阅读说明：本技术 一种防水透气的织物及其制备方法和应用 (Waterproof and breathable fabric and preparation method and application thereof ) 是由 蒋海斌 乔金樑 张晓红 宋志海 戚桂村 刘文璐 蔡传伦 王湘 赖金梅 李秉海 茹 于 2018-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及功能织物领域的一种防水透气的织物及其制备方法和应用。所述防水透气的织物,包含织物基材及包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料；所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料为塑料、塑料改性产物的至少一种；所述的塑料选自热固性塑料和/或热塑性塑料；所述的织物基材的材质选自尼龙、棉、羊毛、丝绸、聚酯、聚丙烯酸类和聚烯烃中的至少一种其中,所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料占所述防水透气的织物总重量的百分数为1％～99％；所述的防水透气的织物在空气中对水的静态接触角大于120°,具有很好的防水透气效果。本发明的防水透气的织物在服装、包装等领域具有广泛的应用前景。(The invention relates to a waterproof and breathable fabric and a preparation method and application thereof, belonging to the field of functional fabrics. The waterproof and breathable fabric comprises a fabric base material and an organic polymer material coated on the surface of a fiber framework of the fabric base material; the organic polymer material coated on the surface of the fiber framework of the fabric substrate is at least one of plastic and plastic modified products; the plastic is selected from thermosetting plastics and/or thermoplastic plastics; the fabric base material is selected from at least one of nylon, cotton, wool, silk, polyester, polyacrylic acid and polyolefin, wherein the organic polymer material coated on the surface of the fiber framework of the fabric base material accounts for 1-99% of the total weight of the waterproof and breathable fabric; the waterproof breathable fabric has a static contact angle to water in the air of more than 120 degrees, and has a good waterproof breathable effect. The waterproof and breathable fabric has wide application prospect in the fields of clothing, packaging and the like.)

一种防水透气的织物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及功能织物领域，更进一步说，涉及一种防水透气的织物及其制备方法和应用。

背景技术

防水透气材料是在一定压力的水的作用下不被水渗透，而水蒸气却能通过该材料扩散或传递到外界的材料。防水透气的织物在服装和包装等领域具有极大的市场需求。

“毛细现象”是在一些线度小到足以与液体弯月面的曲率半径相比较的毛细管中发生的现象。毛细管中整个液体表面都将变得弯曲，液固分子间的相互作用可扩展到整个液体。毛细管***浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管***不浸润液体中，管内液体下降，低于管外。究其原因，全在于液体表面张力和曲面内外压强差的作用。

根据“毛细现象”原理，浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。上升(下降)高度＝2×表面张力系数×cos接触角/(液体密度*重力加速度×毛细管半径)。根据这一公式，假设要使水体穿透接触角为105°直径为10微米的孔道，至少需要克服70cm高度的水压。而水蒸气却能通过这一尺度的孔道扩散或传递到外界。因而，可以利用这一原理，制备防水透气的织物。目前市场主流技术是美国Gore-Tex(戈尔特斯)的ePTFE(膨胀聚四氟乙烯)微孔膜与织物的层压复合材料。以PTFE多孔膜为代表的层压复合防水透湿织物可以把防水和透湿有机结合起来，可实现真正意义上的呼吸透气织物性能。如公开号为US4194041A的美国专利公开了一种防水层压制件，包括具有微孔结构的疏水性外层和亲水性的内层；公开号为CN202005282U的中国专利公开了一种防水透湿复合面料，包括面料外层、外防水透湿层、网眼布、内防水透湿层和面料内层。虽然现有技术公开的这种PTFE多孔膜为代表的防水透湿织物具有较好的防水透湿性能，但由其制备需要特殊的双向拉伸设备，工艺复杂，产品加工难度大、成本高、产品价格昂贵，制备过程需要用到对人体和环境不友好的有机溶剂，不够“绿色”，在很大程度上限制了其推广应用。因此，如何制备一种廉价、高效、进一步如果能够制备过程“绿色”的防水透气的织物依然是一个难题，开发此类材料具有巨大的应用前景。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种防水透气的织物。具体地说涉及一种防水透气的织物及其制备方法和应用。

本发明目的之一是提供一种防水透气的织物，其包含有织物基材、以及包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料。所述防水透气的织物防水透气性优异，原材料价廉易得，热稳定性好，力学性能优异，是一种新型的防水透气材料。

本发明所述的防水透气的织物，其中所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料占所述防水透气的织物总重量的百分数为1％～99％，优选2％～80％，再优选3％～60％。

其中所述的织物基材的材质可选自棉、羊毛、丝绸、麻、聚酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯和聚烯烃中的至少一种，优选自棉、尼龙(聚酰胺)、涤纶(聚酯)、丙纶(聚丙烯)、腈纶(聚丙烯腈)、氯纶(聚氯乙烯)、氨纶(聚氨酯)中的至少一种。

所述织物基材的孔隙的平均孔径一般可为0.01～200微米，优选为0.1～200微米，更优选为0.5～200微米，最优选0.5～100微米。所述孔径为孔隙的几何形状的最长的两点间距离。

所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料为塑料、塑料改性产物的至少一种；所述的塑料选自热固性塑料和/或热塑性塑料；所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料优选在空气中对水的平面静态接触角大于90°。根据“毛细现象”原理，如果毛细管的管壁对某液体不浸润(接触角大于90°)，该液体会受到阻止其进入毛细管的很大压力，使液面下降。在本发明的体系中，包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料优选在空气中对水的平面静态接触角大于90°可以更好的防止水体通过织物。

所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料选自聚烯烃、聚4-甲基-1-戊烯、聚酰胺树脂(如尼龙-5、尼龙-12、尼龙-6/6、尼龙-6/10、尼龙-11)、聚碳酸酯树脂、均聚和/或共聚甲醛、饱和二元酸和二元醇通过缩聚反应制得的线性聚酯、芳环高分子(芳环高分子即分子仅由芳环和连接基团构成的聚合物，如聚苯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳砜、聚芳酮、聚芳香酯、芳香聚酰胺)、杂环高分子(杂环高分子即分子主链上除芳环外还有杂环的高分子材料，如聚苯并咪唑)、含氟聚合物、丙烯酸系树脂、氨甲酸酯、环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂中的至少一种；其中优选聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂中的至少一种；更优选丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂中的至少一种；更优选自酚醛树脂。

所述的塑料改性产物是指采用现有的塑料改性方法对所述塑料改性得到的改性产物。所述的塑料改性方法可包括但不限于以下方法：极性或非极性单体或其聚合物的接枝改性；通过和无机或有机增强材料、增韧材料、增刚材料、增加耐热性材料等材料的熔融共混改性等。

最优选地，所述的包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料为可以溶解于对人体和环境友好的溶剂中的有机高分子材料，使制备过程“绿色”；所述的对人体和环境友好的溶剂中乙醇和/或水的总含量占溶剂重量的50～100wt％；优选所述的对人体和环境友好的溶剂选自乙醇和/或水，其中乙醇和水可以任意比例混合。例如丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂和环氧树脂等都可以溶于对人体和环境友好的溶剂，尤其是酚醛树脂、环氧树脂等。

本发明所述的防水透气的织物在空气中对水的静态接触角大于120°，优选大于130°，更优选大于140°，具有很好的防水效果。

本发明目的之二是提供所述的防水透气的织物的制备方法。本发明所述的有机高分子材料包覆织物基材的纤维骨架表面是通过将织物基材浸入有机高分子材料的溶液，之后加热含有机高分子材料溶液的织物基材，去除有机高分子材料溶液中的溶剂使有机高分子材料在织物基材的纤维骨架表面析出或固化达到的。该制备方法工艺流程简单易行，易于实现规模化制备。如果使用对人体和环境友好的溶剂，则本方法的过程“绿色”，更为优选。

所述制备方法具体可包括以下步骤：

a、取用溶剂溶解包覆所述织物基材用的有机高分子材料，得到包覆用有机高分子材料溶液；

b、将织物基材浸入步骤a得到的包覆用有机高分子材料溶液，使织物基材的孔隙充分充满包覆用有机高分子材料溶液；其中所述包覆用有机高分子材料溶液的用量为织物基材浸没在该溶液中即可。

c、取出经步骤b处理后得到的织物基材进行烘干，使包覆用有机高分子材料析出或固化，包覆在织物基材的纤维骨架表面，得到所述的防水透气的织物。

其中，

所述步骤a中，所述的包覆用有机高分子材料溶液中有机高分子材料以溶剂体积计的重量浓度(即每毫升溶剂中溶解高分子材料的质量)为0.001～1g/mL，优选0.002～0.8g/mL，更优选0.003g～0.5g/mL，进一步优选0.003g～0.02g/mL。

所述步骤a中可根据不同种类的包覆用有机高分子材料选用现有技术中相应的良溶剂在合适的条件下进行溶解；所述良溶剂优选以下溶剂中的至少一种：苯、甲苯、二甲苯(包括对二甲苯)、三氯苯、三氯甲烷、环己烷、己酸乙酯、乙酸丁酯、二硫化碳、甲酮、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、水、醇类；其中，所述醇类优选自丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、1,4–丁二醇、异丙醇、乙醇中的至少一种。所述良溶剂更优选为包含水和/或乙醇的溶剂；进一步优选水和/或乙醇。

具体地，聚乙烯、聚丙烯可用对二甲苯、三氯苯等溶剂溶解；聚苯乙烯可用苯、甲苯、三氯甲烷、环己烷、乙酸丁酯、二硫化碳等溶剂溶解；聚氯乙烯可用四氢呋喃、环己酮、甲酮、二甲基甲酰胺等溶解；聚甲基丙烯酸甲酯可用三氯甲烷、丙酮、己酸乙酯、四氢呋喃、甲苯等溶剂溶解；丙烯酸树脂、脲醛树脂、酚醛树脂和环氧树脂的醇溶性品种可用乙醇和/或水等溶剂很好的溶解。

所述步骤b中，可以完全不挤压，或者优选通过挤压数次使织物基材的孔隙充分充满包覆用有机高分子材料溶液。

所述步骤b中，所述浸入的时间能保障包覆用有机高分子材料溶液能够充分浸润织物基材即可，一般可为0.5～30min，优选1～10min。

所述步骤c中取出步骤b得到的织物基材后可以不采取措施去除步骤b得到的织物基材中的多余的包覆用有机高分子材料溶液，也可以采取包括但不限于挤压和离心操作等措施中的一种或两种去除多余的包覆用有机高分子材料溶液。

所述步骤c中所述烘干可采用现有技术的各种烘干方式，可以包括烘箱加热、红外加热等现有技术的加热烘干方式，所述加热烘干的加热温度范围为60～200℃，优选80～180℃；还可以包括微波烘干的方式，微波烘干不仅效率高而且受热均匀。所述微波烘干的微波的功率为1W～100KW，优选为500W～10KW，作用时间为2～200min，优选为20～200min。

本发明的制备方法中所述的包覆用有机高分子材料选用热塑性塑料时，步骤c中加热后，包覆用有机高分子材料析出，包覆在织物基材的表面。

所述制备方法中所述的包覆用有机高分子材料选用热塑性塑料时，包覆用有机高分子材料中可以加入如抗氧化剂、助抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、臭氧稳定剂、加工助剂、增塑剂、软化剂、防粘连剂、发泡剂、染料、颜料、蜡、增量剂、有机酸、阻燃剂、和偶联剂等塑料加工过程中常用的助剂。所用助剂用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。

本发明的制备方法中所述的包覆用有机高分子材料选用热固性塑料时，步骤c中加热后，包覆用有机高分子材料固化，包覆在织物基材的表面。

所述制备方法中所述的包覆用有机高分子材料选用热固性塑料时，步骤a中可以根据所选的热固性塑料，考虑是否需要采用固化体系；所述的固化为所选热固性塑料的常用固化配方配制成合适的固化体系，选取相应的良溶剂将上述包覆用有机高分子材料及其固化体系溶解，得到包覆用有机高分子材料溶液。

所述制备方法中所述的包覆用有机高分子材料选用热固性塑料时，包覆用有机高分子材料固化体系制备过程中，可以加入任选的一种或多种选自以下的添加剂：固化促进剂、染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂或助剂、阻燃剂、防滴剂、抗结块剂、助粘剂、导电剂、多价金属离子、冲击改性剂、脱模助剂、成核剂等。所用添加剂用量均为常规用量，或根据实际情况的要求进行调整。

上述制备方法中所采用的设备和工艺条件均为常用设备和条件。

本发明目的之三在于提供所述的防水透气的织物的应用，其中所述应用可包括在服装和包装领域中的应用。

本发明有效的利用了疏水有机高分子材料的表面特性，使得织物基材的纤维骨架表面也具备了疏水的特征，通过“毛细现象”原理使得包覆后的织物能够在一定压力的水的作用下不被水渗透，而水蒸气却能通过该织物扩散或传递到外界。并且所述制备方法是让高分子材料包覆在织物的纤维表面，仅是织物的孔隙的平均孔径会变小，而不会破坏织物基材原有的结构，保持了原有的机械性能。所述织物制备过程“绿色”，原材料价廉易得，工艺流程简单易行，易于实现规模化制备，热稳定性好，力学性能优异。在本发明的一个优选技术方案中，使用酚醛树脂作为包覆用高分子材料，其制备方法中酚醛树脂采用水和/或乙醇这种对人及环境友好的溶剂进行溶解，溶解过程不需要对溶剂进行加热，作为热固性塑料的酚醛树脂力学性能更好，其和骨架结合更好更耐用。

本发明的防水透气的织物在服装、包装等领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。

实施例1

(1)称取2g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工，酚醛树脂在空气中对水的平面静态接触角为95°，对油的平面静态接触角为50°)于烧杯，倒入500mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；

(2)将10×10cm(2g)的材质为尼龙、平均孔径约为5微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液5min，期间挤压数次，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为20wt％。

实施例2

(1)称取3g粉末酚醛树脂(2123，新乡市伯马风帆实业有限公司，酚醛树脂在空气中对水的平面静态接触角为95°，对油的平面静态接触角为50°)和0.36g六亚甲基四胺固化剂于烧杯，倒入500mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；

(2)将10×10cm(1g)的材质为聚酯、平均孔径约为50微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液5min，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于180℃烘箱加热2小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为25wt％。

实施例3

(1)称取3g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入300mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解，缓慢加入200mL去离子水；

(2)将10×10cm(0.5g)的材质为棉、平均孔径约为100微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液2min，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于托盘中，置于家用微波炉中微波700w处理1小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为50wt％。

实施例4

(1)称取5g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入300mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解，缓慢加入200mL去离子水；

(2)将10×10cm(0.4g)的材质为尼龙、平均孔径约为198微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液3min，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于140℃烘箱加热3小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为35wt％。

实施例5

(1)称取5g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入400mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解，缓慢加入100mL去离子水；

(2)将10×10cm(0.1g)的材质为棉、平均孔径约为180微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液5min，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于160℃烘箱加热3小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为55wt％。

实施例6

(1)称取3g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入500mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；

(2)将10×10cm(4g)的材质为聚酯、平均孔径约为0.5微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液8min，挤压数次，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于140℃烘箱加热3小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为25wt％。

实施例7

(1)称取3g环氧树脂(E-51，巴陵石化)和1g低分子量聚酰胺650(宜春兴达旺化工有限公司)和0.36g六亚甲基四胺固化剂于烧杯，倒入500mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解；(相同环氧树脂和聚酰胺配比在相同固化体系及固化条件下固化得到的混合物在空气中对水的平面静态接触角为93°，对油的平面静态接触角为55°)；

(2)将10×10cm(1g)的材质为聚丙烯、平均孔径约为30微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液5min，挤压数次，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于托盘中，置于家用微波炉中微波700w处理1小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为28wt％。

实施例8

(1)称取2g液体酚醛树脂(2152，济宁佰一化工)于烧杯，倒入300mL乙醇，用磁转子搅拌1小时至溶解，缓慢加入200ml去离子水；

(2)将10×10cm(1g)的材质为丝绸、平均孔径约为80微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)泡入配置好的溶液5min，使溶液充分进入织物基材的孔道；

(3)取出浸泡好的织物，放于不锈钢托盘中，置于140℃烘箱加热3小时，得到防水透气织物。其中，所述包覆在织物基材的纤维骨架表面的有机高分子材料的质量百分数为16wt％。

实施例9

将实施例1～8制备的防水透气织物及未包覆的空白样在室温下进行水的接触角测试(所用接触角测量仪为DSA 20EGmbH，德国)，每个样品测5个点，最后取平均值；将实施例1～8制备的织物及未包覆的空白样在室温下进行水的耐水压力测试，测试步骤为：将带刻度的直径为2cm、长为100cm的玻璃管垂直放置，底端用实施例制备的织物封口，用玻璃棒引流延玻璃管壁缓慢加水，直至底部漏水，用视频设备记录水位高度，回看漏水时的水位高度，作为耐水压力，确定其防水性质。

结果如表1所示。其中空白样具体为空白样1：材质为尼龙、孔径约为5微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)；空白样2：材质为聚酯、孔径约为50微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)；空白样3：材质为棉、孔径约为100微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)；空白样4：材质为聚丙烯、孔径约为30微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)；空白样5：材质为丝绸、孔径约为80微米的织物基材(保定市玄兹索纺织品制造有限公司)。

表1

如表1所示，本发明实施例1～8制备所得材料均具有防水透气特性；本发明实施例的织物的孔隙的孔径大小足以使水蒸气能通过并扩散、传递到外界。通过本发明的方法进行包覆后得到防水透气的织物在服装、包装等领域具有广泛的应用前景。