聚氨酯防水透濕整理研究進展

韓學琴，梁志光，田軍明

(亨斯邁紡織染化(中國)有限公司，廣東 廣州 511447)

防水透濕織物既能阻止水滴透過又能使水汽順利通過，類似于人類的皮膚，故而得名“會呼吸的織物”。該類織物一般通過以下三種方法制得：高織高密法、微孔技術法和無孔親水膜法[1，2]。聚氨酯分子結構獨特，其中含有親水軟段和疏水硬段，從20世紀70 年代初，就作為防水透濕材料應用在織物上[3-5]。本文對近年來聚氨酯材料在織物防水透濕領域的研究應用進行了綜述，以期為聚氨酯防水透濕整理研究創新提供參考。

1 傳統聚氨酯

人們對傳統聚氨酯在防水透濕上的應用研究較多。權衡等人[6]研究了不同軟硬段的聚氨酯，發現防水透濕性主要取決于親水軟段的親水性及活動性，以及硬段相的微相分離程度。透濕性能正比于聚氨酯中醚鍵的含量，而防水性能則正好相反。PEG是防水透濕常用的聚醚軟段，陳爾凡、曹亮[7]研究了PEG的分子量和用量對PU防水透濕涂層的性能影響，發現PEG分子量400，用量5%，交聯劑用量1%，經過150℃、3 min烘焙，效果最好，產品耐靜水壓大于500 mm水柱，透濕量大于4000 g/(m2·24 h)，而且由于交聯劑的引入，所制備的涂層織物耐水洗達15次以上。于建美[8]也以PEG和MDI為主要原料制備了一種防水透濕薄膜，發現薄膜的透濕性隨著PEG含量的增加而增加，最大透濕量可達3325 g/(m2·24 h)。陳長欽、習智華[9]采用IPDI為硬段，聚醚多元醇為軟段，DMPA為親水擴鏈劑制備了一系列的水性聚氨酯乳液。研究表明，當選擇R=2、DMPA用量為3%時，選用合適的反應溫度和時間，所得的聚氨酯乳液穩定且具備良好的防水透濕功能。

除了選用聚醚多元醇，有些研究者選用聚酯多元醇或者聚酯多元醇與聚醚多元醇混合作為軟段。涂程[10]將聚酯多元醇和聚醚多元醇混合作為軟段，IPDI和小分子醇為硬段，制備了一系列聚氨酯。研究發現，制備的聚氨酯乳液以涂層方式整理到滌綸織物上，具備優良的防水透濕性能，耐靜水壓達6.74 kPa，透濕量達4810.3 g/(m2·24 h)。侯馬飛、蘇致淳[11]以聚碳酸脂二醇/聚四氫呋喃醚/聚乙二醇和異氰酸酯為主要反應物，合成了聚氨酯樹脂，聚乙二醇的引入使得該樹脂具有優良的親水性和透濕性，透濕率最高可達11375 g/(m2·24 h)，耐水壓大于10000 mm水柱。王彥波等人[12]以聚酯/多元醇和異氰酸酯，溶劑法合成了一種聚氨酯樹脂，并將其應用于全棉粗布上，采用由高到低再由低到高的成型模式，得到了防水透濕膜，該膜透濕量可達3325 g/(m2·24 h)。

2 智能響應聚氨酯

智能響應聚氨酯是近年來的研究熱點，其在防水透濕上的應用也比較廣泛，主要集中在溫度和pH響應兩方面。

陶旭晨等人[13]以端羥基聚己二酸丁二醇酯(PBAG)為軟段，TDI和丁二醇為硬段，制備了具有形狀記憶功能的聚氨酯，結果顯示，選用分子量為2000的PBAG，PBAG/TDI/BDO摩爾分數比為1/5/14時，合成的聚氨酯記憶溫度接近人體體溫。在此溫度附近，其透濕量會突增。李釗等人[14]選用PBAG和PEG為軟段，IPDI為硬段，DMPA為親水擴鏈劑，制備了水性聚氨酯。研究發現，選用NCO/OH摩爾比為2，PBAG/PEG摩爾比為2.5，DMPA質量分數為3.5%，制得的水性聚氨酯乳液整理織物后的透濕量可達4550 g/(m2·24 h)，耐靜水壓達到6.08 kPa。

薛元等人[15]通過互穿網絡方法制備了N-異丙基丙烯酰胺改性的形狀記憶聚氨酯，與傳統的物理共混法相比，該法所得產物具有較高的穩定性和相容性，可最大限度地保留N-異丙基丙烯酰胺的溫敏特性，產品具有優良的防水透濕功能。隨后他們又選用比較環保無毒的溫敏材料聚膦腈來改性形狀記憶聚氨酯，所得防水透濕膜同樣具有溫敏性，且由于聚膦腈玻璃化溫度低，使得膜具有良好的柔韌性和舒適性[16]。

李杰等人[17]以嵌段聚醚(聚乙二醇/聚四氫呋喃醚)和二異氰酸酯(ADI)為硬段，合成了一種智能型防水透濕涂層，該涂層在人體溫度附近(26～38℃)有響應，耐靜水壓可達29.4 kPa，透濕量可達4025 g/(m2·24 h)。隨后他們又選用一種阻燃劑改性的異氰酸酯，制備了一種兼具防水透濕和阻燃(無鹵)性能的聚氨酯涂層劑，所得涂層透濕量可達3953 g/(m2·24 h)，耐靜水壓達31.8 kPa，極限氧指數24.6%[18]。

周虎等人[19]以PCL、MEDA、MDI等為原料，成功合成了一種對pH和溫度雙重響應的聚氨酯膜材料，研究顯示當溫度高于各自軟段結晶熔融溫度以上時，聚氨酯膜水通量陡增，說明其對溫度敏感，同時，當pH從8.5升高到10時，聚氨酯膜的水通量也陡增，顯示出了pH敏感性。

張路萍[20]研究了PEG、PPG、PTMG、PCL、PBA等作為不同的軟段，IPDI作為硬段，一系列水性聚氨酯的防水透濕性能，發現織物透濕量的大小順序為：PTMG/PEG>PPG/PEG>PCL/PEG>PBA/PEG，耐靜水壓則正好相反，其中，最好的透濕量達到了5079.2 g/(m2·24 h)，耐水壓為41.4 kPa。

孫雪娜[21]以MDI和BDO為硬段，PBA/PEG/PTMG/蓖麻油為軟段制備了聚氨酯材料，并將其以涂層法整理到織物上，研究發現，無論聚醚、聚酯或者聚醚聚酯混合聚氨酯均出現了對溫度敏感的特性，具有一定的“智能”透濕功能，PEG的分子量和含量會影響織物透濕性，蓖麻油的引入會提高織物防水性但會損失一定的透濕性。

3 改性聚氨酯

聚氨酯通常有兩種改性：物理共混改性和化學改性。劉玉章等人[22]將季銨鹽殼聚糖(HACC)通過物理共混方法改性水性聚氨酯，研究顯示最佳共混條件為100～110℃下共混15～20 min，當HACC添加量10～15%時，制備的共混膜具有良好的防水透濕性能和抗菌性能。王志佳、陳英[23]利用羧甲基纖維素(CMC)、海藻酸鈉(ALG)和聚乙二醇(PEG)良好的親水性和透濕性，將其復配到水性聚氨酯涂層膠中，結果發現，PEG添加量為10%，CMC添加量為0.25%時，涂層具有優良的防水透濕性能，透濕量達到6721.5 g/(m2·24 h)，淋雨性為5級，且不影響織物手感。周金麗等人[24]利用絲素優良的吸濕透氣性改性水性聚氨酯，然后將其整理到滌綸織物上，結果發現，改性后的聚氨酯與未改性前的透濕性明顯提升，達到3000 g/(m2·24 h)以上，靜水壓3000 Pa以上。丁子寒、邱華[25]使用氣相納米二氧化硅改性水性聚氨酯而后將其以涂層的方式涂布到棉織物上，研究顯示，氣相納米二氧化硅可以明顯提高原來聚氨酯的耐水性和透濕性，當納米二氧化硅添加量為1.5wt%時，涂層膜的耐靜水壓和接觸角均有大幅提升，吸水率和透濕量均增加50%以上。

除了上述靠物理共混改性聚氨酯，有些研究者嘗試采用化學接枝來改性聚氨酯。董青青等人[26]以PPG和聚醚改性聚硅氧烷二元醇為混合軟段，IPDI為硬段，DMPA為親水擴鏈劑，制備了有機硅改性水性聚氨酯(Si-WPU)乳液，結果表明，當聚醚聚硅氧烷二元醇用量為6%時，制得的Si-WPU乳液可以明顯提高涂層織物的透濕性和耐水性。雷海波等人[27]也采用側氨基聚硅氧烷(SAPDMS)與PTMG、PEG共為軟段，IPDI和小分子醇為硬段制備了有機硅改性聚氨酯，結果顯示，側氨基聚硅氧烷的引入，提高了聚氨酯內部的微相分離，從而使自由體積空洞變大，透濕量明顯提高，但防水性有所下降。Gu X Y等人[28]利用硅膠改性聚氨酯得到了復合膜，該膜同時具備優良的防水和透濕功能。朱敏、周向東[29]采用自乳化法合成了含氟丙烯酸酯改性聚氨酯乳液，然后用其整理棉織物，結果顯示整理后的棉織物具有疏水性，水接觸角可達到130.3°，拒水性達90分。但通常氟改性聚氨酯透水性能會下降。周金麗等人[30]利用聚乙烯吡咯烷酮對水性聚氨酯乳液進行了改性，所得乳液與未改性前相比，透濕率和耐靜水壓均有近10%的提升，其他力學性能沒有明顯變化。

4 結語

目前，國內外科技工作者已經嘗試了采用不同方法改性聚氨酯，使其兼顧防水和透濕功能，并嘗試引入諸如抗菌、防紫外線等其他功能，但絕大多數聚氨酯的合成過程都要使用溶劑，污染大，成本高，隨著科技的進步和科研工作者的不懈努力，防水透濕織物會越來越趨向于智能化、舒適化和環保化。