防水透湿织物加工技术及发展新趋势

朱洪英，白莉红

（河南工程学院，河南郑州 450007）

防水透湿织物加工技术及发展新趋势

朱洪英，白莉红

（河南工程学院，河南郑州 450007）

介绍了防水透湿织物的分类方法，按防水透湿机理介绍了三类防水透湿织物的现状，并展望了防水透湿技术的发展趋势。

防水透湿;织物;加工技术;新趋势

防水透湿织物是指外界的水滴不能进入即能够防水，而内部的水蒸气能够透出即能够透湿，要求具有一定的拒水和防水性、能迅速吸收冷凝水并向外扩散且透湿量保持在出汗量以上。防水透湿织物是一种既能防雨防风，又能排汗透气，可以保持穿着者温暖、干爽、舒适的织物，又被称为“可呼吸织物”。

1 防水透湿织物的分类

防水透湿织物品种很多，并且不断有新品种问世，一般可按照其加工方法或防水透湿原理进行分类。

1.1 按加工方法分类

防水透湿织物按加工方法可分为三类:分别为超高密度织物、涂层织物和层压织物。超高密度织物是采用细棉纤维或超细合成纤维长丝织成高密度织物，纱线间隙小，阻止水滴通过。涂层织物是通过采用干法或湿法涂层工艺技术，涂层剂将织物表面孔隙完全封闭或减小到一定程度，使织物具有防水性，涂层时形成的微孔或涂层剂中的亲水基团使织物具有透湿性。层压织物是用层压工艺将具有防水透湿功能的微孔或亲水性薄膜与普通织物层压复合在一起形成防水透湿织物。

1.2 按透湿原理分类

防水透湿织物按透湿原理也可分为三类。（1）超高密型:标志性产品是Ventile织物，它是100%纯棉的紧密织物，其原理是织物受湿后棉纤维截面积膨胀，使纤维间的孔隙缩小，这一闭孔机理同特殊的拒水整理相结合，一般压力下水很难渗透。随着合成纤维细特、超细特高收缩长丝的超高密织物出现，又结合超级拒水整理技术，使这类产品的防水透湿和穿着舒适性有了很大的提高。（2）微孔薄膜层压和微孔涂层织物（通称微孔技术）:在膜或涂层上有无数微孔并形成通道，微孔的孔径比水滴小而比水蒸气分子大，最小的雨滴也不能通过，而水蒸气分子却可以通过，从而使得织物具有防水透湿的功能。（3）无孔薄膜层压和涂层织物（通称致密亲水膜技术）:膜或涂层表面无孔，所以防水;但由于含有亲水性基团，且排列合适，可以与水分子作用，借助氢键和其它分子间力，在高湿度、高温度一侧吸附水分子，通过高分子链上的亲水基团传递到低湿度、低温度的一侧解吸，因此具有透湿性能。

2 三种不同透湿原理防水透湿织物的现状

2.1 超高密防水织物

100 %棉的Ventile面料尽管有诸多缺点，如湿水后变得较硬且重，但它干时的舒适性较佳、没有静电同时兼有一定防水能力的特点至今依然适合用于休闲服、飞行服等服装。

在20世纪70年代，人们发现滴于荷叶表面的水不能渗透荷叶，而只能形成水珠顺荷叶表面滑落，因荷叶表面覆盖着稠密的细短茸毛及连续的蜡质层而具有特殊的拒水性能，这种现象称为荷叶效应。依据荷叶效应生产防水透湿织物，其防水机理不是采用膨胀机理，而是要求纤维之间、纱线之间紧密排列，孔隙足够小而防水;因为纤维纱线之间形成毛细管，由于毛细管效应传输水蒸气而透湿。随着化纤技术的发展，为了达到致密的结构，或采用超细纤维;或采用高收缩纤维经热处理后使质地更紧密;或采用异形纤维（如正四角形）使纤维堆砌得非常紧密;或采用皮芯结构纤维（芯层是较粗的高收缩纤维，皮层为超细原料）。这类织物具有透湿、防水的同时，兼有柔软、防风、保暖等功能，成为休闲服、运动服的优质面料。

2.2 微孔技术法

微孔防水透湿织物就是利用水滴与水蒸气直径的悬殊差异，设计织物微孔直径使织物外侧的水不会穿透织物渗入到织物内侧，而人体散发的汗蒸气却能够通过微孔扩散到外界，从而具备防水透湿功能。微孔高聚物薄膜可以与织物通过层压或涂层工艺等方式复合，从而赋予复合体防水透气功能。微孔的产生有多种方式，可通过对薄膜的双向拉伸产生微孔;也可以通过相分离（湿法聚氨酯）产生微孔;也可在高聚物上填加填料，使高聚物与填料之间形成孔隙;还可以采用机械方式，利用打孔技术使无孔膜产生空隙达到透气的目的。湿气在微孔中扩散包括三个过程:气体在薄膜表面“溶解”→一定的温湿梯度下在薄膜内扩散→最后在低浓度一侧蒸发。

这类织物的典型产品是Gore－tex层压织物，是由PTFE（聚四氟乙烯）微孔膜与织物进行层压复合，形成“布－膜－布”或“布－膜”的结构，具有优良的防水透湿性能。PTFE微孔膜是将PTFE膜加热至熔点以下，以双向急速延伸，使其成微纤状微多孔结构，据称该薄膜每平方英寸具有90亿个孔隙，每个孔隙孔径皆小于0.2 μm，故水蒸气能通过微孔通道扩散，而水滴不能通过。由于PTFE微孔膜又是拒水的，因而具有优良的防水透湿性能。除了聚四氟乙烯外，其他薄膜层压织物还有聚乙烯膜、聚酯膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜层压制品等。由于聚氨酯本身优良的物理性能，尤其是弹性、手感、机械力学性能较好，且成本相对低，因而微孔涂层法以PU类防水透湿产品为主。

总的来说，这类织物的耐水压性、透湿性、防风性及保暖性都较好，但加工过程较为复杂，生产成本较高。其最大的缺陷是在长期的使用过程中织物防水透湿性能会下降，原因是微孔膜的比表面积较大，容易吸附粉尘及人体汗液中的盐分、油脂、化妆品等物质，洗涤剂也容易残留在薄膜微孔内。

2.3 致密亲水膜技术法

致密亲水膜防水透湿织物利用高聚物膜的亲水性能为水蒸气分子提供足够的亲水性基团，水分子由于氢键和其他分子间力的作用，在一定温度和湿度梯度下，于湿度高的一侧吸附水分子，通过高分子链上的亲水基团传递到湿度低的一侧解吸，形成“吸附－扩散－解吸”过程，达到透气的目的。亲水成分可以是分子链中的亲水基团，也可以是嵌段共聚物的亲水组分，其防水性来自于薄膜自身的连续性和较大的膜张力。利用薄膜与织物进行层压/涂层，赋予织物防水透气功能。

这类织物的典型产品有荷兰Akzo Nobel公司的Sympatex层压织物、美国宝立泰国际股份有限公司的Qualitex多功能防水透湿织物等。Sympatex是含20%～50%聚环氧乙烷和对苯二甲酸丁二酯的熔化挤出共聚薄膜，属聚酯嵌段高聚物制成的实心体，液体完全不能透过薄膜，透湿通过也不会被堵塞。其厚度仅为10 μm，大大低于一般涂层的厚度（70～100 μm），具有重量轻、手感柔软和水蒸气由里向外扩散距离短等优点。Qualitex薄膜是以聚氨酯为主，由近十种化学原料反应合成的多相高分子材料，属无孔亲水性薄膜。薄膜吸水后，仍能保持良好的机械性能，从而解决了亲水性与薄膜牢度的矛盾，织物的防水透湿性能接近聚四氟乙烯层压织物。

聚氨酯涂层剂具有玻璃化温度低且易调节，以及低温强度和柔韧性优良等优点，是常用的防水透湿涂层剂。提高无孔涂层透湿性的关键是发挥聚氨酯分子结构中软段分子的作用，即导入亲水性的软段分子，作为吸附和释放水分子的部分。聚氨酯涂层剂涂层之后，由于溶剂挥发形成无孔薄膜，通过亲水基团或氢键对水分子的吸附－传递－解吸作用而达到透湿的目的。由于膜中没有微孔，因此防水性能很好，但透湿性能有待提高。另外，这类涂层织物的缺点是表面需经拒水整理以改善防水性。

致密膜防水透湿织物加工简单，不存在粉尘、汗渍和油垢的污染，但对设备、涂层剂有特殊要求。涂层的织物具有较高的耐水压，却难以获得较高的透湿性。

3 防水透湿织物加工技术的新发展

随着消费观念的改变和科学技术的进步，人们正在产品的功能开发上吸收和移植现代新技术，以提升现有防水透湿织物的档次。

3.1 防水透湿织物加工技术的结合使用

尽管防水透湿织物有多种加工方法，但在实际生产中根据具体情况常常将它们结合起来使用。如第一代Gore－tex织物随着服用时间的延长，防水透湿的效果变差，甚至出现面料渗水现象。为此，第二代Gore－tex织物在拒水的PTFE微孔膜的一面涂覆亲水拒油的聚氨酯类防水透湿涂层剂，以提高Gore－tex织物的耐用性，在服用过程中不堵塞微孔。比利时UCB公司将Ucecoat 2000微孔PU涂层和NPU亲水涂层相结合，制成防水透气雨衣，耐水压超过29.4 kPa，透湿量大于4 500 g/m2·24 h;日本东丽（Toray）公司开发的Entrant GII系两种聚氨酯材料复合而成，内层聚氨酯含微孔和超微孔，利用类似于“芯吸”的作用达到防水透气效果。

3.2 智能化防水透湿织物

按照服装的舒适性要求，温度高时希望透湿性能强以保证良好的排热排汗性，温度低时希望透湿性能弱可增强保暖性，然而一般的织物无法达到这种功能性要求。利用形状记忆聚氨酯智能膜制备的防水透湿织物，其透湿气性能能够随外界温度的变化而变化，能更好地调节人体服装内的微气候，满足服装舒适性要求，可以适合各种条件下穿着。如日本三菱公司生产的形状记忆聚氨酯及其防水透气织物Diaplex，其防水性能范围196～392 kPa，透湿量范围8 000～12 000 g/m2· 24 h，这种织物的透湿性能会随着人体温度的变化而变化，达到“智能”效果。此外，近年来人们正在致力于开发一种新型的聚氨酯材料——“调温功能聚氨酯”，这种新材料除防水透气外，还兼有调温功能，穿着者即使在环境温度多变或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适。

将形状记忆聚氨酯应用于纺织品上，合理设置其温度突变的范围，就可以在不同环境下满足穿着者对舒适性的要求，从而实现智能透湿的效果。同时由于形状记忆聚氨酯为无孔膜，故可以保证良好的防水效果。采用这种形状记忆聚氨酯制备防水透湿织物可以通过纺丝赋予纱线有记忆功能，也可作为织物涂层剂进行织物功能性涂层处理。

3.3 多功能化防水透湿织物

由于PTFE材料具有极优异的耐化学腐蚀性、低表面能、阻燃性能，加上薄膜的微孔结构使其具有更优越的防水透湿性，可作为防护有毒化学物质和其他恶劣环境的理想材料，因此最适合防水透湿、阻燃、防生化、抗静电、杀菌和防毒等复合织物的开发。近年来，随着对PTFE微孔薄膜性能认识的深入和制膜技术的提高，在第二代Gore－tex织物的基础上，又研发了各种功能性PTFE层压织物，例如防水透湿弹性织物、防水透湿阻燃复合织物、防生化内衣以及新型特种防水透气军鞋等。

各种功能性聚氨酯的开发及其在纺织上的应用，对改善织物舒适性、克服环境污染等具有重要的意义，在聚氨酯PU涂层剂中填加其他添加剂，不仅可以提高PU薄膜的透气性，而且还能赋予织物某些特殊功能。例如，在PU中掺入具有较高远红外发射率的陶瓷粉或在树脂中掺入金属粉末形成金属层，以提高织物保暖性能;有些陶瓷还具有吸收氨、硫化氢等异味的功能，混入涂层后，可制成除臭防水透湿织物;在聚氨酯涂层剂中添加甲壳质、纤维素粉等物质不但可以提高PU薄膜的透湿性，而且还能赋予织物杀虫、灭菌等功效以及优良的手感;若将纳米级的功能微粒植入防水膜，则可使原先的防水透湿织物具有抗菌、抗紫外线、防伪等复合功能;在防水透湿织物的聚氨酯微孔中分布一些颗粒、薄片，通过反射原理阻止辐射热的扩散，可以增加织物的保暖性。

3.4 绿色环保防水透湿工艺

当前PU涂层无论是干法还是湿法生产，所用的PU溶液大多是溶剂型的，即含有70%左右的二甲基甲酰胺（DMF）、甲苯和甲己酮等有机溶剂。这些溶剂对操作者有一定的危害，易燃易爆，污染环境，溶剂回收难。因此，开发水溶性聚氨酯涂层剂，以减少对环境的污染及对人体的危害，是当前发展的热点与难点。

以聚酯聚醚无孔亲水薄膜复合面料著称的Sympatex，由于该薄膜在处理过程中不需任何溶剂或卤素，该材料经处理后可完全分解为碳、氢、氧三种元素，是最易回收的环保材料。

美国Nextec公司以胶囊介入防护工艺（EPIC）形成防水透气的防护层，此工艺成囊于织物内部，填充在纤维之间，是一种超薄的有机硅树脂薄膜，耐久且可吸气但不透水和风，这种工艺无环境污染问题。

此外，放电涂层及等离子体技术的应用也是一个很好的发展方向。放电涂层在光学和电子工业上取得了很大的成功，若能充分发挥其优势，探索出适合织物或其他高聚物涂层的工艺和设备，将对此领域有很大的影响。

4 结语

防水透气织物是一种高附加值的产品，不同生产工艺、不同的防水透湿机理生产的产品各有特色。随着高分子材料的发展，将会有愈来愈多新型的、结构及性能更加完善的高透湿性高防水性超强防风性的面料，大量应用于风衣、夹克、登山服、滑雪服、帽子、鞋材等方面，尤其在军事、国防和一些恶劣环境中的应用会越来越广泛。

［1］李显波.防水透湿织物生产技术［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］陈进来.防水透湿织物的发展现状［J］.棉纺织技术，2010（1）:67－68.

［3］杨银英，贾哲昆.防水透湿织物的加工技术及发展趋势［J］.现代纺织技术，2010（1）:58－59.

PROCESSING TECHNOLOGY OF WATERPROOF AND MOISTURE PERMEABLE FABRICS AND
ITS NEW DEVELOPMENT TRENDS

ZHU Hong-ying，BAI Li-hong
（Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 450007，China）

The article describes the classification of waterproof and moisture permeable fabrics.In Accordance with waterproof and moisture permeable mechanism，it introduces the status of three types of waterproof and moisture permeable fabrics，and forecast the development trends of this technology.

waterproof and moisture permeable;fabrics;processing technology;new trends

TS195.57

A

10.3969/j.issn.1672－500x.2011.01.010

1672－500X（2011）01－0037－04

2011－02－12

朱洪英（1967－），女，河南南阳人，副教授，主要从事纺织新产品开发工作。