人們?cè)谌粘Ｉ钪�，�?jīng)常要接觸水，這樣就引起人們對(duì)穿著的衣物提出了防水的要求，從而客觀(guān)上促進(jìn)了防水面料的產(chǎn)生。據(jù)文獻(xiàn)記載1，早在公元1600年以前，中美和南美的居民就生產(chǎn)出了防水面料。以后隨著高分子科學(xué)的發(fā)展，多種合成材料出現(xiàn)，作為涂層材料，作用于面料上，制成防水面料。
早期的涂層防水面料，有一定的防水效果，但不透濕，防水不透濕面料對(duì)服用者產(chǎn)生不舒適甚至低溫寒冷的后果2。
防水不透濕面料存在的這些問(wèn)題，使人們尋求一種可呼吸（breathable）面料。在二戰(zhàn)期間，Shirley學(xué)院的研究人員最先研制出防水透濕面料（WBF）2，主要用于軍事、戶(hù)外活動(dòng)、醫(yī)生手術(shù)服等。
在涂層法制備防水透汽面料方面，最先利用的涂層材料為丙烯酸和聚氨酯系列3。在60年代末和70年代初期，很多學(xué)者對(duì)涂層面料進(jìn)行了大量的研究。在80年代以前，一般是利用溶液或溶劑體系產(chǎn)生的聚合物來(lái)作為涂層體系4。自80年代以來(lái)，水溶性涂層材料的研究引起了很多研究者的興趣�，F(xiàn)在研制成功的水溶性涂層防水材料，主要為聚氨酯（PU）及其改性產(chǎn)品4。
80年代中期，又出現(xiàn)了一種新的涂層工藝--放電涂層。此種技術(shù)是利用物理和化學(xué)手段，借助等離子體鍍膜技術(shù)，在面料面進(jìn)行改性，使其具有憎水、防水能力5––14。
在防水面料的發(fā)展過(guò)程中，粘貼薄膜式防水面料起到了一個(gè)很重要的作用。此類(lèi)防水面料的代產(chǎn)品為Gore-Tex膜面料。Gore-Tex膜是W.L.GoreAssociatesInc.的PTFE膜產(chǎn)品商品名15，于1969年首次研究成功16。日本的NITTOElec.Inc.生產(chǎn)的MICROTEX也屬此類(lèi)膜17。Gore-Tex面料在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)上的成功，大大激發(fā)了聚合物成膜研究和發(fā)展，特別是在美國(guó)和日本18。
由以上可知，從不同的防水機(jī)理和生產(chǎn)方法來(lái)看，防水面料可分為：緊密面料型防水服裝，涂層型防水面料和粘貼薄膜型防水面料。
1.緊密面料型防水服裝
1.1緊密面料防水及傳濕機(jī)理
緊密型防水面料是利用改變面料結(jié)構(gòu)而達(dá)到防水透濕的目的。由于此類(lèi)面料是最早研制成功的防水透濕面料2，其主要機(jī)理為：水汽在紗線(xiàn)空隙之間簡(jiǎn)單的擴(kuò)散；纖維束之間的毛細(xì)管傳遞；在單根纖維之間的擴(kuò)散。
第一種機(jī)理，水汽傳遞過(guò)程是由沿面料從內(nèi)到外的水蒸氣壓力梯度控制的。當(dāng)紗線(xiàn)之間的空隙較小時(shí)，第二種傳遞機(jī)理所起的作用就很重要了。對(duì)于第三種機(jī)理，主要涉及水蒸汽吸附在面料內(nèi)面纖維上，通過(guò)纖維擴(kuò)散，在面料外面解吸。由吸水或親水纖維（如羊毛、，棉花和粘膠等）織成的緊密面料水蒸汽傳遞能力比類(lèi)似結(jié)構(gòu)的不吸水或憎水性纖維織成的面料要強(qiáng)得多19。
對(duì)防水面料所能耐的靜水壓P，可用Laplace‘s方程得出20：
γ為潤(rùn)濕液體的面張力，r為孔的半徑，θ為潤(rùn)濕液體對(duì)孔壁的接觸角。
要提高耐水壓，可通過(guò)減小紗線(xiàn)之間的孔大小，或增大接觸角來(lái)實(shí)現(xiàn)，而增大接觸角一般通過(guò)對(duì)面料進(jìn)行憎水處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
1.2緊密防水面料發(fā)展與特點(diǎn)
緊密型防水服裝，主要有早期的全棉Ventile型和現(xiàn)在的超細(xì)聚酯纖維面料。
Ventlie型面料是由低捻棉紗以牛津布的形式織成，此結(jié)構(gòu)使布面平整，面料緊密但不僵硬2。在干態(tài)下，人體排汗產(chǎn)生的水汽在紗線(xiàn)之間的空隙中穿過(guò)親水纖維擴(kuò)散和通過(guò)纖維束進(jìn)行毛細(xì)管傳送21。在遭到雨淋時(shí)，棉纖維的親水性引起紗線(xiàn)溶脹，使紗線(xiàn)之間的空隙從10μm減小到3μm21。
現(xiàn)在的緊密型防水面料，多用超細(xì)聚酯或尼龍纖維為原料織成22，23。在此類(lèi)面料中，纖維之間、紗線(xiàn)之間緊密排列，使得面料在不進(jìn)行憎水整理的情況下，也能耐水壓104––105Pa2。纖維紗線(xiàn)之間形成毛細(xì)管，由于毛細(xì)管效應(yīng)，能很好傳輸水蒸汽。
2.涂層防水透濕面料
涂層法是指面料直接或間接地進(jìn)行涂層，使面料具有防水性，透汽性是通過(guò)產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)或使其具有親水性而得到的24。根據(jù)其防水透汽機(jī)理，可分為三種類(lèi)型：微孔涂層法，親水性涂層法，微孔親水結(jié)合法。
2.1微孔涂層法
微孔涂層具有防水透濕功能，主要是由于水汽分子和雨滴尺寸有很大的不同，水汽分子直徑一般為4×10-4μm25，雨滴的直徑通常為102μm2。涂層的微孔大小一般為2μm2，因此，即使是最小的雨滴由于面張力作用也不能透過(guò)微孔，而水汽能自由通過(guò)。
早在1967年，F(xiàn)onseca.G.F26得出了泡沫涂層微孔防水面料的傳濕速率經(jīng)驗(yàn)公式：
wvt為傳濕速率，B為孔隙率，T為厚度，d為微孔直徑，A為常數(shù)。
Tagawa等人根據(jù)Hager-Posuille方程得出了傳濕量公式27：
W為傳濕量，d為微孔直徑，ρ為傳輸物質(zhì)密度，n為孔數(shù)，g為重力加速度，L為涂層厚度。
從上式看出，傳濕量與孔數(shù)、厚度成反比，這與傳濕速率一致，傳濕量與孔徑的四次方成正比，這與傳濕速率、防水要求相反。
微孔涂層面料具體實(shí)施方法有：泡沫涂層，相分離相轉(zhuǎn)換，等離子體法。
泡沫涂層典型例子為Pfersee/CibaGeigy公司的DICRYLAN體系24。相分離法代產(chǎn)品為PERMUTEX系統(tǒng)、“ENTRANT”和“ULTREX”24。
相轉(zhuǎn)換法也稱(chēng)“干式法”。利用此方法UCB.SpecialtyChemicals/B公司研制開(kāi)發(fā)了Ucecoat/2000（s）系列產(chǎn)品24。
等離子體法H.K.Yasuda在此方面有過(guò)專(zhuān)門(mén)研究28––31。此種技術(shù)一般是在面料上形成一層微孔薄膜，此薄膜一般為憎水物質(zhì)（如PTFE和其它碳氟化合物），由于其憎水性?xún)?yōu)良，因此此類(lèi)防水面料具有一定的耐水壓能力。
2.2親水性涂層法
利用含有親水性基團(tuán)（-OH，-COOH，-NH2等）的物質(zhì)進(jìn)行涂層，所形成的阻擋層，一般為致密實(shí)心層，起到防水的作用，涂層聚合物本身含有的某些基團(tuán)可以吸收、擴(kuò)散和解吸水蒸氣，能很好地透濕24。
親水性透濕高聚物的基礎(chǔ)研究工作主要集中于60年代和70年代�，F(xiàn)在，親水高聚物主要有26改性的聚酯、聚酰胺和聚氨酯。
3.粘貼薄膜型防水透濕面料
此種技術(shù)，是把功能性膜粘貼到面料上。粘合劑卻起到了一個(gè)很重要的角色，粘合劑主要有兩種24：一種為透濕型，可連續(xù)涂層；另一種為不透濕型，只能以網(wǎng)點(diǎn)式（dot-wise）粘合，不致于破壞透濕性。
此類(lèi)面料按所用的功能性膜分類(lèi)可分為：微孔膜型，致密親水膜，微孔親水結(jié)合膜。
3.1微孔膜
微孔膜防水透濕機(jī)理與微孔涂層類(lèi)似，其成膜方法為：水溶性聚合物分散體形成泡沫，干燥后壓制成膜；相分離法，濕法凝固；“干式”凝固拉伸成膜。
前幾種方法主要應(yīng)用于PU膜系列，此類(lèi)膜可直接利用在成膜過(guò)程產(chǎn)生的缺陷而成微孔。例如Porelle膜和REPEL膜24。
利用拉伸成膜法的典型例子為Gore-Tex膜。它是通過(guò)把燒結(jié)擠出的PTFE棒，加熱到稍低于327℃16，再以較高的速率進(jìn)行二維拉伸而制得的。通過(guò)電鏡觀(guān)察，可以發(fā)現(xiàn)，Gore-Tex膜有很多結(jié)節(jié)（spinal），結(jié)節(jié)之間由原纖連接，結(jié)構(gòu)較規(guī)整。結(jié)節(jié)形成了很多微小的孔隙，孔隙率可達(dá)96％（一般在25％––96％之間）16，因此透濕性很好。Gore-Tex膜微孔一般為0.02––15μm16，具有優(yōu)良的防水能力。Gore-Tex膜面料把防水（耐水壓1.75kg/cm2）與透濕很好地結(jié)合在一起，是第一個(gè)同時(shí)滿(mǎn)足防水與透汽的面料。此類(lèi)面料結(jié)構(gòu)如同“三明治”，分三層，外層一般為尼龍面料，內(nèi)層為針織品，中間為不連續(xù)粘合的Gore-Tex膜34。
3.2致密親水膜防水透濕面料
致密親水膜防水透汽面料是指利用親水型高聚物（含有親水型基團(tuán)或側(cè)鏈）制成致密實(shí)心膜，再粘到面料上。其防水透濕機(jī)理同此類(lèi)涂層面料。
此類(lèi)防水透汽面料的典型產(chǎn)品有SYMPATEX膜面料（PET膜），BIONII膜面料（PU膜），EXCEPOR-U（Polyaminoacid-urethane膜）。
4.防水透濕面料的比較
各類(lèi)面料都有其能生存下來(lái)的優(yōu)勢(shì)，也有其需要改進(jìn)的不足，現(xiàn)分別進(jìn)行闡述。
緊密型面料，其優(yōu)勢(shì)主要在于：工藝簡(jiǎn)單，主要是紗線(xiàn)和絲纖度的變化；制成的衣物懸垂性好，透濕性好。
但其面料耐水壓太低（在三種機(jī)理面料中是最低的），這大大限制了它的應(yīng)用范圍。棉型Ventile面料遇水變僵硬，不利于穿著35，這也是此類(lèi)面料缺點(diǎn)之一。
涂層面料其優(yōu)勢(shì)為：生產(chǎn)工藝的成本較低；親水性涂層以水為溶劑，成本低，污染少；親水性涂層可按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行；放電法涂層為干式過(guò)程，過(guò)程簡(jiǎn)單，產(chǎn)生污染環(huán)境的廢液少。
涂層法也存在很多制約因素；涂層法以有機(jī)溶劑體系為主，溶劑回收設(shè)備費(fèi)用較高，且易造成環(huán)境污染；面料涂層處理后，懸垂性和柔軟性變差；防水耐久性差，附著牢度差；微孔涂層過(guò)程，要產(chǎn)生連續(xù)均勻的微孔結(jié)構(gòu)工藝較難控制；親水性涂層透濕性相對(duì)低一些；放電涂層處理過(guò)程條件高，一直未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
粘貼薄膜型面料，特別是Gore-Tex面料，具有優(yōu)良的性能；防水效果好，附著牢度高。但其難以獨(dú)占市場(chǎng)或大范圍推廣，關(guān)鍵的障礙是：二維拉伸制膜工藝復(fù)雜，成本太高，成衣價(jià)格高，其柔軟性、懸垂性不令人滿(mǎn)意。
5.結(jié)束語(yǔ)
防水面料的發(fā)展，從有文獻(xiàn)記載到現(xiàn)在，有幾百年的歷史，在此期間，逐漸形成了緊密型、涂層型和粘貼薄膜型三大種類(lèi)，這三大種類(lèi)各有其特點(diǎn)和使用范圍，很難說(shuō)哪一種能完全取代另外兩種，以后情況會(huì)怎么樣呢？
筆者認(rèn)為，防水透濕面料應(yīng)該在發(fā)揮本身優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)其存在的不足，并不斷探索新品種，新方法。對(duì)緊密面料來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在纖維細(xì)度、纖維類(lèi)型和合理調(diào)整紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)上下功夫，超細(xì)旦纖維的應(yīng)用，共聚法紡制本身具有防水、憎水功能的纖維都是很好的嘗試。
涂層法應(yīng)該探求新的涂層體系，由有機(jī)溶劑型徹底向水溶液型發(fā)展。放電涂層也是一個(gè)很好的方向，放電涂層在光學(xué)和電子工業(yè)上取得了很大的成功，如能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，探索出適合面料或其它高聚物涂層的工藝和設(shè)備，將對(duì)此領(lǐng)域有很大的影響。
粘貼薄膜法，應(yīng)簡(jiǎn)化工藝降低制膜成本，或?qū)で笃渌统杀究商娲鶪ore-Tex膜的制膜技術(shù)，粘合劑也應(yīng)該向大眾化發(fā)展。
防水透濕面料隨著其技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)，性能的提高，它與人們的生活將會(huì)更加密切，尤其在軍事、國(guó)防和一些惡劣環(huán)境中的作用會(huì)越來(lái)越明顯。wXE9SdUEi
本文摘自《英杰紡織涂層事業(yè)部》： http://www.tucengbu.cn/new/new-90-735.html
