一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及服装用复合膜技术领域，更具体地说是涉及一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法。


背景技术：

2.人们在户外环境中难免遭遇暴雨、严寒等恶劣天气，传统服装易被雨雪浸湿且存在汗液难以及时排出的缺陷，会产生粘湿、寒冷等不适感甚至引起冻伤等伤害，因此穿着兼具防水和透湿(排汗)功能的服装已成为抵御恶劣天气的重要途径之一。
3.一般的，为了让使用者的身体能保持干爽，防水透湿布料会被用来做成机能性衣物。防水透湿布有两种制作方式，一种是于布料上涂布具防水透湿特性的功能层以进一步形成防水透湿布料，一种是利用高分子材料形成具防水透湿特性的薄膜以直接作为防水透湿布料。防水透湿布料随着材质及结构的不同而有不同的透湿效率。其中，防水透湿膜作为重要的技术手段之一，一直是研发人员的重要课题。防水透湿膜不仅可以阻止外界雨雪的渗透，还能有效排出人体产生的汗蒸汽，在户外运动服及防护服领域具有广阔的应用前景。防水透湿微孔膜作为防水透湿功能服装的核心材料，要求其具有较小的孔径(以保证较好的防水性)和较高的空隙率(以保证较高的透湿)。
4.如何提高防水透湿布料的透湿效率，是我们需要解决的问题。因此，我们公开了一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法。
6.为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：
7.一种服装用防水透湿复合膜，包括防水透湿聚氨酯基材层，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层两侧的静电喷射膜；
8.所述防水透湿聚氨酯基材层包括如下重量组分的原料制成：
[0009][0010]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述聚氨酯树脂为聚醚型聚氨酯或聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的混合物，且所述聚氨酯树脂喷涂有一层硅氧烷偶联
剂；所述致孔剂为金属氧化物多孔微球；所述有机溶剂为甲苯、丁酮、乙酸乙酯或碳酸二甲酯中的一种或多种。
[0011]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性无机填料，且所述的硅烷偶联剂与所述的无机填料的质量比为5:100-30:100，所述的硅烷偶联剂为kh-550。
[0012]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述无机填料为碳纳米管、炭黑中的一种或两者混合物。
[0013]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述静电喷射膜是由无机盐聚合物乳液采用静电喷射的方式形成在防水透湿聚氨酯基材层的外表面。
[0014]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述无机盐聚合物乳液为氯化钙聚氨酯乳液。
[0015]
在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述的服装用防水透湿复合膜的制备方法，具体包括如下步骤：
[0016]
1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在65-85℃下搅拌60-120分钟，再加入改性无机填料，在65-85℃下继续搅拌60-120分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成20-45％，搅拌20-40分钟至均匀，冷却至室温；
[0017]
2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用10-20丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在120-140℃烘箱中放置5-10分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层；
[0018]
3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层表面形成静电喷射膜；另一面的静电喷射膜以相同方式进行。
[0019]
与现有技术相比，本发明的技术方案获得了如下有益效果：
[0020]
本发明公开一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法，利用基材层的防水透湿聚氨酯，其具有优异的防水透湿功能；再加上静电喷射膜具有稳定的六边形网孔结构，能够进一步覆盖在防水透湿聚氨酯基材层的表面，达到了提高整体防水透湿性的作用。
[0021]
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题公开的一部分。
[0022]
从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0023]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]
图1是根据本发明的结构示意图。
[0025]
图中，1、防水透湿聚氨酯基材层；2、静电喷射膜。
具体实施方式
[0026]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0027]
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0028]
在相关技术中，防水透湿膜主要包括两大类：疏水微孔膜和亲水无孔膜。疏水微孔膜因其多孔结构而具有较好的透湿性，舒适性较好，受到广泛的关注。静电纺纤维膜具有孔径小、孔隙率高等优势，是制备微孔型纤维膜的有效方法之一。利用静电纺丝技术制备微孔型防水透湿膜有两种途径，一种是直接纺丝法：将疏水性聚合物配制成纺丝溶液进行静电纺丝制备防水透湿膜；另一种是后整理涂层法：将亲水但不溶于水的聚合物进行纺丝，再将其浸泡在防水剂中通过烘干制备防水透湿膜。明显的，采用静电纺丝相关的技术手段成为研究热点之一。
[0029]
具体的，本发明公开一种服装用防水透湿复合膜，采用具有防水透湿性能的基材层作为静电喷射的接收基材，使得防水透湿聚氨酯基材层的两面均形成具有防水透湿性能的静电喷射膜，进而达到性能加强的目的。
[0030]
本发明公开一种服装用防水透湿复合膜，包括，防水透湿聚氨酯基材层1，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层1两侧的静电喷射膜2；
[0031]
所述防水透湿聚氨酯基材层1包括如下重量组分的原料制成：
[0032][0033][0034]
其中，所述rgo的制备包括以下步骤：使用改进的hummers法制备氧化石墨(polyme composite 2019,1,1-9)，并将制得的氧化石墨进行超声剥离：取一定质量的氧化石墨，加入去离子水配成固定质量浓度的溶液，并在85-95℃条件下进行超声剥离，超声机功率为
480w，超声时间为20-35分钟，得到部分热还原的氧化石墨烯溶液，即rgo溶液。rgo溶液配成固定质量浓度，方便计算其固含量，折算成防水透湿聚氨酯基材层1使用的适用范围。进一步的，rgo溶液为2.5％-35％质量浓度的溶液，该质量浓度下的氧化石墨容易进行剥离，其材料剥离程度较高，且不材料不容易团聚。再进一步的，在85-95℃条件下进行超声剥离，超声机功率为480w，超声时间为20-35分钟，该步骤能够保证超声剥离后的氧化石墨烯部分热还原，进而具有一定的疏水作用，且其材料表面仍然还存在有部分羧基、羟基、环氧基体。
[0035]
进一步的，所述聚氨酯树脂为聚醚型聚氨酯或聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的混合物，且所述聚氨酯树脂喷涂有一层硅氧烷偶联剂；所述致孔剂为金属氧化物多孔微球；所述有机溶剂为甲苯、丁酮、乙酸乙酯或碳酸二甲酯中的一种或多种。再进一步的，所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性无机填料，且所述的硅烷偶联剂与所述的无机填料的质量比为15:100，所述的硅烷偶联剂为kh-550。更进一步的，所述无机填料为碳纳米管、炭黑中的一种或两者混合物。
[0036]
再进一步的，防水透湿聚氨酯基材层1的组成体系中包括有聚氨酯、金属氧化物多孔微球、硅烷偶联剂改性无机填料及rgo。在该体系中，金属氧化物多孔微球孔直径为500nm-20μm，能够作为水蒸气自由传输的通道，提升膜的透湿性能。且具有防止水滴通过的作用，具有防水性。最重要的是，金属氧化物多孔微球表面富含极性羟基，能够溶于聚氨酯基材，不影响其物理性能；再加上rgo的使用，其表面化学键能稳定，使得膜结构稳定。
[0037]
进一步的，硅烷偶联剂改性无机填料的使用，提高了防水透湿复合膜的力学强度，主要表现在两方面：首先，硅烷偶联剂改性无机填料改性后具有极性基团，容易与聚氨酯基材产生物理交联点，从而提高膜的力学性能；其次是硅烷偶联剂改性无机填料经过硅氧烷偶联剂处理后，能够与rgo表面的亲水基团形成氢键，进而rgo一边连接聚氨酯基材，一边连接改性无机填料，使得聚氨酯基材与改性无机填料之间连接更加紧密，进而提高了膜的力学强度。
[0038]
进一步的，所述静电喷射膜2是由无机盐聚合物乳液采用静电喷射的方式形成在防水透湿聚氨酯基材层1的外表面，得到本发明的服装用防水透湿复合膜，静电喷射膜2的制备方法是：首先，配置氯化钙纯水溶液，而后将聚氨酯乳液溶解在氯化钙纯水溶液中，均匀搅拌，再使用超声方式将团聚颗粒震散，得到均匀、稳定的乳液，即无机盐聚合物乳液。再使用静电喷射箱进行静电喷射，其操作步骤参考说明书，这里不再赘述。防水透湿聚氨酯基材层1贴设在铝箔纸上作为接收基底。其中，静电喷射的环境温度为15℃，相对湿度为40％，将乳液以0.5ml/h的喷射速度喷到防水透湿聚氨酯基材层1上，同时调节使用参数，使液滴在电场力、空气阻力、反向气流阻力、静电斥力和表面张力的综合作用下分裂成网，形成了具有稳定六边形网孔结构的静电喷射膜2。所制备的静电喷射膜2平均孔径为20nm，孔隙率为85％。完成其中一侧的静电喷射膜2后，在35℃条件下真空干燥1小时，再将带有一侧静电喷射膜2的防水透湿聚氨酯基材层1贴设在铝箔纸上，静电喷射膜2靠近在铝箔纸一侧，使得防水透湿聚氨酯基材层1的背面也形成一层静电喷射膜2。最后在35℃条件下真空干燥1小时，得到本发明的服装用防水透湿复合膜。
[0039]
综上，所述的服装用防水透湿复合膜的制备方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤：
[0040]
1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在65-85℃下搅拌60-120分
钟，再加入改性无机填料，在65-85℃下继续搅拌60-120分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成20-45％，搅拌20-40分钟至均匀，冷却至室温；
[0041]
2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用10-20丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在120-140℃烘箱中放置5-10分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层1；带填料粒子薄膜更易在晶格匹配度较高、导热性较好的高阻硅衬底上均匀规则成型，而且硅衬底上薄膜厚度最小，也进一步说明在其上形成的薄膜致密度高，折射率大。
[0042]
3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层1作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层1表面形成静电喷射膜2；另一面的静电喷射膜2以相同方式进行。
[0043]
实施例1
[0044]
一种服装用防水透湿复合膜，包括，防水透湿聚氨酯基材层1，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层1两侧的静电喷射膜2；
[0045]
所述防水透湿聚氨酯基材层1包括如下重量组分的原料制成：
[0046][0047][0048]
其中，所述聚氨酯树脂为聚醚型聚氨酯；所述有机溶剂为甲苯；所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性碳纳米管。
[0049]
再进一步的，该方法具体包括如下步骤：
[0050]
1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在70℃下搅拌60分钟，再加入改性无机填料，在65℃下继续搅拌60分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成35％，搅拌30分钟至均匀，冷却至室温；
[0051]
2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用15丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在130℃烘箱中放置8分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层1；带填料粒子薄膜更易在晶格匹配度较高、导热性较好的高阻硅衬底上均匀规则成型，而且硅衬底上薄膜厚度最小，也进一步说明在其上形成的薄膜致密度高，折射率大。
[0052]
3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层1作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层1表面形成静电喷射膜2；另一面的静电喷射膜2以相同方式进行。
[0053]
实施例2
[0054]
一种服装用防水透湿复合膜，包括，防水透湿聚氨酯基材层1，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层1两侧的静电喷射膜2；
[0055]
所述防水透湿聚氨酯基材层1包括如下重量组分的原料制成：
[0056][0057][0058]
其中，所述聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的混合物，且聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的质量比为1:1；所述有机溶剂为碳酸二甲酯；所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性碳纳米管。
[0059]
再进一步的，该方法具体包括如下步骤：
[0060]
1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在70℃下搅拌60分钟，再加入改性无机填料，在65℃下继续搅拌60分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成35％，搅拌30分钟至均匀，冷却至室温；
[0061]
2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用15丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在130℃烘箱中放置8分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层1；带填料粒子薄膜更易在晶格匹配度较高、导热性较好的高阻硅衬底上均匀规则成型，而且硅衬底上薄膜厚度最小，也进一步说明在其上形成的薄膜致密度高，折射率大。
[0062]
3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层1作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层1表面形成静电喷射膜2；另一面的静电喷射膜2以相同方式进行。
[0063]
实施例3
[0064]
一种服装用防水透湿复合膜，包括，防水透湿聚氨酯基材层1，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层1两侧的静电喷射膜2；
[0065]
所述防水透湿聚氨酯基材层1包括如下重量组分的原料制成：
[0066][0067]
其中，所述聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的混合物，且聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的质量比为1:1；所述有机溶剂为碳酸二甲酯；所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性碳
纳米管、炭黑混合物。
[0068]
再进一步的，该方法具体包括如下步骤：
[0069]
1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在70℃下搅拌60分钟，再加入改性无机填料，在65℃下继续搅拌60分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成35％，搅拌30分钟至均匀，冷却至室温；
[0070]
2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用15丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在130℃烘箱中放置8分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层1；带填料粒子薄膜更易在晶格匹配度较高、导热性较好的高阻硅衬底上均匀规则成型，而且硅衬底上薄膜厚度最小，也进一步说明在其上形成的薄膜致密度高，折射率大。
[0071]
3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层1作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层1表面形成静电喷射膜2；另一面的静电喷射膜2以相同方式进行。
[0072]
对比例1
[0073]
与上述实施例1不同的是，所述防水透湿聚氨酯基材层1的重量组分的原料不包括rgo。
[0074]
对比例2
[0075]
与上述实施例1不同的是，所述防水透湿聚氨酯基材层1进行直接使用。
[0076]
对比例3
[0077]
直接购买市面上普通的服装用防水透湿复合膜进行裁样测试。
[0078]
性能测试
[0079]
为了验证本发明所述服装用防水透湿复合膜的相关性能，将上所述实施例1-3及对比例1-3所制备的防水透湿膜进行检测。检测项目包括透湿量、耐水压、拉伸强度、断裂伸长率。
[0080]
透湿量
[0081]
透湿量的检测采用astme96-1995bw标准，通过恒温恒湿箱保持温度在23℃，相对湿度为50％，测得实施例1-3及对比例1-3的透湿量。
[0082]
耐水压
[0083]
耐水压的检测采用jisl1092b标准，通过耐水压测试仪测得实施例1-3及对比例1-3的耐水压值。
[0084]
力学性能
[0085]
拉伸强度和断裂伸长率的检测采用astmd-412标准；通过拉力试验机在23℃温度下，测得实施例1-3及对比例1-3的拉伸强度和断裂伸长率。
[0086]
根据上述性能测试标准，测得相关数据如下表所示：
[0087]
表1性能测试数据分析表
[0088][0089]
上述实施例的测试结果对比显示，使用本发明的制备方法制备出的服装用防水透湿复合膜具有良好的拉伸强度，所得复合膜的耐水压≥16000mmh2o，透湿量≥15000g/(m2·
24h)，能够达到较好的防水透湿效果。
[0090]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，包括：防水透湿聚氨酯基材层(1)，以及设置在防水透湿聚氨酯基材层(1)两侧的静电喷射膜(2)；所述防水透湿聚氨酯基材层(1)包括如下重量组分的原料制成：2.根据权利要求1所述的一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，所述聚氨酯树脂为聚醚型聚氨酯或聚醚型聚氨酯与聚酯型聚氨酯的混合物，且所述聚氨酯树脂喷涂有一层硅氧烷偶联剂；所述致孔剂为金属氧化物多孔微球；所述有机溶剂为甲苯、丁酮、乙酸乙酯或碳酸二甲酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，所述改性无机填料为硅烷偶联剂改性无机填料，且所述的硅烷偶联剂与所述的无机填料的质量比为5:100-30:100，所述的硅烷偶联剂为kh-550。4.根据权利要求3所述的一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，所述无机填料为碳纳米管、炭黑中的一种或两者混合物。5.根据权利要求1所述的一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，所述静电喷射膜(2)是由无机盐聚合物乳液采用静电喷射的方式形成在防水透湿聚氨酯基材层(1)的外表面。6.根据权利要求5所述的一种服装用防水透湿复合膜，其特征在于，所述无机盐聚合物乳液为氯化钙聚氨酯乳液。7.一种如权利要求1所述的服装用防水透湿复合膜的制备方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤：1)物理共混：将致孔剂、rgo加入到聚氨酯树脂溶液中，在65-85℃下搅拌60-120分钟，再加入改性无机填料，在65-85℃下继续搅拌60-120分钟，然后加入有机溶剂将固含量调配成20-45％，搅拌20-40分钟至均匀，冷却至室温；2)制膜：将步骤1)得到的溶液倒至高阻硅衬底上，采用10-20丝涂刀在高阻硅衬底表面上刮出薄膜，然后在120-140℃烘箱中放置5-10分钟，烘干成膜，得到聚氨酯防水透湿膜，即防水透湿聚氨酯基材层(1)；3)静电喷射：以防水透湿聚氨酯基材层(1)作为接受基材，将其放置在静电喷射箱体中，调整到合适位置后进行无机盐聚合物乳液的静电喷射，使得防水透湿聚氨酯基材层(1)表面形成静电喷射膜(2)；另一面的静电喷射膜(2)以相同方式进行。

技术总结
本发明提供的一种服装用防水透湿复合膜及其制备方法，利用基材层的防水透湿聚氨酯，其具有优异的防水透湿功能；再加上静电喷射膜具有稳定的六边形网孔结构，能够进一步覆盖在防水透湿聚氨酯基材层的表面，达到了提高整体防水透湿性的作用。防水透湿性的作用。防水透湿性的作用。


技术研发人员：李雪峰
受保护的技术使用者：嘉兴德永纺织品有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/22