜材料，是技術(shù)人員努力追求的目標(biāo)。目前，有關(guān)透濕性聚氨酯的專利，主要以導(dǎo)入親水性官能基團(tuán)至高分子結(jié)構(gòu)中為出發(fā)點(diǎn)，配合上各種可以增加水分穿透的手段，如添加吸水性的粉體或創(chuàng)造間隙孔洞等，或是以交聯(lián)結(jié)構(gòu)或剛硬芳香族來(lái)彌補(bǔ)親水鏈段造成的機(jī)械強(qiáng)度不足，來(lái)達(dá)到高透濕性、可加工應(yīng)用的目的。有關(guān)透濕防水聚氨酯的專利相當(dāng)多，當(dāng)中以外添加物或后段加工方式改性的文獻(xiàn)占多數(shù)，反而純粹的原料配方的專利較少見。US-6790926公開了透濕性聚氨酯的配方及其薄膜制法與應(yīng)用領(lǐng)域，其中在原料組成方面，除了使用高重量百分比的EO(ethyleneoxide)鏈段的聚醚多元醇(polyetherpolyol)(含聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG))、4，4-二異氰酸二苯甲垸(4，4-methylenebisphenyldiisocyanate，MDI)、小分子鏈延長(zhǎng)劑，并利用芳香族二元醇(araliphaticdiol)(含苯環(huán)結(jié)構(gòu))來(lái)提高樹脂的軟化點(diǎn)、強(qiáng)度及降低薄膜沾粘性。US-2004092696使用含有EO鏈段的聚醚反應(yīng)中間體(兩末端為OH官能基)，配合作為鏈延長(zhǎng)劑的芳香族二元醇(加強(qiáng)軟硬段的相分離)合成聚氨酯，可使樹脂具有較高的熔融溫度、強(qiáng)度，并具有抗靜電性。本專利也指出高的熔點(diǎn)可使樹脂進(jìn)行熔融紡絲。該纖維成品具有高延伸率、透濕性、耐熱性及可加工性。US-2003195293則為透濕、水性聚氨酯的專利，其強(qiáng)調(diào)使用含側(cè)鏈EO與含主鏈EO的多元醇合成聚氨酯，因?yàn)楦叻肿咏Y(jié)構(gòu)本身已具有許多親水EO鏈段，所以在水分散階段并無(wú)需要添加乳化劑或胺類中和劑，故無(wú)溶劑、低分子揮發(fā)物的污染問(wèn)題。此水性聚氨酯應(yīng)用在創(chuàng)傷披覆材、織物上具有良好透濕性。此外，配方可與其它高分子混用增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。JP-2000220076公開的聚氨酯組成配方中，整體樹脂含有EO官能基至少20wt。/。以上，可應(yīng)用于溶劑型聚氨酯的涂布。為了避免EO鏈段集中于多元醇軟段上而造成強(qiáng)度下降，使用的二元醇鏈延長(zhǎng)劑也含有EO鏈段，屬于聚氨酯硬段的結(jié)構(gòu)，使透濕基團(tuán)分布更平均、強(qiáng)度較高。DE-4442380利用兩種或多種聚醚聚氨酯進(jìn)行熱熔融混合，其中一種必為含透濕性聚乙二醇的聚氨酯，其余則根據(jù)強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)需求而選用，專利中并限定樹脂整體的EO含量與聚醚聚氨酯混合比例。聚酯聚氨酯因透濕性差，所以被排除在使用種類外。DE-4339475由聚醚多元醇合成聚氨酯，其EO重量比在35~60\^%之間，且聚氨酯熔融流動(dòng)指數(shù)需低于70，以方便加工涂布。小分子鏈延長(zhǎng)劑的二元醇部分包括有醚與酯兩類，然并未直接使用聚酯作為大分子的多元醇。US-5254641以硬度為75A92A、含聚乙二醇的聚氨酯與520wt。/。的聚醚-酰胺(polyether-amide)或聚醚-酯(polyether-ester)混合加工制作透濕膜，聚醚-酰胺或聚醚-酯的高強(qiáng)度可改善聚氨酯強(qiáng)度不足的問(wèn)題。US-5283112利用聚乙二醇及疏水性PDMS(含硅垸鏈的多元醇)作為聚氨酯合成原料，由于兩者親水性相差大，遂使相分離更完全、物性強(qiáng)度更佳。合成上使用溶劑，可應(yīng)用于涂布成膜。其主要利用PDMS增加樹脂的柔韌性并改善樹脂與涂布基材的附著性。EP-335276使用脂肪族或環(huán)脂族二異氰酸酯(diisocyanate)配合含EO的聚醚多元醇、二元醇合成非黃變型的透濕性聚氨酯?？筛纳破淙彳浶?、物性模數(shù)，適用于各種擠壓成型加工。GB-2087909公開溶劑型聚氨酯，先以短鏈二元醇與過(guò)量二異氰酸酯合成預(yù)聚物，再與聚乙二醇合成聚氨酯、制膜，其中聚乙二醇占薄膜組成的25~40wt%。由于二元醇與二異氰酸酯先形成較長(zhǎng)鏈的硬段預(yù)聚物，遂可補(bǔ)強(qiáng)軟鏈聚乙二醇的物性強(qiáng)度。WO-9000969、WO-9000180、GB-2157703為二液型或預(yù)聚物型聚氨酯，使用聚乙二醇為主的聚醚多元醇合成NCO過(guò)量的低粘度聚氨酯，使用時(shí)再加入鏈延長(zhǎng)劑、交聯(lián)劑等進(jìn)行反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)以增加強(qiáng)度。在臺(tái)灣早期公開第TW200724577號(hào)中，本發(fā)明的發(fā)明人以聚乙烯改性聚氨酯的薄膜，應(yīng)用于防水透濕織品。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于通過(guò)一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，以基本上解決現(xiàn)有技術(shù)存在的薄膜成塊與模具堵塞的問(wèn)題，且能制作出兼具防水和透濕功能的薄膜材料。本發(fā)明提供一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，包括頂表層，包括聚烯烴或第一聚氨酯；中間層，包括第二聚氨酯；以及底表層，包括聚烯烴或第三聚氨酯；其中中間層是夾設(shè)于頂表層與底表層之間，且第一聚氨酯及第三聚氨酯的透濕度與透氣度小于第二聚氨酯。本發(fā)明也提供一種防水透濕紡織品，包括織布，以及上述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，通過(guò)粘著劑貼合至織布上。本發(fā)明提供的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)及應(yīng)用此薄膜結(jié)構(gòu)的紡織品具有良好的透濕性，而且基本上克服了現(xiàn)有工藝的薄膜成塊與模具堵塞的問(wèn)題。圖1是本發(fā)明的共擠壓防水透濕薄膜的示意圖。其中，附圖標(biāo)號(hào)10共擠壓防水透濕薄膜；11頂表層；13中間層；15底表層。具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)10，包括頂表層11，可為聚烯烴或聚氨酯；中間層13，包括聚氨酯；以及底表層15，包括聚烯烴或聚氨酯。頂表層11與底表層15的聚氨酯的透濕度與透氣度，均小于中間層13的聚氨酯。在本發(fā)明一實(shí)施例中，聚氨酯為熱塑性(therm叩lastic)聚氨酯，其結(jié)構(gòu)上包括硬段(hardsegment)及軟段(softsegment)兩部份。硬段結(jié)構(gòu)可由芳香族聚異氰酸酯(aromaticpolyisocyanate)所組成，如4，4-二異氰酸甲苯(toluenediisocyanate，TDI)或4,4-二異氰酸二苯甲烷(4，4-methylenebisphenyldiisocyanate，MDI)。軟段結(jié)構(gòu)可由聚醚多元醇(polyether隱polyol)、聚酯多元醇(polyester-polyol)、或上述的共聚物所組成。聚醚多元醇可為聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)、聚丙二醇(polypropyleneglycol,PPG)、聚丁二醇(polytetramethyleneglycol,PTMG)、或聚1，4畫丁二醇(l,4-butanediol，1，4-BD)。聚酯多元醇可為聚1，4-丁二醇己二酸(poly(l，4-butyleneadipate，PBA))。結(jié)構(gòu)中，硬段與軟段的比例大體介于0.30.8。同時(shí)聚氨酯的組成原料反應(yīng)物的NCO/OH比值較佳介于0.91.2。除了聚氨酯外，頂表層11及/或底表層15也可為其它材質(zhì)如聚烯烴。合適的聚烯烴包括聚乙烯(PE)、乙烯丙烯共聚物(ethylenepropylenecopolymer)、或乙烯丙烯丁烯共聚物(ethylenepropylenebutylenesterpolymer)。聚乙烯可為接枝型(branched)或線型(linear)，線型聚乙烯可為線性低密度聚乙烯(linearlowdensitypolyethylene,LLDPE,密度大約介于0.9150.940g/cm3)、高密度聚乙烯(highdensitypolyethylene,簡(jiǎn)稱HDPE，密度大約介于0.9410.970g/cm3)、或上述的混摻物。在本發(fā)明一實(shí)施例中，中間層13的厚度約為5-100pm。在本發(fā)明一實(shí)施例中，中間層13的厚度約為5-30nm，或約10-20iam。當(dāng)頂表層11及底表層15的材質(zhì)為聚氨酯時(shí)，其厚度遠(yuǎn)小于中間層13，約為中間層13厚度的1/10至1/20。以中間層13為2(Him為例，則頂表層11及底表層15的厚度則為lpm至2pm。若頂表層11及底表層15的材質(zhì)為聚烯烴時(shí)，則沒(méi)有厚度上的限制，不過(guò)為簡(jiǎn)化工藝起見，頂表層11與底表層15的厚度實(shí)質(zhì)上等于或大于中間層13的厚度。值得注意的是，頂表層11與底表層15的材質(zhì)可相同或不同。本發(fā)明的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)的排列可為聚烯烴/聚氨酯/聚烯烴、聚氨酯/聚氨酯/聚氨酯、聚烯烴/聚氨酯/聚氨酯、或聚氨酯/聚烯烴/聚氨酯。如前所述，頂表層及底表層的聚氨酯是不同于中間層的聚氨酯，且厚度遠(yuǎn)小于中間層。由于頂表層11及底表層15不吸水、低表面摩擦力的特性，使薄膜在制造過(guò)程中，避免了原本薄膜成塊filmblocking及模具堵塞die-build-up的問(wèn)題，大大提高產(chǎn)品良率。本發(fā)明防水透濕薄膜在后續(xù)進(jìn)行吹膜(blownfilm)加工時(shí)，其設(shè)定的吹脹比(blow-upratio)大體介于1.53.0，較佳為2.0。此外，本發(fā)明的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)也可用禱膜(castfilm)或擠壓涂布(extrusioncoating)方法來(lái)制造。完成上述薄膜后，可利用粘著劑將薄膜貼合(laminate)至織物上，使織物具有防水透濕功能。值得注意的是，若采用聚烯烴作為頂表層11及/或底表層15的材料，則需在將薄膜貼合至織物前移除頂表層11及/或底表層15。舉例來(lái)說(shuō)，若薄膜結(jié)構(gòu)為聚氨酯/聚氨酯/聚氨酯時(shí)，則不需任何移除步驟。反之，若薄膜結(jié)構(gòu)為聚烯烴/聚氨酯/聚烯烴時(shí)，則需移除聚烯烴的頂表層及底表層。在頂表層與底表層其中一者為聚烯烴，另一者為聚氨酯的情況時(shí)，如聚烯烴/聚氨酯/聚氨酯，則移除聚烯烴的頂表層而保留聚氨酯的底表層。本發(fā)明適用的織布包含了機(jī)織布(woven)、針織布(knitte)、或無(wú)紡布(non-woven)。為了不影響透濕功能，粘著劑是不連續(xù)的涂布于織物上。最后形成的防水透濕織品可應(yīng)用于高單價(jià)產(chǎn)品如服飾、汽車內(nèi)裝、醫(yī)療實(shí)驗(yàn)用品、運(yùn)動(dòng)用品、寢具、或玻璃工業(yè)。為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的特征，特舉例于下述實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例以吹膜法加工得到三層共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其頂表層為20(im厚的LDPE(臺(tái)灣聚合化學(xué)品股份有限公司，百塑烯NA112-27);中間層為20pm厚的聚氨酯I-80M(工研院)，具有硬段結(jié)構(gòu)TDI與軟段結(jié)構(gòu)PEG,兩者比例為0.83:0.17;以及底表層20pm厚的LDPE(臺(tái)灣聚合化學(xué)品股份有限公司，百塑烯NA112-27)。吹膜加工法設(shè)定的吹脹比為2.0。將薄膜的頂表層及底表層的LDPE剝離，僅用I-80M層進(jìn)行透濕測(cè)試如ASTME96BW及JIS1099A-2，所得數(shù)據(jù)如表1所示。ASTME96BW為倒杯透濕度的測(cè)量法，是于25卩外部相對(duì)濕度50%的情況下將水杯覆于薄膜上，測(cè)量透濕度，單位為g/m2/D。而JIS1099A-2為正杯透濕度的測(cè)量法，是于40。C外部相對(duì)濕度50%的情況下將薄膜罩在水杯上，測(cè)量透濕度，單位為g/m2/D。上述兩種透濕度的數(shù)值越大，表示薄膜的透濕性及透氣性越好。實(shí)施例2本實(shí)施例以吹膜法加工得到三層共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其頂表層為20|im厚的LLDPE118W(SaudiBasicIndustriesCorporation);中間層為20pm厚的聚氨酯(購(gòu)自Noveon的ESTANE58245);以及底表層20pm厚的LLDPE118W(SaudiBasicIndustriesCorporation)。吹膜加工法設(shè)定的吹脹比為2.0。將薄膜的頂表層及底表層LLDPE118W剝離，僅用ESTANE58245層進(jìn)行透濕測(cè)試如ASTME96BW及JIS1099A-2，所得數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)施例3本實(shí)施例以吹膜法加工得到三層共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其頂表層為20pm厚的LDPE(臺(tái)灣聚合化學(xué)品股份有限公司，百塑烯NA112-27);中間層為20pm厚的聚氨酯(購(gòu)自Noveon的ESTANE58237);以及底表層20pm厚的LDPE(臺(tái)灣聚合化學(xué)品股份有限公司，百塑烯NA112-27)。吹膜加工法設(shè)定的吹脹比為2.0。將薄膜的頂表層及底表層的LDPE剝離，僅用ESTANE58237層進(jìn)行透濕測(cè)試如ASTME96BW及JIS1099A-2，所得數(shù)據(jù)如表1所示。比較實(shí)施例取市售TPU膜商品DINTEXFS2090(鼎基化學(xué)工業(yè)股份有限公司)、DINTEXFT1681(鼎基化學(xué)工業(yè)股份有限公司)、DINTEXFT1880(鼎基化學(xué)工業(yè)股份有限公司)、以及孔隙性聚四氟乙烯膜YEUMIFLONSTYLE2101(宇明泰化工股份有限公司)，進(jìn)行透濕度測(cè)量如ASTME96BW及JIS1099A-2，膜厚及透濕度等數(shù)據(jù)如表1所示。1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表1可清楚發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的聚氨酯薄膜具有良好的透濕性，和市售產(chǎn)品相當(dāng)。雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范屈當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，包括一頂表層，包括聚烯烴或第一聚氨酯；一中間層，包括第二聚氨酯；以及一底表層，包括聚烯烴或第三聚氨酯；其中該中間層是夾設(shè)于該頂表層與該底表層之間；該第一聚氨酯及該第三聚氨酯的透濕度與透氣度小于該第二聚氨酯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該聚烯烴包括聚乙烯、乙烯丙烯共聚物、或乙烯丙烯丁烯共聚物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該聚乙烯包括接枝型聚乙烯或線型聚乙烯。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該線型聚乙烯包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、或上述的混摻物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一、第二、及第三聚氨酯是一熱塑性聚氨酯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一、第二、及第三聚氨酯包括一硬段結(jié)構(gòu)及一軟段結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該硬段結(jié)構(gòu)是一芳香族聚異氰酸酯。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芳香族聚異氰酸酯包括4,4-二異氰酸二苯甲烷或二異氰酸甲苯。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該軟段結(jié)構(gòu)包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、或上述的共聚物。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該聚醚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇、或聚丁二醇、或聚1，4-丁二醇。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該聚酯多元醇包括聚1，4-丁二醇己二酸。12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該硬段結(jié)構(gòu)與該軟段結(jié)構(gòu)的比例介于0.3至0.8之間。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該頂表層是該第一聚氨酯，且該頂表層的厚度約為該中間層的1/10至1/20。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該底表層是該第三聚氨酯，且該底表層的厚度約為該中間層的1/10至1/20。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該頂表層是該聚烯烴，且該頂表層的厚度實(shí)質(zhì)上大于或等于該中間層的厚度。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，該底表層是該聚烯烴，且該底表層的厚度實(shí)質(zhì)上大于或等于該中間層的厚度。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，其形成方法包括共擠壓吹膜或共擠壓鑄膜。18.—種防水透濕紡織品，包括一織布；以及如權(quán)利要求1所述的共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，通過(guò)一粘著劑貼合至該織布上。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的防水透濕紡織品，其特征在于，該頂表層及/或該底表層為聚烯烴，在該共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)貼合至該織布前即被移除。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的防水透濕紡織品，其特征在于，該織布包括機(jī)織布、針織布、或無(wú)紡布。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的防水透濕紡織品，其特征在于，該粘著劑涂布呈不連續(xù)狀分布。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的防水透濕紡織品，其特征在于，其是應(yīng)用于服飾、汽車內(nèi)裝、醫(yī)療實(shí)驗(yàn)用品、運(yùn)動(dòng)用品、寢具、或玻璃工業(yè)。全文摘要本發(fā)明提供一種共擠壓防水透濕薄膜結(jié)構(gòu)，包括頂表層，中間層和底表層。該頂表層和底表層包括聚烯烴或聚氨酯；該中間層包括聚氨酯。中間層是夾設(shè)于頂表層與底表層之間。若頂表層及/或底表層采用聚氨酯，則頂表層與底表層的聚氨酯的透濕度與透氣度，均小于中間層的聚氨酯。上述薄膜可通過(guò)共擠壓吹膜或共擠壓鑄膜等方法制造。此外，將上述的共擠壓防水透濕薄膜通過(guò)粘著劑貼合至織布上，即形成防水透濕紡織品。文檔編號(hào)B32B27/40GK101412297SQ20071016329公開日2009年4月22日申請(qǐng)日期2007年10月19日優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日發(fā)明者張義和,陳瑞鑫,龔丹誠(chéng)申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院