资料来源：聚氨酯防水透气涂层织物的进展，王炜 华载文
防水透气织物也叫防水透湿织物，国外又称“可呼吸织物”．消费者可以指望穿在身上的外衣，既能防雨防凤，又能排汗、透气、穿着舒适．这类织物从根本意义上不同于传统意义上的‘雨衣”．实际上，有些品种巳经开始受到时装界的青睐[5]．其主要特征是能够较快地将人体形成的汗液、汗汽蒸发排出，避免在衣服内凝结，保持服用者干爽、温暖的感觉．
防水透气织物首先被开发用在军服、防护服的生产，现在巳广泛用于运动服、旅行包、帐篷等的制造．国际市场上对这类面料的需求逐年增加，1996年产量巳达 6700万平方米[1]，国内这类产品也正在开发中．
1．1 高密度织物
采用超细纤维（细度小于1dtex）紧密织造，使纱线间隙小到不允许水滴通过，有些纱线，遇水膨胀，间隙会变得更小．然而对于直径仅为万分之四微米的水蒸汽分子，通道却是足够宽敞了，从而达到防水透气的目的．
1．2 簿膜层压
此工艺是将具有防水透气功能的薄膜，通常是微孔簿膜，采用特殊的粘合剂，层压或粘接到各类织物上，获得防水透气的效果［3］。聚四氟乙烯微孔薄膜复合织物即属此类，笔者也研究开发成功。
1．3 织物涂层
将被加工的织物，用直接或转移涂层工艺涂布，涂层封闭织物表面孔隙，获得防水性。其透气性，则是通过成形过程中在涂层内部形成的大量微孔，或亲水性“分子梯级通道”而获得．

2 具有防水透气功能的聚氨酯
按获得透气性机理的不同，聚氨酯涂层织物或薄膜层压织物可分为以下几类。
2．！微多孔聚氨酯
其防水透气机理是依靠成膜时形成大量的微孔．这些孔隙小于2μm，能阻止水滴（平均直径100 μm），却允许水蒸汽分子（平均直径为0.0004 μm）通过[5]，从而获得防水透气性。成膜方式有以下三种。
2．1．1湿凝聚法
最早由美国杜邦（DuPont）公司研制成功[6]，采用水凝聚以形成微多孔聚氨酯膜．较流行的做法是，将聚氧化丁烯二醇（PBA）/4,4-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）/1,4丁二醇，或PBA／4,
4-二环己烷基二异氰酸酯（H12MDI）／1,4-BD，按摩尔比1:3:2，制成聚氨酯树脂的有机溶液，如二甲基甲酰胺（DMF）溶液。成形工艺是：将此溶液在织物上涂层，通过水浴浸水，水与二甲基甲酞胺能很好相溶，但水不是PU的溶剂，通过双向扩散，水不断从树脂溶液中萃取出溶剂二甲基甲酰胺进入水相，同时水则进入
PU涂层膜中使聚氨酯逐渐由溶解状态转变为凝胶状态，最后产生聚氨酯固体沉淀而成膜。在形成皮膜的过程中，由于凝固相脱液收缩，在涂层膜中形成大量相互贯通的指状或蜂窝状多孔结构，孔隙直径在
0.5μm～2 μm之间，表面孔径0.5μm左右。该工艺的加工成本低于Gore－Tex的一半，透湿性可达到约4000 g／m2·24 h，耐静水压约 200
cm。这类产品已被世界知名的运动服生产厂家如Nike，Puma，Adidas，Umbro等采用。具有代表性的品牌有日本东丽（Toray）公司的“Entrant”，美国Burlington公司的“Ultrex”，英国NylaPenn公司的“Tarka”等。
同这类方法类似的还有盐凝聚法，即将PU乳液涂布，加盐使其破乳沉积，也可形成微多孔膜．采用这一工艺的有英国Stahi（ICI）／NL公司的Permutex，英国Porvail／GB生产的Porelle薄膜。
2．1．2油包水 W／O乳液法（又称干法）
将聚氨酯树脂的有机溶液（如甲苯／丁酮），加入水中制备W／O乳液，然后在织物上涂层，在不同温度下蒸发，水在涂层中的比例不断提高，当达到一个临界值时，聚氨酯则以多孔形式析出，并形成大量微孔。
2.1.3 泡沫涂层法
这种加工方式采用在聚氨酯树脂中加入阴离子或非离子表面活性剂，在聚氨酯形成过程中，另加发泡剂（如酸和水）以最终形成泡沫状PU，得到校粗糙的气固两相晶胞结构，再经压破，形成孔隙。这种加工可获得较高的透气性，但防水性不够好，Pfersee（Ciba）公司开发的Dicrylan系列，即为这类产品［10］。
2．2聚氨酯无孔薄膜
这是一种防水性好，又具有透气性的加工方式。透气性机理明显不同于微孔薄膜。其采用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”人体散发的水蒸汽分子，由于PU大分子链段的热遣动，形成瞬时孔隙，并加上内外水蒸汽压差的推动，水蒸汽从蒸汽压高的一面“传递”到另一面，即从接触皮肤的一面，传到周围环境，达到防水透气、穿着舒适的目的。这类涂层织物表面需经后拒水整理，否则被雨淋湿后，会在表面形成一层水膜，影响透气性。一般工艺是将聚四甲撑乙二醇醚（PTMG）与乙二醇聚醚（PEG）混合物／MDI／l,4-BD按1：3：2摩尔比，合成PU乳液，经涂层后溶剂蒸发，在织物上成膜，透气量可达4500
g／m2· 24 h，耐水压可达数十万帕［6］，但透气性随涂层膜厚度不同而有差异．这类常见的商品中有英国Baxenden化学公司生产的Wltcoflex
StayCool、X—Liner等，比利时UCB Special Chemicals公司的 Ucecoat NUP产品，德国Bayer公司的Impraperm，日本东纺制造公司的
Bion Ⅱ，日本三菱化成公司的 Excepor U等［10］。
3 聚氨酯涂层的最新研究
3．1 调温功能聚氨酯
近年来，人们正在致力于开发一种新型聚氨酯材料，除防水外，还兼有透气和调温功能，这更提高了织物的服用舒适性。最初，美国农业部南方实验室VigO、Frost等人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［12，13］。
这项技术很快被转移到PU涂层上。聚乙二醇作为聚氨酯合成的多元醇组分，通过选择和设计PEG的聚合度和含量，使得聚氨酯中的聚乙二醇相区的相变转化温度，恰好在人们感觉最舒适的温度范围．这样，环境高于熔融温度时，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，使透气量增大，排热排汗加快，使人有凉爽的感觉；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，由于亲水基团活性降低，透气性减小，从而获得良好的挡风和保暖性能．织物的这种“智能”型调温功能，可大大提高其服用性能，获“空调织物”的美誉。美国Polytech公司已经椎出的
Ureatech即为此类。日前这类聚氨酯涂层材料的研究，还处在初始阶段，距工业化还有一段路程，但可以预见，经科研技术人员的努力，这种产品将很快面世，并广泛应用。目前，笔者正致力于这种调温功能的防水透气PU水分散涂层剂的合成及其应用的研究。
3．2 提高织物透气性的研究
透气量的大小，从某种意义上讲，决定了织物的服用舒适性。为提高织物透气性，在传统工艺的基础上不断进行改进，最近的研究成果集中在以下方面。
3．2．1氨基酸改性聚氨酯[15]
选用适当的氨基酸与多元醇组分混合，再与异氰酸酯组分无规或嵌段加聚，制成改进型涂层或薄膜，可以大大提高织物的透气性．据报道，这类产品如三菱化成的Excepor-U，最大透湿量可达
7000 g／m2·24 h。
3．2．2 两种类型的聚氨酯复合［15］
将亲水性聚氨酯制成多孔状，或将多孔型结构进行亲水处理，微孔结构与亲水性结构两种机理共同作用，从而获得更满意的透气效果。美国3M公司生产的Thintech品牌即为这种方式。比利时UCB公司也采用将Ucecoat
2000（s）形成的微孔膜加涂Ucecoat NPU2307整理剂的工艺。日本Toray公司新近开发的Entrant Gll则将两种聚氨酯材料复合，内层聚氨酯含微孔和超微孔（＜0.5μm＝，利用其类似于“芯吸”作用，抽吸皮肤上的水分，扩散到外层，再排放到空气中，提高排汗作用。
3．2．3聚氨酯涂层添加剂［16］
采用在聚氨酯涂层剂中添加其他物质的方法．不但可以提高PU薄膜的透气性，而且还赋予织物杀虫、灭菌的功效，以及优良的手感。甲壳质是贝壳类水生物和动物的鳞甲质的提取物.

甲壳质类似于纤维素大分子，但2位上的酰胺基团，使其不溶于大部分有机浴剂，并具抗微生物性。甲壳质具有较高的吸湿性和释湿性，并有一定的抗微生物性．在涂层剂中掺入一定量的甲壳质后，会对汗液、体液保持清洁，并具有一定医疗保健作用．如日本Asahikaseid的“Biochiton”。除此之外，加入羊毛屑、蚕丝屑、鳞质粉、纤维素粉等，旨在提高织物透湿量的研究均有报道。这些粉末加入时温度高，待冷却固化时，体积缩小，发生相分高，在涂层膜内部及粉屑周围形成微隙，增加透湿性。
3．3 无污染聚氨酯的研究开发
研制一种完全水分散、在合成和应用过程中无溶剂污染的PU涂层剂一直是科技工作者的心愿。美国Polytech最新推出的Ureatech，据称就是在这方面着手，而被誉为“面向新世纪的高科技产品”，国内也有这方面的研究报道[17]。
3．4 金属和陶瓷涂层
在不影响原有防水透湿性的前提下，在树脂中掺入金属粉末，形成金属层，反射人体的辐射热，减少热量散失。这种涂层适合用作冬季或高寒地带登山运动员等运动服袋，如日本东丽公司的
Entrant thermo，日本旭化成的 Lyonthermo [15]。当PU中掺入具有较高远红外发射率的陶瓷粉后，这种涂层则具有吸收阳光的能量或人体热量，向人体辐射远红外线，使织物保暖性能提高，并具促进人体微循环的功能。如日本东丽公司的Megaclon，日本旭化成的Vera
V，日本钟纺的 Masonic。有些陶瓷还具有吸收氨、硫化氢等异味的功能，混入涂层后，成为除臭的防水透气织物，如日本尤尼吉可公司Permilan和 Deodrant。
4 结束语
防水透气及特殊功能涂层织物属于一种高科技含量、高附加值的产品，多种加工技术构成防水透气等功能涂层织物家族，而聚氨酯系列属于具有开发潜力，多姿多彩的一个分支．西方各国和日本等发达国家均投入大量人力、财力竞相开发研究，国内研究还较少．另外，美国、日本也把这类产品作为面向新世纪的高科技产品．作为在世界纺织品市场具有竞争力的产品的开发和研究，我国这个领域的科技工作者应当抓住机遇，迎头赶上。