发泡透气膜复合多功能面料
阅读说明：本技术 发泡透气膜复合多功能面料 (Foaming breathable film composite multifunctional fabric ) 是由 陈明贤 孙立新 董洪波 于 2019-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发泡透气膜复合多功能面料,从上至下包括表层面料、粘结层、发泡薄膜、粘结层、里层面料,面料与薄膜通过粘结层复合,所述的表层面料表面还设置了防水剂；制备发泡透气膜复合多功能面料步骤如下：①将防水剂与水配置成防水剂整理液,②表层面料浸轧防水剂整理液,③烘干、焙烘,④表面面料、里层面料涂覆粘结剂,与发泡薄膜复合,⑤烘干、焙烘。(The invention discloses a foaming breathable film composite multifunctional fabric which comprises a surface fabric, a bonding layer, a foaming film, a bonding layer and an inner fabric from top to bottom, wherein the fabric and the film are compounded through the bonding layer, a waterproof agent is further arranged on the surface of the surface fabric, the step of preparing the foaming breathable film composite multifunctional fabric comprises ① preparing a waterproof agent and water into a waterproof agent finishing liquid, padding ② the surface fabric with the waterproof agent finishing liquid, ③ drying and baking, coating ④ the surface fabric and the inner fabric with a binder, compounding with the foaming film, ⑤ drying and baking.)
技术领域
本发明涉及一种复合功能面料，具体涉及一种发泡透气膜复合多功能面料，属于功能纺织品领域。
背景技术
防水透湿织物通常也叫防水透气织物，是一种既能防雨防风，又能排汗、透气的织物。在穿着过程中，水在一定压力下不能浸透织物，而人体散发的汗液却能以水蒸汽的形式通过织物传导到外界，不在人体表面与织物之间冷凝积聚，保持穿着者干爽、温暖。防水透湿功能织物大多为高密度织物、涂层织物、层压织物。就加工便捷及性能来说，层压织物占了多数。
最早用于层压织物的PTFE双向拉伸微孔薄膜，厚约20～70μm，孔隙率为25～96％，平均孔径为0.18～1.3μm，约为水滴的1/20000，比水蒸气分子大700倍，其耐静水压90～170kP,透湿量4000～17000g/m2·24h，透气量小于0.3ml/m2·s。因而具有良好的防水透湿防风功能。这种层压面料的防风性好了，其透湿透气性则偏弱。如果将薄膜的孔隙率提升、孔径增大，虽能改善透湿透气性，但会影响层压面料的防水、耐静水压的性能。
如何既能提升具有防水透湿性能的层压面料的透湿透气性，又能保持面料的良好防水性能呢？
发明内容
本发明目的是提供一种发泡透气膜复合多功能面料，采用发泡TPU薄膜与表层面料复合，并对表层面料进行防水处理，形成一种透湿透气性好的防水多功能复合面料。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种发泡透气膜复合多功能面料，从上至下包括表层面料、粘结层、发泡薄膜、粘结层、里层面料，面料与薄膜通过粘结层复合，所述的表层面料表面还设置了防水剂；
制备发泡透气膜复合多功能面料时，①将防水剂与水配置成防水剂整理液，②表层面料浸轧防水剂整理液，③烘干、焙烘，④表面面料、里层面料涂覆粘结剂，与发泡薄膜复合，⑤烘干、焙烘；
所述的防水剂，由有机硅单体、有机氟单体、改性纳米二氧化硅溶胶、乳化剂、引发剂、水经聚合反应制成，制备方法如下：
1)改性纳米二氧化硅溶胶
将21份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)、8份二苯甲酮基硅氧烷(如式1所示)、4份十二烷基硫酸钠、6份烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)加入到320份水中，搅拌、分散，再于搅拌下加入11份氨水，持续搅拌反应4h，形成含C＝C键的纳米SiO2溶胶；
2)防水剂乳液的合成
反应釜中加入140份水、13份改性纳米二氧化硅溶胶及8份乳化剂，溶解搅拌分散均匀后，再加入12份有机硅单体(如式2所示)，搅拌乳化0.5h；待温度达78℃时，加入0.3份引发剂与8份水的溶液，保温反应0.5h；滴加0.5份引发剂与15份水的溶液、16份有机硅单体、13份有机氟单体，2h滴完；升温至85℃，继续保温反应1h，然后降温至50℃以下，得防水剂乳液。
所述的二苯甲酮基硅氧烷，其制备方法为：a、在氮气保护下，按摩尔比1.02:1，将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入至反应器中，加入占3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷质量0.5％的辛酸亚锡，在70℃下搅拌反应5h，得二苯甲酮基硅氧烷。
所述的有机硅单体，由羟乙基甲基丙烯酰胺与三甲基氯硅烷反应制成，方法为：将0.1mol羟乙基甲基丙烯酰胺溶于120mL四氢呋喃中，加入0.1mol三乙胺，在冰浴条件下滴加0.1mol三甲基氯硅烷与100mL四氢呋喃溶液，滴加完后，常温反应48h；除去三乙胺盐酸盐，以乙醚萃取，0.1mol/LNaOH洗涤，再经干燥，得有机硅单体，甲基丙烯酰胺基三甲基硅烷。
所述的表层面料为100D+40D*100D+40D涤纶四面弹面料，克重130g/m2。
所述的里层面料为100D/144F涤纶摇粒绒，克重160g/m2。
所述的发泡薄膜，为TPU发泡薄膜，厚度为0.015mm。
本发明发泡透气膜复合多功能面料采用发泡TPU薄膜、两层面料复合而成，发泡TPU薄膜增强了面料的透气性能，通过对表层面料进行防水处理，使复合面料具有良好的防水性能。从而，本发明复合面料兼顾了防水、透气功能。
本发明处理表层面料的防水剂由纳米二氧化硅、氟、硅单体聚合而成，纳米二氧化硅(SiO2)可在表层面料构造成粗糙表面，接枝在纳米二氧化硅上的有机硅-氟则为低表面能物质，增强粗糙表面的疏水性，有机-无机的结合，增强了该防水剂的拒水性能。
户外面料在户外环境日晒时间较长，易出现褪色等耐光牢度不足的问题，为增强耐光牢度，需在面料后整理时进行抗紫外线等相关处理，以提高面料的日晒牢度。本发明在制备防水剂时，将具有紫外吸收功能的单体以偶联剂的形式通过改性反应，接在纳米二氧化硅溶胶表面，既可改善纳米材料的分散稳定性，又能将有机-无机抗紫外线材料结合，提升抗紫外线功能，即提升面料的耐光牢度。如果通过C＝C共聚的方式引入可自由基聚合的紫外线吸收单体，会因C＝C-二苯甲酮衍生物与有机硅、氟表面性能的差异而共聚困难，本发明以二苯甲酮基硅氧烷方式引入则可避免该问题。
本发明发泡透气膜复合多功能面料中所述的防水剂，采用了C＝C-R-Si(CH3)3基团的有机硅单体，每一个-CH3上面的氢原子占据着较大的空间，增加了相邻分子间的距离，使有机硅获得较低的表面张力。因为不含Si-O-C可水解基团，在乳液聚合过程中不水解，大大提高了乳液聚合的稳定性。
具体实施方式
本发明中所述物质单位“份”是指“质量份”。
本发明公开了一种发泡透气膜复合多功能面料，从上至下包括表层面料、粘结层、发泡薄膜、粘结层、里层面料，所述的表层面料表面还设置了防水剂、面料与薄膜通过粘结层复合；
制备发泡透气膜复合多功能面料时，①将防水剂与水配置成防水剂整理液，②表层面料浸轧防水剂整理液，③烘干、焙烘，④表面面料、里层面料涂覆粘结剂，与发泡薄膜复合，⑤烘干、焙烘。
所述的防水剂，由有机硅单体、有机氟单体、改性纳米二氧化硅溶胶、乳化剂、引发剂、水经聚合反应制成，制备方法如下：
1)改性纳米二氧化硅溶胶
将21份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)、8份二苯甲酮基硅氧烷(如前述式1所示)、4份十二烷基硫酸钠、6份烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)加入到320份水中，搅拌、分散，再于搅拌下加入11份氨水，持续搅拌反应4h，形成含C＝C键的纳米SiO2溶胶；
2)防水剂乳液的合成
反应釜中加入140份水、13份改性纳米二氧化硅溶胶及8份乳化剂，溶解搅拌分散均匀后，再加入12份有机硅单体(如前述式2所示)，搅拌乳化0.5h；待温度达78℃时，加入0.3份引发剂与8份水的溶液，保温反应0.5h；滴加0.5份引发剂与15份水的溶液、16份有机硅单体、13份有机氟单体，2h滴完；升温至85℃，继续保温反应1h，然后降温至50℃以下，得防水剂乳液。
改性纳米二氧化硅溶胶中所述的二苯甲酮基硅氧烷，其制备方法为：a、在氮气保护下，按摩尔比1.02:1，将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入至反应器中，加入占3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷质量0.5％的辛酸亚锡，在70℃下搅拌反应5h，得二苯甲酮基硅氧烷。反应式如(1)所示。
防水剂乳液合成中所述的有机硅单体，由羟乙基甲基丙烯酰胺与三甲基氯硅烷反应制成，方法为：
将0.4mol乙醇胺与0.2mol三乙胺溶于100mL二氯甲烷中，于冰浴中缓慢加入0.2mol甲基丙烯酰氯与100mL二氯甲烷的溶液，0℃反应5h，然后再于常温反应20h；过滤除去三乙胺盐酸盐，并往滤液中通入干燥的HCl气体至体系呈中性，滤除盐酸盐，得羟乙基甲基丙烯酰胺；
将0.1mol羟乙基甲基丙烯酰胺溶于120mL四氢呋喃中，加入0.1mol三乙胺，在冰浴条件下滴加0.1mol三甲基氯硅烷与100mL四氢呋喃溶液，滴加完后，常温反应48h；除去三乙胺盐酸盐，以乙醚萃取，0.1mol/LNaOH洗涤，再经干燥，得甲基丙烯酰胺基三甲基硅烷。反应式如(2)所示。
所述的表层面料为100D+40D*100D+40D涤纶四面弹面料，克重130g/m2。
所述的里层面料为100D/144F涤纶摇粒绒，克重160g/m2。
所述的发泡薄膜，为TPU发泡薄膜，厚度为0.015mm。
所述的粘结剂，由增稠剂、粘合剂、交联剂组成，粘合剂与交联剂质量比为100：0.5。增稠剂为合成增稠剂JAZ(石家庄市联邦科特化工有限公司)、粘合剂为粘合剂NH-110(石家庄市联邦科特化工有限公司)、交联剂为常温交联GX-100(石家庄市联邦科特化工有限公司)。
配制粘结剂时，将增稠剂缓慢加入粘合剂中，搅拌增稠，调节粘度至5000-6000mPa.s，最后再加入交联剂。
所述的有机氟单体为丙烯酸三氟乙酯。
所述的引发剂为过硫酸钠。
所述乳化剂，由十二烷基苯磺酸钠与OP-10按质量比2：1组成。
实施例1：
一种防水剂，由28份有机硅单体、13份有机氟单体、13份改性纳米二氧化硅溶胶、8份乳化剂、0.8引发剂、163份水经聚合反应制成，制备方法如下：
反应釜中加入140份水、13份改性纳米二氧化硅溶胶及8份乳化剂，溶解搅拌分散均匀后，再加入12份有机硅单体(如前述式2所示)，搅拌乳化0.5h；待温度达78℃时，加入0.3份引发剂与8份水的溶液，保温反应0.5h；滴加0.5份引发剂与15份水的溶液、16份有机硅单体、13份有机氟单体，2h滴完；升温至85℃，继续保温反应1h，然后降温至50℃以下，得防水剂乳液。
其中:
改性纳米二氧化硅溶胶制备方法如下：
将21份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)、8份二苯甲酮基硅氧烷(如前述式1所示)、4份十二烷基硫酸钠、6份烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)加入到320份水中，搅拌、分散，再于搅拌下加入11份氨水，持续搅拌反应4h，形成含C＝C键的纳米SiO2溶胶；
改性纳米二氧化硅溶胶中所述的二苯甲酮基硅氧烷，其制备方法为：a、在氮气保护下，按摩尔比1.02:1，将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入至反应器中，加入占3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷质量0.5％的辛酸亚锡，在70℃下搅拌反应5h，得二苯甲酮基硅氧烷。
防水剂乳液合成中所述的有机硅单体，由羟乙基甲基丙烯酰胺与三甲基氯硅烷反应制成，方法为：
将0.4mol乙醇胺与0.2mol三乙胺溶于100mL二氯甲烷中，于冰浴中缓慢加入0.2mol甲基丙烯酰氯与100mL二氯甲烷的溶液，0℃反应5h，然后再于常温反应20h；过滤除去三乙胺盐酸盐，并往滤液中通入干燥的HCl气体至体系呈中性，滤除盐酸盐，得羟乙基甲基丙烯酰胺；
将0.1mol羟乙基甲基丙烯酰胺溶于120mL四氢呋喃中，加入0.1mol三乙胺，在冰浴条件下滴加0.1mol三甲基氯硅烷与100mL四氢呋喃溶液，滴加完后，常温反应48h；除去三乙胺盐酸盐，以乙醚萃取，0.1mol/LNaOH洗涤，再经干燥，得甲基丙烯酰胺基三甲基硅烷。
所述的有机氟单体为丙烯酸三氟乙酯。
所述的引发剂为过硫酸钠。
所述乳化剂，由十二烷基苯磺酸钠与OP-10按质量比2：1组成。
制得的防水剂与水配制成30g/L整理剂溶液，将涤纶面料浸入整理液中，两浸两轧，轧液率80％，再于100℃烘干2min、150℃焙烘1min。测定涤纶面料的防水性能。
涤纶面料为100D+40D*100D+40D涤纶四面弹面料，克重130g/m2。
经防水剂整理后的涤纶面料，其防水性能按AATCC 22方法测定，洗前100分，20次水洗后80分。
实施例2：
一种发泡透气膜复合多功能面料，从上至下包括表层面料、粘结层、发泡薄膜、粘结层、里层面料，所述的表层面料表面还设置了防水剂、面料与薄膜通过粘结层复合；
制备发泡透气膜复合多功能面料方法为：
①将防水剂与水配置成30g/L的防水剂整理液，
②表层面料浸轧防水剂整理液，二浸二轧，轧液率80％
③100℃烘干2min、160℃焙烘1min，
④按150g/m2的量在表面面料、里层面料涂覆粘结剂，与发泡薄膜复合，
⑤100℃烘干3min、170℃焙烘2min，即得发泡透气膜复合多功能面料。
所述的粘结剂，由增稠剂、粘合剂、交联剂组成，粘合剂与交联剂质量比为100：0.5，粘结剂经高温后形成所述的粘结层。
增稠剂为合成增稠剂JAZ(石家庄市联邦科特化工有限公司)、粘合剂为粘合剂NH-110(石家庄市联邦科特化工有限公司)、交联剂为常温交联GX-100(石家庄市联邦科特化工有限公司)。
配制粘结剂时，将增稠剂缓慢加入粘合剂中，搅拌增稠，调节粘度至5000-6000mPa.s，最后再加入交联剂。
所述的表层面料为100D+40D*100D+40D涤纶四面弹面料，克重130g/m2。
所述的里层面料为100D/144F涤纶摇粒绒，克重160g/m2。
所述的发泡薄膜，为TPU发泡薄膜，厚度为0.015mm。
表面面料进行防水处理使用的防水剂，由有机硅单体、有机氟单体、改性纳米二氧化硅溶胶、乳化剂、引发剂、水经聚合反应制成，制备方法如下：
1)改性纳米二氧化硅溶胶
将21份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)、8份二苯甲酮基硅氧烷(如前述式1所示)、4份十二烷基硫酸钠、6份烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)加入到320份水中，搅拌、分散，再于搅拌下加入11份氨水，持续搅拌反应4h，形成含C＝C键的纳米SiO2溶胶；
2)防水剂乳液的合成
反应釜中加入140份水、13份改性纳米二氧化硅溶胶及8份乳化剂，溶解搅拌分散均匀后，再加入12份有机硅单体(如前述式2所示)，搅拌乳化0.5h；待温度达78℃时，加入0.3份引发剂与8份水的溶液，保温反应0.5h；滴加0.5份引发剂与15份水的溶液、16份有机硅单体、13份有机氟单体，2h滴完；升温至85℃，继续保温反应1h，然后降温至50℃以下，得防水剂乳液。
改性纳米二氧化硅溶胶中所述的二苯甲酮基硅氧烷，其制备方法为：a、在氮气保护下，按摩尔比1.02:1，将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入至反应器中，加入占3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷质量0.5％的辛酸亚锡，在70℃下搅拌反应5h，得二苯甲酮基硅氧烷。
防水剂乳液合成中所述的有机硅单体，由羟乙基甲基丙烯酰胺与三甲基氯硅烷反应制成，方法为：
将0.4mol乙醇胺与0.2mol三乙胺溶于100mL二氯甲烷中，于冰浴中缓慢加入0.2mol甲基丙烯酰氯与100mL二氯甲烷的溶液，0℃反应5h，然后再于常温反应20h；过滤除去三乙胺盐酸盐，并往滤液中通入干燥的HCl气体至体系呈中性，滤除盐酸盐，得羟乙基甲基丙烯酰胺；
将0.1mol羟乙基甲基丙烯酰胺溶于120mL四氢呋喃中，加入0.1mol三乙胺，在冰浴条件下滴加0.1mol三甲基氯硅烷与100mL四氢呋喃溶液，滴加完后，常温反应48h；除去三乙胺盐酸盐，以乙醚萃取，0.1mol/LNaOH洗涤，再经干燥，得甲基丙烯酰胺基三甲基硅烷。
所述的有机氟单体为丙烯酸三氟乙酯。
所述的引发剂为过硫酸钠。
所述乳化剂，由十二烷基苯磺酸钠与OP-10按质量比2：1组成。
对制成的发泡透气膜复合多功能面料进行了防水、透气性能测试。
防水性能：参照AATCC-22-2017所记载的方法测试。喷淋法：水温27℃；洗涤程序：27℃，常规洗涤，悬挂晾干，水洗20次。
透气性能：按ASTM D737方法测试。
抗紫外线性能：参照GB/T 18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》测试。
表1发泡透气膜复合多功能面料性能测试结果
实施例2发泡透气膜复合多功能面料采用了发泡透气薄膜与两层面料复合，防水、透气、抗紫外性能测试结果显示，面料的抗紫外线、防水性能优异，同时其透气性增强，兼具防水与透气功能。
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