前言

防水透湿织物(Waterproof&Moisture Perme—able Fabric)通常也叫防水透气织物，国外一样平常称之为Waterprof but Breathable Fabric(可呼吸织物)。是一种既能防雨防风，又能排汗、透气的织物。它是人类为抵御大天然的侵害，赓续进步自我珍爱的情况下出现的，在穿着过程中，水在肯定压力下不能浸透织物，而人体散发的汗液却能以水蒸汽的情势通过织物传导到外界，不在人体外观与织物之间冷凝蕴蓄，保持穿着者干爽、温暖。所以，在国外称之为“可呼吸织物”。这种织物不仅能知足冰冷、雨雪、大风等恶劣环境中人们运动时的穿着必要，也适用于人们日常生活需求，具有广阔的发展前景。

1防水透湿技术的近况

1．1超高密结构法

Ventile织物是这类防水透湿织物的典型代表。这是一种细支低捻度高密纯棉织物。干燥的文泰尔防雨织物纱线之间的微孔比较大，能提供高度透湿的结构。一旦润湿，棉纤维膨胀，纱线之间的闲暇由10p,m削减到3p,m，迫使孔隙缩小，在短时间内可以防止水渗透。这一闭孔机制同特别的拒水整理相结合，可使织物不被雨水进一步渗透，可用于外科手术服、户外穿着服等。13本防卫厅早在1960年就开始用它制造耐寒防水救生服。近年随纺丝技术的发展，行使超细纤维(0．1～0．3 dtex)制成的超高密度织物大量出现。有报道称，这类织物即使不采用拒水整理也可达到9．8～14．7 kPa的耐水压。13本钟纺公司用星散型纤维(1 dtex)制成织物后再经高收缩，于1981年首创超高密织。其密度为通俗织物的20倍，耐水压可达6kPa以上，透湿量达7000 g／In 24 h。而13本帝人公司以超细涤丝为质料开发的微隙织物Micro-porous Fabric，据称经5次洗涤后，在24 h内仍能耐受9．8kPa的水压而不渗漏，透湿量可达10，000 s／m 24 h。经20次洗涤后，该织物的性能仍能保持9o％以上。

在20世纪70年代，人们发现荷叶外观因覆盖着稠密的细短茸毛及延续的蜡质层而具有特别的拒水性能。滴于荷叶外观的水不能渗透荷叶，而只能形成水珠顺荷叶外观滑落，这种征象称为荷叶效应。80年代初，13本一些公司行使超细纤维(0．1～0．3dtex)特别的收缩技术生产超高密织物，经过防水处理后，获得具有长时间防水结果的透湿织物。如日本帝人公司根据荷叶效应，行使超细纤维制成拒水、防水织物“MicmfitRectax。该织物具有极佳的透湿性(>8000 g／m·24h)、防风性(0．5 cln／cm·s)和耐水压性(5880～6860 Pa)。常涛、李德义引及马立等采用涤纶微细旦纤维织造高密度织物，并行使组织的浮长线模仿荷叶外观的乳头状突起，使织物外观具有微小的凹凸，同时对坯布进行收缩整理和拒水整理，使织物具有优秀的防水透湿性。由该方法试制的防水透湿织物透湿量达1592．9 m 24 h，耐喷淋持续时间93．8 min，且织物手感柔软、悬垂性好并具有自然的光泽。因为高密织物的生产难度较大，因而出现了通过整理手段来生产高密整理织物。这种织物的质料纤维具有皮芯结构，芯层是较粗的高收缩纤维，皮层为超细质料。如帝人公司开发的以涤纶皮芯异收缩纤维为质料的“Sorela”和13本尤尼契卡公司生产的以乙烯与乙烯醇共聚长丝为芯层，以锦纶为皮层的皮芯异收缩织物“Naiva”等。

目前，世界上重要生产高密防水透湿织物的公司及其闻名商标还有：Hochest公司使用Trevira．Finess(0．56 dtex)聚酯纤维制造的CLMAGUARD；ICI公司行使TACTLE微纤(0．44ate)织造的MICROSPIRIT；东丽(TORAY)公司制成的H2OFF织物和可乐丽(KURARAY)公司制成的ARCUS织物等。紧密型织物的上风重要在于工艺简单，重要是纱线和丝纤度的转变，制成的衣物悬垂性、透湿性好。但其织物耐水压太低(<9．8 kPa)，大大限定了应用范围。此外，因为织物密度大，织物的撕裂性能差，纺纱必须经特别处理，生产成本高，加工困难。棉型Venfile织物遇水变僵硬，不利于穿着，也是此类织物的瑕玷之一。

1．2微孔技术法

由表2可知，下降到地面的雨滴直径通常在100～30000tlm，而水蒸汽分子的直径为0．0004tlm。微孔防水透湿织物就是行使水滴与水蒸汽直径的悬殊差异，设计织物微孔直径使织物外侧的水不会穿透织物渗入到织物内侧，而人体散发的汗蒸汽却能够通过微孔扩散到外界，从而具备防水透湿功能。微孔高聚物薄膜可以与织物通过层压或涂层工艺等方式复合，从而赋予复合体防水透气功能。微孔的产生有多种方式，可通过对薄膜的双向拉伸产生微孔；也可在高聚物上填加填料(如陶瓷、泡沫等)，使高聚物与填料之间形成孔隙；也可以通过相星散(湿法聚氨酯)产生微孔；还可以采用机械方式，行使打孔技术(如激光)使无孔膜产生闲暇达到透气的目的。

湿气在微孔中扩散包括三个过程：气体在薄膜外观“消融”逐一定的温湿梯度下在薄膜内扩散一最后在低浓度一侧蒸发。1985年10月，美国军队将轻巧防水透湿织物用于冬季军用服装，以渐渐庖代现行军用棉衣，其中Gore-tex层压织物是唯一达标的防水透湿产品J。但因为该微孔膜的制备必要特别的设备与工艺，产品加工难度大、成本高而价格昂贵，在很大程度上限定了其推广应用。Gore-tex薄膜厚度约为25tun，气孔率为82％，每平方厘米有14亿个微孔，平均孔径为0．14tun，孔径范围0．1—5 rum，小于轻雾的最小直径(20ran一100p~m)，而宏大于水蒸汽分子的直径(0．0003—0．0004p~n)，故水蒸汽能通过这些永世的物理微孔通道扩散，而水滴不能通过。因为P1w薄膜又是拒水的，因而具有精良的防水透湿性能。据测试，Gore—tex膜的耐水压为44O kPa，透湿量达11.072 g/m·24h。将其层压于尼龙或涤纶织物上，可使织物的耐水压达9.8 kPa以上，透湿量达5000 g/m·24 h。据报道，日本的NITRO Elec．公司生产的MICROTEX也属Gore-tex膜之类J。藤井富美子研究发现J，用Gore．tex膜制成的服装有一个紧张的缺陷，即随着服用时间的延伸，防水透湿的结果变差，甚至出现面料渗水征象。这重要是因为薄膜的比外观积较大，容易吸附粉尘及人体汗液中的盐分、油脂、化妆品等物质，洗涤剂也容易残留在薄膜微孔内，这些物质的存在导致薄膜微孔的亲水性增长，从而引起毛细征象。为此，Gore公司与日本润工社合作，推出第二代Gore—tex织物。其关键在于在拒水的P1薄膜的一壁涂覆亲水拒油的聚氨酯类防水透湿涂层剂，以进步Gore—rex织物的耐用性，此项技术的缺陷在于织物的透湿性能有所降落J。近年来，随着对PTFE性能熟悉的深入和制膜技术的进步，在第二代Gore—rex织物的基础上，又研发了功能性P1'n层压织物，例如防水透湿弹性织物、防水透湿阻燃复合织物、防化内衣以及新型特种防水透气军鞋等。

Gore．tex问世以后，国内一些科研机构便对此进行跟踪研究。北京塑料研究所、东华大学及上海市纺织科学研究院等单位先后研制开发了一系列FrFE产品。我军自行研制的P1层压织物在某些性能上已超过Gore．rex织物，达到了国际先辈水平，并建立了世界上第二条双向拉伸PTFE膜生产线。此外，为了获得性能精良、成本低廉的功能织物，研究人员尝试行使聚偏氟乙烯(PVDF)替换PTFE制备新型防水透湿膜，并已取得了肯定成绩[。美国一家公司开发了一种PVDF涂层材料，其涂层微孔平均直径仅为0．1 um。

除了聚四氟乙烯外，其他薄膜层压织物还有聚乙烯膜、聚酯膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜层压抑品等。因为聚氨酯自己的物理性能，尤其是弹性、手感、机械力学性能较好，且成原形对低，因而微孔涂层法以PUs类防水透湿产品为主。到20世纪80年代中期，国皮毛关产品已有几十个品牌，例如日本东丽(Toray)公司湿法凝固工艺生产的微孔PUs涂层织物Entrant；美国Burlington公司的Uhrex，比利时UCB Speci alt y Chemicals／B公司反相法工艺生产的微孔PUs涂层织物Ucecoat 2000系列；以及Ciba—Geigy公司采用泡沫涂层工艺生产的Dicrylall系列等。这些产品的耐水压一样平常为4．6—6．8 kPa、透湿量为1000—4500 g／m·24 h。总的来说，这类织物的耐水压性、透湿性、防风性及保暖性都较好，但加工过程较为复杂，生产成本较高。分外应详细的是，在长期的使用过程中微孔会被堵塞，从而导致织物防水透湿性能降落。

1．3致密亲水膜技术法

致密亲水膜防水透湿织物是近年来研究的新动向。它行使高聚物膜的亲水性能为水蒸汽分子提供充足的亲水性基团，水分子因为氢键和其他分子间力的作用，在肯定温度和湿度梯度下，于湿度高的一侧吸附水分子，通过高分子链上的亲水基团传递到湿度低的一侧解吸，形成“吸附．扩散．解吸”过程]，达到透气的目的。亲水成分可以是分子链中的亲水基团。也可以是嵌段共聚物的亲水组分，其防水性来自于薄膜自身的延续性和较大的膜张力。行使薄膜与织物进行层涂层，赋予织物防水透气功能。这类织物的典型产品有荷兰Akzo Nobel公司的Sympatex层压织物、美国宝立泰国际股份有限公司的Qualitex多功能防水透湿织物等。Sympatex是含2O％～5O％聚环氧乙烷和对苯二甲酸丁二酯的熔化挤出共聚薄膜，属聚酯嵌段高聚物制成的实心体，液体完全不能透过薄膜，透湿通过也不会被堵塞。其厚度仅为10μm(但随着应用的扩大，超薄和超厚品种已开发成功，如今这些膜的厚度范围是5—10μm)，大大低于一样平常涂层的厚度(70—100μm)，具有重量轻、手感柔软和水蒸汽由里向外扩散距离短等好处。其重要性能指标为：透湿性2700g/m 24 h、拒水性105 Pa。如今，Sympatex层压织物的外层材料用3M公司的Scotchguard助剂处理，可保证层压织物的长期透气性。Qualitex薄膜是以聚氨酯为主，由近十种化学质料反应合成的多相高分子材料，属无孔亲水性薄膜。薄膜吸水后，仍能保持优秀的机械性能，从而解决了亲水性与薄膜牢度的矛盾，织物的防水透湿性能接近聚四氟乙烯层压织物。聚氨酯涂层剂具有玻璃化温度低且易调节，以及低温强度和柔韧性精良等好处，是常用的防水透湿涂层剂。进步无孔涂层透湿性的关键是发挥聚氨酯分子结构中软段分子的作用，即导入亲水性的软段分子，作为吸拥护释放水分子的部分。聚氨酯涂层剂涂层之后，因为溶剂挥发形成无孔薄膜，通过亲水基团或氢键对水分子的吸附一传递一解吸作用而达到透湿的目的。因为膜中没有微孔，因此防水性能很好，但透湿性能有待于进步。另外，这类涂层织物的瑕玷是外观需经拒水整理以改善防水性。这类产品有英国Baxenden化学公司生产的Wit·coflex Staycool和X—liner等、德国Bayer公司的Impraperm、比利时UCB的Uceeoat 2000NPU系列产品及日本尤尼契卡的Prooface：等。据称，大日本油墨化学公司的Ctisvon NYT一20亦是按此设想开发的产品。国内学者在这一领域的研究也颇为活跃，其性能如表3所示。致密膜防水透湿织物加工简单，不存在粉尘、汗渍和油垢的污染，但对设备、涂层剂有特别要求。涂层的织物具有较高的耐水压，却难以获得较高的透湿性。尽管防水透湿织物有多种加工方法，但在现实生产中常常将它们结合起来使用。比如，Gore公司的第二代Gore—tex产品就是将P1'n薄膜层压与亲水PUs涂层相结合，以实现防水透湿功能，且在服用过程中不堵塞微孔；比利时UCB公司将Ucecoat2OOO微孔PUs涂层和NPU亲水涂层相结合，制成防水透气雨衣，耐水压超过29．4 kPa，透湿量大于4500 r,／m2·24h；日本东丽(Tomy)公司新近开发的Entrant GII系两种聚氨酯材料复合而成，内层聚氨酯含微孔和超微孔(<0．5 mm)，行使类似于“芯吸”的作用达到防水透气结果，耐水压达98 kPa、透湿量大于8，000 r／m·24 h；此外，还有美国3M公司生产的Thintech品牌等。

2防水透湿织物的加工方法

防水透湿织物的加工方法有三种：超高密结构法、微孔技术法和致密亲水膜技术法。

2．1超高密结构法

闻名的Ventile织物是最早的以超高密结构法生产的防水透湿织物。当织物被润湿后，纤维发生膨胀，纤维间的间隙减小，从而阻止水的渗透。近年来，多用聚酯、尼龙、醋酸纤维素等的超细纤维制备高密织物，再辅以拒水整理，达到比Ventile织物更好的防水结果，而且织物轻薄，手感柔软。

2．2微孔技术法

微孔防水透湿织物是根据水滴与水蒸气分子大小相差悬殊，设计织物微孔膜上的微孔直径小于水滴而大于水蒸气分子，织物外侧的水滴不会穿过织物渗透到织物内侧，而人体自己散发的汗蒸气则能够通过微孔扩散到外界，从而使织物具备防水透湿的功能。微孔技术法的典型代表织物是美国w．L．Gore&Associates(戈尔)公司制备的Gore-Tex织物。Gore—Tex薄膜重要是由聚四氟乙烯双向拉伸微孔薄膜构成，厚约25 m，开孔率为82％，孔径为0．2～5 Ixm，约为水滴的两万分之一。比水蒸气分子大700倍，透湿量大于4 000 g／m·24 h，透气量小于0．1 mL／(cm·S)，因而具有优秀的防水、透湿、防风功能。适用于活动和户外服装。

2．3致密亲水膜技术法

致密亲水膜防水透湿织物是通过亲水膜亲水链段的化学吸附，在肯定的温度和湿度梯度下，传递水蒸气；通过亲水膜的疏水链段阻止水的渗透。如Sympatex织物，Sympatex薄膜是由亲水的聚酯嵌段高聚物制成的没有微孔的实心体，汗气蒸发的水分子以亲水涂层的亲水链段为阶梯从织物内部散失到外界。由于亲水涂层内部的温度、湿度比外界要高，因而这种传导只能由内到外单方向进行，从而使织物具有优秀的透湿性能。又因为这种亲水涂层是无孔的，所以即便是刮风下雨，风和雨滴也不能透过亲水涂层，因而具有优秀的防风隔雨性能。而且Sympatex薄膜厚度仅为lOm，具有重量轻，手感柔软和水蒸气由里向外扩散距离短等好处。因而广泛用于活动服和休闲服。

3防水透湿织物新发展

前述三种方法制备防水透湿织物已经应用于工业生产，但仍有不足之处，如行使织物自己紧密结构制备的防水透湿织物耐水压太低；亲水膜技术制备的防水透湿织物悬垂性和柔软性差；透湿性相对较低，附着牢度差；而微孔技术制备防水透湿织物则工艺复杂，成本高，限定了其推广和使用。随着消耗观念的改变和科学技术的提高，人们正在产品的功能开发上吸取和移植当代新技术，以提拔现有防水透湿织物的档次。

3．1智能型防水透湿织物

考虑到穿着者的舒适性，对于纺织服装的透湿气性能在不同环境下的要求是不同的，高温下要求高的透湿性能以保证优秀的排热排汗性，而低温时较低的透湿气性可保证保暖性，然而一样平常的织物无法达到这种功能性要求。行使外形记忆聚氨酯智能膜制备的防水透湿织物，其透湿气性能能够随外界温度的转变而转变，能更好地调节人体服装内的微天气，适合各种条件下穿着。

3．1．1外形记忆聚合物的外形记忆原理

要使聚合物具有固定形变及恢复形变的机械举动，聚合物中必须具备两相，即可逆相与固定相，其中固定相的玻璃化变化温度要比可逆相的玻璃化变化温度高，而可逆相的玻璃化变化温度又要略高于操作温度。因为在操作温度范围内固定相一向处于玻璃态、结晶态、互穿网络或交链点状况，因此，它能像橡胶一样恢复形变，在外形恢复过程中提供所需的弹性恢复力。当温度升高到可逆相的高弹态时，聚合物能在外加载荷下产生高弹形变；当温度骤冷到其玻璃态时，因为此时处于玻璃态的可逆相的应力比固定相的弹性恢复力要大，产生的形变即使在去除外加载荷状况下也不能恢复，就是所谓的形变被“冻结”。一旦温度升高到可逆相玻璃化变化温度以上，抵制固定相弹性恢复的因素被消弭，分子链的布朗活动使得可逆相的应力释放、柔性增强，效果聚合物因为固定相的弹性恢复而恢复到初始形态。因而聚合物在一系列热机械处理下，展现出了既能像塑料那样能固定形变，又能像橡胶那样恢复形变这两种机械性能。

3．1．2外形记忆聚氨酯的结构及其制备方法

聚氨酯是在大分子主链上含有氨基甲酸酯基结构单元的高分子化合物的总称，由多异氰酸酯与多元醇反应制得。为了获得所必要的性能，常用小分子二元醇或二元胺进行扩链。对于外形记忆聚氨酯，因为其性能的要求，所用多异氰酸酯为二异氰酸酯，多元醇为齐聚物二元醇，扩链剂多为小分子二元醇。由芳香族的二异氰酸酯与具有肯定分子量的端羟基聚醚或聚酯反应生成氨基甲酸酯的预聚体，再用丁二醇等扩链后可生成具有嵌段结构的外形记忆聚氨酯。这种嵌段聚氨酯分子有软段(聚酯或聚醚链段)和硬段(氨基甲酸酯链段)两部分组成，而这两部分链段的聚集状况和热举动等各不雷同。其中由线型聚酯或聚醚构成的软链段部分的玻璃化变化温度较低，并具有肯定的结晶度，且熔点不高，为可逆相；而作为硬链段的氨基甲酸酯聚集体因为其分子间存在着氢键，因而具有较高的玻璃化变化温度，该聚集体聚集成的微区起物理交联点的作用，因而该链段作为固定相。这种两相结构就赋予了聚氨酯分子外形记忆功能。外形记忆聚氨酯的制备方法与通俗聚氨酯的制备方法雷同，既可以用浇注法直接制得成品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料，然后再注射成型。对于热塑性的外形记忆聚氨酯多采用先制成粒料再成型的方法(成型前粒料必须除去水分，否则会使物性降落，表面变差，成型温度为180～220℃)；对于热固性的外形记忆聚氨酯，则多采用浇注法。

3．1．3由外形记忆聚氨酯制备的智能型防水透湿织物

外形记忆聚氨酯在玻璃化变化温度区域，因为分子链微布朗活动而使透湿气性有质的突变，而且外形记忆聚氨酯膜的透湿气性能可以随着外界温湿度的改变而改变。将外形记忆聚氨酯应用于纺织品上，合理设置其温度突变的范围，就可以在不同环境下知足穿着者对舒适性的要求，从而实现智能透湿的结果。同时因为外形记忆聚氨酯为无孔膜，故可以保证优秀的防水结果。采用这种外形记忆聚氨酯制备防水透湿织物可以通过纺丝得到纱线并赋予纱线有记忆功能，也可作为织物涂层剂进行织物功能性涂层处理，如采用无孔层压／涂层方式等，避免了微孔在使用过程中易壅塞的瑕玷。Et本三菱重工生产的外形记忆聚氨酯及其防水透湿织物Diaplex产品，防水性能(抗水压)达到196．133～392．266 kPa，透湿量达0．8万1．2万g／(m·24 h)，并且具有优秀的抗冷凝性，不仅适应于一样平常条件下穿着，而且在特别环境下其防水透湿保暖性能随温度转变而转变，始终保持优秀的舒适性。

3．2离子束溅射镀膜法制备防水透湿织物

溅射法是镀膜工业中已广泛应用的技术，具有薄膜与基底结合力强、可沉积物质范围广等好处。聚四氟乙烯溅射在聚酯纤维织物上形成高度憎水的氟碳高分子膜。聚四氟乙烯膜仅沉积于纤维上，原织物的孔隙结构得以保留，故可兼具防水透湿功能；这种干法涂层为化学键合，牢度好；因为膜透明且仅几个微米厚，故可保留原织物的手感、风格和颜色；溅射镀膜过程中不使用有机溶剂，不存在环境污染题目。齐宏进、王东等的研究注解L1，未经溅射的聚酯纤维织物滴上水滴后立即铺展渗入织物毛细孔中，而溅射后的织物在织物外观形成了一层同于聚四氟乙烯的氟碳膜，使水与织物的接触角远远超过90。，从而进步织物的拒水性。此外离子束溅射基本不影响织物的透湿性。因而离子束溅射法是制造防水透湿织物的一种新方法。

3．3环保型防水透湿聚酯织物

因为人们环保意识的日益加强，开发环保型产品已被各厂家所认可。迩来日本帝人公司开发了具有经济、环保双重价值的100％聚酯防水透湿织物Athtoma。该织物是用100％的聚酯纤维通过涂层或叠压薄膜(树脂)生产的，可以回收再行使.帝人公司一向开发和销售100％聚酯高密防水透湿织物。然而，这种不经过涂层或叠压的高密织物抗高水压能力有限，同时，使用聚亚胺酯树脂或碳氟树脂增长抗水压性能的涂层或叠压织物在回收方面很困难。为解决此题目，帝人公司成功地开发了不用聚亚胺酯树脂的Athtoma织物。该织物是一种经防水透湿后整理的机织物，可以回收和再行使，具有优秀的经济价值，抗水压和透气性能优秀，具有持久的抗水性，可经受反复的洗涤。

3．4蛋白质织物

回归天然也是当今人们所追寻的一个潮流，不少人削减对合成纤维的行使而重新正视自然纤维。日本和服一样平常由丝织物制成，日本小松精练公司从废弃的旧和服中提炼出丝蛋白，以这些弹性的丝蛋白调配聚氨酯树脂，以涂层、层压和热复合三种方式制备防水透湿织物Proteintex，用于缝制大衣、防寒夹克、活动装及户外服装等。Pro．teintex织物具有优秀的穿着性能，尤其是三层复合织物，除具有高防水高透湿等精良性能外，耐久性也很好，而且既轻又薄，易剪裁.

瞻望

防水透湿织物已经历了一个相称长的发展阶段，当代新技术的发展将使防水透湿织物更趋完美，使防水透湿织物除了具备精良的防水透湿功能外，兼具其他特别服勤奋能。如戈尔公司与杜邦公司联合，在Gore—Tex的Teflon膜上嵌入导电的纳米粒子，开发新一代Gore—Tex抗静电防水透湿工作服。

另外，防水与透湿是始终矛盾的，可以考虑用接枝聚合的方法对拒水性纤维进行改性，进步其吸湿放湿能力，从而达到防水透湿的目的。13本有人对此进行了初步探索，用电子线接枝聚合方法将丙烯酸类的亲水性单体接枝在疏水性聚丙烯非织造物上，然后用烷基季铵盐处理，再对其进行含氟等离子体处理，使织物具有拒水性和吸放湿双重功能，但是所得织物的拒水性不如含氟微孔膜织物，这还有待人们更深入的研究。

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