防水透湿涂层织物发展及应用

罗 栋

(陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000)

防水透湿织物在许多应用领域中使用十分广泛，在－5℃～－50℃的储藏室中，优良的保热和透湿性能是织物必须具备的。防水透湿是相互矛盾的，因此，制造这种即防水又透湿的产品对制造商的挑战很大。

1 目前防水透湿涂层织物发展概况

防水透湿织物也叫防水透气织物，在国外又称“可呼吸织物”。从织物功能与舒适性角度看，防水透湿织物是指具有一定压力的水或者具有一定功能的雨水，及各种服装外的雪、露、霜等，不能透过或浸透织物，而人体散发的汗液、汗气能够主要以水蒸气的形式传递到外界，不会积聚冷凝在体表和织物之间而使人体保持干爽和温暖，从而实现了织物防水功能与织物热、湿舒适性的统一。从加工方法看，防水透湿织物可以分为高密度织物、涂层织物、层压织物和高科技非织造布等，这也是目前最常用的分类方法。高密度织物一般采用细棉纤维或超细合成纤维长丝织成高密织物，使这类织物纱线间隙小到不允许水滴通过。这类织物的特点是具有优良的透湿性、悬垂性和较好的手感，但防水性差，其耐水压值一般不超过1m，织物的撕破强力低，耐折边摩擦性也较差。由于织物密度相当大，纺纱必须采用特殊工艺处理，织布时断头多，次品率高，一般染整加工较困难。高科技非织造布以美国杜邦公司防水透湿非织造布为代表，由100%高密度聚乙烯通过闷蒸法技术制作而成，其特殊致密结构能防水透湿、透气，适用于服装内衬，特别是羽绒服装。目前研究和应用较多的是层压织物和涂层织物，本章主要讨论涂层织物。

人们在日常生活中经常要接触水，这就是人们对穿着的衣物提出了防水的要求。据文献记载，早在公元1600年前，中美和南美的居民就生产出了防水织物。以后随着高分子科学的发展，多种合成材料出现了，作为涂层材料作用于织物上，制成防水织物。

在织物上涂漆，将织物加工成漆布作为御雨蔽日的用品，也作为工作服和包装使用，这是有文献记载的最早的防水织物。油布是另外一种很好的防水材料，在我国的隋唐时期，用桐油制作油布。油布历经宋朝、元朝的发展，到清明时期，又增加了油绸、油绢等品种，用来制作雨伞、雨冠、雨衣等。橡胶涂层防雨布最早出现在1600年左右，哥伦布在美洲大陆发现当地居民将从橡胶树流出的浆液涂在布上，生产防水织物。1735年，巴黎科学院将美洲居民的橡胶涂层防雨布介绍到欧洲。橡胶涂层构成了现代涂层的基础。这些早期的涂层防水织物有一定的防水效果，但不透湿，人体散发的汗气不能及时通过织物扩散到外界，积累在体表和织物之间，使服用者产生不舒服甚至低温寒冷的感觉，在极端气候条件下，可能会伤害危及人的健康，甚至生命。这促使人们着手研究防水透湿织物，在二战期间，Shirley 学院的研究人员最先研制出防水透湿织物，主要用于军事、户外活动、医生手术服等。Shirley 防水透湿织物是一种相当紧密的全棉牛津布，在干态时透湿性较好，湿态时棉纤维吸水膨胀，纱线之间的空隙减少，在短时间内可以防止水的渗透［2］。

今天，人们已成功地将矛盾的防水和透湿性能集于一种织物之中，巧妙地将防水透湿织物的设计与纺织品转移水蒸气及液态水的机理密切结合起来。在涂层法制备防水透湿织物方面，最先利用的涂层材料为丙烯酸和聚氨酯系列。在20 世纪60年代末和70年代初期，很多学者对涂层材料织物进行了大量的研究。当把水滴在荷叶上时，水不会侵入到荷叶中，而是在其上形成了滚动的水滴。用电子显微镜观察荷叶表面会发现，荷叶表面因覆盖着稠密的细短绒毛及连续的蜡质层，绒毛之间存有很多空气，绒毛与空气在荷叶表面上自然地混合覆盖着。这样的混合覆盖层，使水不能侵入荷叶内而形成水滴滑落下来。超高密防水织物就是利用荷叶防水这一自然现象制成的。20 世纪80年代以前，一般是利用溶液或溶剂体系产生的聚合物作为涂层体系。自20 世纪80年代以来，水溶性涂层材料的研究引起了很多研究者的兴趣。现在研制成功的水溶性涂层防水材料，主要为聚氨酯及其改性产品。以聚氨酯为代表的干湿工艺技术的研发，对开发防水透湿功能产品起着巨大的推动作用。20 世纪80年代中期，又出现了一种新的涂层工艺——放电涂层。此种技术是利用物理和化学手段，借助等离子体镀膜技术，在织物表面进行改性，使其具有憎水、防水能力。

2 防水透湿涂层材料

涂层织物是工程复合材料，由纺织品(基布)与其表面的聚合物通过黏合剂相结合而成。涂层织物将纺织品的优点和其表面聚合物的优点结合在一起，而具有许多新的性质，如防尘、据液、不透气、增加织物的耐磨性等，这些性质由任何单一组分都无法实现。基布为其提供机械强度，如撕裂强度、拉伸强度、伸长率和尺寸稳定性等，并支撑涂在上面的涂层;聚合物为其提供化学性质，如耐磨性、防水性、阻隔气体通过等。但实际上涂层织物的许多特性是由二者共同决定的。因此，生产涂层织物的关键是基布和聚合物的选择。当然加工设备、加工方法等对涂层织物的性能、用途同样具有重要影响［1］。

2.1 纺织品(基布)

基布是开发涂层产品的基础，过去几年中对基布的选用和设计做了很多工作，但与国外差距还不少，大量基布还需进口。一般来说，干法直接涂层产品，基布在外，涂层在内，对基布要求较高，选择或设计基布时，特别要注意质量和外观。转移涂层产品基布在内，涂层面在外，对基布的要求是成本要低一些，着重考虑图层面的加工。基布的选择或设计，在纤维品种方面，以棉和黏胶较多，成本低、透湿好，穿着也舒适;如要考虑牢度和强度可用混纺织物，通常涤纶混纺织物较多，涤棉混纺织物作为基布量大面广，也有与腈纶或锦纶混纺的。纯化纤织物作为基布，美观牢固，锦纶和涤纶可用于衣着，丙纶和腈纶等以工业用较多。湿法仿皮绒以涤纶为主，也有用锦纶的，最好超细纤维，细纤维比超细纤维质量要差一些。织造方面，机织、针织和非织造布都有应用，机织布量大面广，针织布伸长和弹性较好，非织造布成本较低，后两者多用于转移涂层。湿法涂层基布经纱可用涤棉混纺的普通纤维，纬纱可用细旦涤纶长丝来代替超细纤维，织造时纬密可大一些，经密不宜太大。很多坯布经物理处理后性能更好，起绒后的基布用于转移涂层可以增加黏结力，减少渗透。湿法涂层仿鹿皮最后要磨削，使外观和风格更接近鹿皮。

根据不同的用途要求，可用于涂层织物基布的纺织品种类很多。诸如棉、涤纶和锦纶等，前者与聚合物有很好的粘合力，是最早用于涂层的纺织品，且用量很大;而后两者的强度、拒水拒油性、抗微生物性、尺寸稳定性等更好。表1 是常用涂层基布的特点。

表1 涂层中常用基布的特点Table 1 Features commonly used in fabric coating

2.2 涂层胶

纺织品涂层整理剂又叫涂层胶，也叫涂层剂，是一种均匀涂布于织物表面的高分子类化合物，它通过黏合作用，在织物表面形成一层或多层薄膜，使织物改善外观和风格，增加附加功能，具有防水、透湿、阻燃等特殊功能。涂层剂通常以溶液、水分散体或在溶剂中未交联状态涂在织物上。聚合物沉积在织物上后进行交联，以提高涂层耐磨性、耐水性及耐溶剂型。但交联又会影响到织物的手感。能够用作涂层剂的化合物主要有聚丙烯酸酯类、聚氨酯、有机硅类、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等。聚合物的性能、交联剂的类型和浓度，催化剂的类型和浓度、交联温度和时间等都会影响交联的效果，从而影响涂层织物的使用性能。聚合物树脂的具体性能及用途概括为表2。

表2 涂层织物常用聚合物Table 2 Common polymer of coated fabrics

续表2

从表2 中可以看出，聚氨酯对于基布的黏合力好，即使在很低的温度下也有较好的延伸性和非常好的弹性，表面耐磨性非常好，常用于皮革的漆料。丙烯酸树脂的透明性好，同时具有很好的抗紫外线性能。涂层高聚物树脂的混合是一个极其专业化的过程，多数由专门公司完成。原料筛选、制定配方、物理混合均匀、最佳黏稠度、长期存储稳定等都是高聚物树脂混合的关键所在。

3 防水透湿涂层织物在防护服装中的应用

3.1 防风耐寒服装

随着生产力的发展，人类居住条件的改善使得恶劣的自然环境不再影响人们的日常生活，但是在寒冷地区的户外活动却对防寒服提出越来越高的要求。这些恶劣自然环境的极端代表是极地地区，那里的温度可以低至－40℃，还有一些地方的温度可以降到－60℃，在这种极度严寒的地方生存必须有某些特种的防寒服装和装备。

防风耐寒透湿织物应当具备以下性能:(1)优异的防风保暖性能;(2)透湿舒适性;(3)耐低温性;(4)耐老化性;(5)良好的服用性能。

因此，防寒服外层最好采用防水透湿涂层织物。常规涂层方法无法满足这些性能要求，尤其低温透湿性能，如聚氨酯在0℃以下，透湿性大幅下降，同时发硬，影响其使用。而采用汉麻秆芯超细粉体有机硅改性聚氨酯后制成的耐低温防水透湿涂层胶有效地解决了防风透湿问题，生产出的防寒服装具有优异的防风耐寒功能，且透湿性好，有较好的穿着舒适性，适合在低温场合使用［2］。

3.2 防水透湿雨衣

采用氯丁橡胶或聚氯乙烯涂层制作的雨衣，胶膜颜色为黑色，这种雨衣存在以下几方面问题:(1)由于该雨衣为不透气材料制作，闷热感强，舒适性差。(2)雨衣结构不合理，腰围肥大，袖子长，行动不灵活，帽子普遍偏大，造成视角小，影响观察和听觉。(3)易湿裤腿，系扣费劲，不便于穿脱。(4)功能少，色彩单一。(5)雨衣淋湿后无处可放，不好保管。(6)拼接部位采用胶黏合，易出现脱胶而漏雨。

针对这些缺点，将微孔法防水透湿与亲水导湿结合在一起是一种理想的解决防水透湿的方法，即采用耐老化高防水透湿聚氨酯涂层剂来实现这一目标。

由于雨衣需要防水透湿，通常采用涤纶或锦纶长丝织物作为基布，这样强力高，吸湿率低，使得雨水渗透减少，同时对于拒水的耐久性有所帮助。但常规涤纶织物，尤其长丝织物存在易钩丝、撕破强力低、涂层后发硬、响声大等缺陷。可通过细旦长丝与细旦短纤交织的方法，来提高织物的强力、抗撕裂性和抗钩丝性能，减少起毛起球情况;采用高密斜纹织造方法，既可以提高涂层后的防水性能，又可以保持织物具有良好的柔软性。经测试长短交织基布的经向强力提高41%左右，纬向强力提高了87%，断裂伸长也有不同程度的提高，撕破强力提高1 倍以上，这大大提高了雨衣的耐用程度。钩丝性提高了1 级左右，也有助于提高雨衣的外观。

为验证雨衣的整体防雨性能，可进行实验室人工气候仓淋雨试验，采用高低温人工气候仓，该人工气候仓可以模拟不同温度、不同日照强度、不同降雨量的气候条件。将试验样品按照实际的使用状态套穿在假人模型上，置于人工气候仓内，降雨量设定为仪器的最大降雨量14400mm，淋雨时间持续6h。两种雨衣在经过6h 特大暴雨淋雨试验以后，雨衣面料内测表面没有水迹，假人纯棉内衣没有湿痕，证明雨衣材料的整体防雨性能良好。

为方便穿用，雨衣有分身式和长款等不同的型号。经试穿防水透湿雨衣轻便耐用、便于携带，外形美观、结构设计合理，具有良好的防雨性能和伪装性能，并且长期存放后涂层不粘连。在人日常生活和工作中都可以使用，也可以用作军队的防雨装备［3］。

3.3 防水透湿织物发展前景

今年国内的休闲装和便服面料中使用有透湿功能的层压织物(如针织或机织物与薄膜黏合)或涂层织物明显增加。随着科技的进步，人们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产品档次，如采用有记忆功能的聚氨酯膜制造具有调节功能的透湿织物;将纳米级的功能微粒植入防水膜，则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;新型的防水透湿产品除具有基本的防水透湿功能外，还会集防风、防寒、保温、抗静电、阻燃、抗菌、隔绝、过滤、抗紫外线、舒适、手感柔软等多方面功能于一体。其服装也从最初的防雨衣向工作服装、防护服装、运动服装、休闲装以及特种功能服装方面发展。涂层生产方法中含有很多有害溶剂，对操作者的健康有伤害，污染环境。所以，开发水乳性聚氨酯涂层剂，减少对环境的污染及对人体的危害，是防水透湿织物发展的必然趋势。

［1］贾娟，王革辉. 防水透湿涂层织物的现状及发展趋势［J］. 中国皮革，2006.

［2］李朝辉，王春梅. 防水透湿织物的种类和发展［J］. 山东纺织科技，2005.

［3］潘云芳. 防水透湿涂层织物的发展及工艺探讨［J］. 纺织学报，2004.