《改变生活的生物技术》课程教学资源（阅读材料）防水透气聚氨酯薄膜及涂层

防水透气聚氨酯薄膜及涂层 17300750072杨佳奇 人们在日常生活中,经常接触到水,这样就引起人们对穿着的衣物提出了防水要 求。早期的涂层防水织物有一定的防水效果,但不能透过水汽,防水不透气织物使人 不舒适甚至感觉寒冷。 防水透气(又称防水透湿)是指聚合物材料不允许水滴等液体透过,却能保证水 蒸气自由透过。随着人们生活水平的逐渐提高,对于防水透气服装、鞋帽等面料的需 求快速增长,各国研究人员也加快了对新型“可呼吸性”聚合物薄膜及涂层制品的 研究 1.技术原理 1.1微孔膜 微孔型薄膜膜孔直径很小,只有10~50μm,这样人体内散发出的水蒸气就能有 效地通过孔径向外扩散,而水滴则无法向内渗透,从而达到防水透湿的效果 表1不同水滴粒径比较 聚集状态汗(水蒸气 大雨暴雨 粒径 0.000410050020003000600010000 1.2亲水性无孔膜 防水性由材料的连续性和较大 水蒸气分了 的表面张力决定。透气性是由于聚氨 酯材料中含有一定量的亲水性基团 层外而 这些基团首先以氢键形式“捕获”人 体的分子结构 体散发的水蒸气分子,由于聚氨酯大 分子链的热运动,在分子链之间形成 瞬间的空隙,加上薄膜内外两侧水蒸 气压差的推动,水蒸气分子沿着密集 的分子链间空隙从蒸汽压高的一面 之涂内装 “传递”到另一面,即从接触皮肤的 面,传到周围环境,达到透湿的目的 1.3亲水膜与微孔膜复合

防水透气聚氨酯薄膜及涂层 17300750072 杨佳奇 人们在日常生活中,经常接触到水,这样就引起人们对穿着的衣物提出了防水要 求。早期的涂层防水织物有一定的防水效果,但不能透过水汽,防水不透气织物使人 不舒适甚至感觉寒冷。 防水透气(又称防水透湿)是指聚合物材料不允许水滴等液体透过,却能保证水 蒸气自由透过。随着人们生活水平的逐渐提高,对于防水透气服装、鞋帽等面料的需 求快速增长,各国研究人员也加快了对新型“可呼吸性”聚合物薄膜及涂层制品的 研究。 1 .技术原理 1.1 微孔膜 微孔型薄膜膜孔直径很小,只有 10～50μm，这样人体内散发出的水蒸气就能有 效地通过孔径向外扩散,而水滴则无法向内渗透,从而达到防水透湿的效果 表 1 不同水滴粒径比较 1.2 亲水性无孔膜 防 水 性 由 材料的连续性和较大 的表面张力决定。透气性是由于聚氨 酯材料中含有一定量的亲水性基团, 这些基团首先以氢键形式“捕获”人 体散发的水蒸气分子,由于聚氨酯大 分子链的热运动,在分子链之间形成 瞬间的空隙,加上薄膜内外两侧水蒸 气压差的推动,水蒸气分子沿着密集 的 分 子 链 间空隙从蒸汽压高的一面 “传递”到另一面,即从接触皮肤的 一面,传到周围环境,达到透湿的目的。 1.3 亲水膜与微孔膜复合

结合亲水膜与微孔性薄膜各自的特点,在微孔膜上加1层亲水性无孔膜,对微孔 薄膜进行亲水整理以改善微孔膜的防水性,保证不影响原有的透湿气性。 1.4智能型聚氨酯 智能型防水透湿聚氨酯在玻璃化转变温度(T)区域,由于分子链微布朗运动而使 其透气性有质的突变,而且其透气性随外界温度的变化而变化,即智能化功能,犹如 人体皮肤一样,能随着外界温度、湿度的改变而调节。利用这一功能,将T设定在室 温,则涂层织物能起到低温(<T)时低透湿的保暖作用和高温时(T)时高透湿的散热 作用。而薄膜的孔径远小于水滴平均直径而起到防水效果,使织物在各种温度条件下 具有良好的穿着舒适性。 1.5调温型聚氨酯 美国农业部南方实验室的Vigo、 Frost等发现,经聚乙二醇浸渍过的面料具有储 热功能,即受热时吸收热量,遇冷时放出热量。这一发现很快被用到PU涂层上,PEG作 为聚氨酯合成中的多元醇组分,通过设计PEG的聚合度和含量,使得聚氨酯中的PEG 相区的相变转化温度恰好在人们感觉最舒适的温度范围内。这样,环境高于聚氨酯熔 点时,涂层相变吸热,同时聚合物体积膨胀,亲水基团空间自由体积增大,热运动加剧 使得透湿量增大,排热排汗加快,使人感到凉爽;当环境低于结晶温度时,PEG链段结 晶,PU涂层相变放出热量,同时封闭孔隙,透湿性减小,从而获得良好的挡风和保暖性 能 2.技术应用 目前这种复合材料结构广泛应用于长期从事农业、建筑业、林业、登山和海洋、 空中救援等户外工作人员的服装。 防水透气薄膜及涂层的其他应用:(1)医用/手术用衣物,特点是抗微生物、防 液体、手感妤、抗刺穿、可清洗。(2)药用护膜,特点是高透湿、弹性、舒适、贴合佳 (3)无尘防护衣物,特点是防水、防静电、可清洗、无异味、无碎片。(4)运动服外套 鞋、手套,特点是无声音、低温柔软性、防风、可清洗。(5)军服,特点是抗化学物质 低温柔软性、防风、无声音 3.技术优缺点 优点在于防水透湿薄膜能同时解决防水和透湿的问题,而过去服装制作长期存 在防水和透湿不能同时具备的困扰。聚氨酯材料具有良好的生物相容性和血液相容

结合亲水膜与微孔性薄膜各自的特点,在微孔膜上加 1 层亲水性无孔膜,对微孔 薄膜进行亲水整理以改善微孔膜的防水性,保证不影响原有的透湿气性。 1.4 智能型聚氨酯 智能型防水透湿聚氨酯在玻璃化转变温度(Tg )区域,由于分子链微布朗运动而使 其透气性有质的突变,而且其透气性随外界温度的变化而变化,即智能化功能, 犹如 人体皮肤一样, 能随着外界温度、湿度的改变而调节。利用这一功能,将 Tg 设定在室 温,则涂层织物能起到低温(Tg )时高透湿的散热 作用。而薄膜的孔径远小于水滴平均直径而起到防水效果,使织物在各种温度条件下 具有良好的穿着舒适性。 1.5 调温型聚氨酯 美国农业部南方实验室的 Vigo、Frost 等发现,经聚乙二醇浸渍过的面料具有储 热功能,即受热时吸收热量,遇冷时放出热量。这一发现很快被用到 PU 涂层上,PEG 作 为聚氨酯合成中的多元醇组分,通过设计 PEG 的聚合度和含量,使得聚氨酯中的 PEG 相区的相变转化温度恰好在人们感觉最舒适的温度范围内。这样,环境高于聚氨酯熔 点时,涂层相变吸热,同时聚合物体积膨胀,亲水基团空间自由体积增大,热运动加剧, 使得透湿量增大,排热排汗加快,使人感到凉爽;当环境低于结晶温度时,PEG 链段结 晶,PU 涂层相变放出热量,同时封闭孔隙,透湿性减小,从而获得良好的挡风和保暖性 能。 2 .技术应用 目前这种复合材料结构广泛应用于长期从事农业、建筑业、林业、登山和海洋、 空中救援等户外工作人员的服装。 防水透气薄膜及涂层的其他应用：(1)医用/手术用衣物, 特点是抗微生物、防 液体、手感好、抗刺穿、可清洗。(2)药用护膜,特点是高透湿、弹性、舒适、贴合佳。 (3)无尘防护衣物, 特点是防水、防静电、可清洗、无异味、无碎片。(4)运动服外套 鞋、手套, 特点是无声音、低温柔软性、防风、可清洗。(5)军服,特点是抗化学物质、 低温柔软性、防风、无声音。 3 .技术优缺点 优点在于防水透湿薄膜能同时解决防水和透湿的问题，而过去服装制作长期存 在防水和透湿不能同时具备的困扰。聚氨酯材料具有良好的生物相容性和血液相容

性,防水透湿聚氨酯具有防水、透气、防菌等特点,能作为医用材料广泛应用于手术 服、手术巾、帷幕、外伤敷料、消毒器械包裹材料等。 缺点在于微孔薄膜及涂层存在着回弹性差、机械稳定性低、耐磨性差及加工工 艺复杂、生产成本高等不足,所以目前应用较多的是亲水性或微孔一亲水复合型聚氨 酯薄膜及涂层材料

性,防水透湿聚氨酯具有防水、透气、防菌等特点, 能作为医用材料广泛应用于手术 服、手术巾、帷幕、外伤敷料、消毒器械包裹材料等。 缺点在于微孔薄膜及涂层存在着回弹性差、机械稳定性低、耐磨性差及加工工 艺复杂、生产成本高等不足，所以目前应用较多的是亲水性或微孔-亲水复合型聚氨 酯薄膜及涂层材料