防水透濕材料被廣泛應(yīng)用于軍事、體育、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如作戰(zhàn)服、登山服、外科醫(yī)生工作服、無塵室、工作服等。而防水透濕性(又稱防水透氣)是指材料不允許水滴等液體滲透，但可使人體散發(fā)的水蒸汽自由透過。本文針對目前防水透濕型水性聚氨酯存在的問題，通過調(diào)控體系的組分結(jié)構(gòu)及組成，研究了聚酯聚醚多元醇的比例、DMPA用量、R值對水性聚氨酯薄膜吸水率和涂膜的透濕性、接觸角等性能的影響，制備了具有良好性能防水透濕型水性聚氨酯。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1 水性聚氨酯乳液的合成

      將聚酯聚醚多元醇在100℃，0.1MPa下脫水3h后降至室溫，再與適量的異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）按投料比加入到裝有電動攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的干凈干燥的四口燒瓶中，開動攪拌器，緩慢升溫到65℃，反應(yīng)3h，升溫至75℃，加入一定量的2,2-二羥甲基丙酸（DMPA）反應(yīng)3h，溫度降至50℃，如粘度過大，可加入適量丙酮降低體系粘度，然后降溫至30℃，加入與二羥甲基丙酸等摩爾量的三乙胺（TEA）中和成鹽，快速攪拌條件下反應(yīng)1h。

1.2 水性聚氨酯薄膜的制備

      將水性聚氨酯乳液均勻的鋪展在平整干凈的聚四氟乙烯板上，在40℃下成膜3d，然后在80℃下脫膜，干燥后置于干燥器內(nèi)，備用。

1.3 防水透濕涂層整理工藝

      （1）防水整理：一浸一軋（防水劑15g/l） 預(yù)烘（100℃×1.5min） 焙烘（170℃×2min）

      （ 2 ） 水 性 聚 氨 酯 涂 層 整 理 ： 涂 層 預(yù) 烘（90℃×2min） 焙烘（160℃×3min），其中水性聚氨酯90份，增稠劑5份，交聯(lián)劑5份。

1.4 分析測試

1.4.1 紅外光譜分析

      用FTIR-5700型紅外光譜儀對水性聚氨酯薄膜進(jìn)行紅外光譜表征。

1.4.2 透濕性測試

      按GB/T12704-2009（織物透濕量測定方法透濕杯法），使用YG601型織物透濕儀測定。

1.4.3 接觸角測試

      使用JC2000A靜滴接觸角/介面張力儀測試測試織物表面接觸角。

1.4.4 掃描電鏡分析

      將未整理的織物和經(jīng)過水性聚氨酯整理過的棉織物噴金處理，用電子掃描電鏡觀察微相結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 R值對織物防水透濕性和薄膜吸水率的影響

      從圖1，2中可以看出，隨著R值的增大，水性聚氨酯膠膜吸水率不斷降低，透濕量不斷下降，接觸角不斷增大。這是因?yàn)殡S著R值的增大，剛性鏈段如氨基甲酸酯基、脲基含量增加，柔性鏈段含量降低，特別是殘余的-NCO基團(tuán)在乳化時與水或二胺反應(yīng)生成的取代脲等硬段含量增加，鏈段的剛性增加，這些都導(dǎo)致內(nèi)聚能的增加，鏈段間易形成硬相微區(qū)，使彈性體發(fā)生微相分離。同時，在親水基團(tuán)含量一定的條件下，R值增加，水性聚氨酯大分子的親水性降低，再加上大分子鏈的硬段數(shù)量和密度的增加，增加了微相區(qū)中硬段交聯(lián)點(diǎn)，使分子鏈間作用力加強(qiáng)，分子鏈更緊密，不易被水分子滲透，從而提高了聚氨酯成膜物的耐水性能。經(jīng)涂層整理后織物表面形成一層連續(xù)的聚氨酯薄膜，導(dǎo)致透濕量下降，接觸角上升，防水性增加。

2.2 DMPA用量對織物防水透濕性和薄膜吸水率的影響

      從圖3，4中可以看出，隨著DMPA用量的增加，水性聚氨酯的吸水率不斷增加，織物透濕量上升，接觸角下降。這是因?yàn)殡S著DMPA用量的增加，聚氨酯分子鏈上的-COOH基增多，中和后，水性聚氨酯膠膜的親水性增強(qiáng)，水易被聚氨酯分子鏈上的親水基團(tuán)吸附和傳遞，從而導(dǎo)致水性聚氨酯膜的吸水率上升，耐水性下降。

2.3 聚酯聚醚比例對織物防水透濕性和薄膜吸水率的影響

      由圖5,6可以看出，隨體系中聚酯的比例上升，薄膜吸水率下降，織物透濕量下降，耐水性增加。這主要由于聚酯分子的親水性小于聚醚分子，隨體系聚酯比例的上升，聚醚比例的下降，親水性基團(tuán)比例減少，導(dǎo)致織物透濕量下降，耐水性上升。

2.4 測試溫度對織物透濕性的影響

      由圖7可以看出，隨測試溫度的上升，織物的透濕量顯著上升。這主要由于溫度的上升使得聚氨酯分子活動性增大，更容易傳遞水分子通過。

2.5 紅外光譜圖

      由圖8見，在3340cm-1左右為N-H的伸縮振動峰，在1700cm-1左右為CO-NH的C=O的伸縮振動峰，1500cm-1左右為CO-NH的NH的變形振動峰，這三個峰都是聚氨酯中氨基甲酸酯的特征振動峰，說明合成的物質(zhì)中確實(shí)有氨基甲酸酯生成，是目標(biāo)產(chǎn)物。

2.6 掃描電鏡圖

      從圖9看出，未經(jīng)過水性聚氨酯整理的織物的纖維表面以及纖維之間沒有膜的存在，而經(jīng)過水性聚氨酯整理后的織物的纖維表面以及纖維之間存在薄膜，這說明水性聚氨酯上的活性基團(tuán)和纖維上的活性基團(tuán)發(fā)生了反應(yīng)。水性聚氨酯整理后的織物經(jīng)過水洗后，和纖維結(jié)合不牢的以及未和纖維發(fā)生反應(yīng)的水性聚氨酯被洗掉。同時，隨著水性次數(shù)的增多，纖維表面及纖維之間水性聚氨酯薄膜的量不斷減小。而且，經(jīng)過水性聚氨酯處理后的織物經(jīng)過50次水洗后，纖維表面上與纖維之間仍然有少量水性聚氨酯薄膜，這說明水性聚氨酯在織物上形成的薄膜具有較好的耐久性。

3.結(jié)論

      （1）優(yōu)化的防水透濕涂層劑的合成工藝為：聚酯多元醇和聚醚多元醇摩爾比=2/1，DMPA3.0%，R=1.9。經(jīng)聚氨酯乳液涂層的織物的透濕量可到達(dá)4500g/（m2×24h），接觸角可達(dá)137°

      （2）織物經(jīng)水性聚氨酯涂層后，表面明顯形成一層連續(xù)的薄膜，經(jīng)過多次水洗后，仍然有連續(xù)薄膜存在，說明水性聚氨酯在織物上形成的薄膜具有較好的耐久性。

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