专利名称：感温型防水透湿聚氨酯树脂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨酯树脂及其制备方法，尤其是一种防水透湿织物加工专用的 感温型防水透湿聚氨酯树脂。
背景技术：
过去的织物无防水透湿功能，在湿冷的天气里，有些服饰如羽绒服、防寒服等，无 防水功能，雨雪从外一直侵蚀到内；有的防水却不透气，身体散发的水汽排不出去，从内湿 到外，很不舒服。随着人们穿着要求的提高。对穿着舒适性的要求越来越高，薄膜复合加工 透湿防水织物已研制出来。并朝向轻薄、耐候的衣物开发与发展，如所谓的「可呼吸的织物 (BreathableFabric)」不单单强调防水功能，更明确突显透湿的功能。近年来服装面料中使 用有呼吸功能的薄膜复合织物明显增加，并且对于功能性要求越来越多。所谓「防水透湿」布料是一种能防雨水穿透又能将汗液蒸气排出的布料，外套内并 不会发生结露而导致湿冷不舒服现象。「透湿性」系指在剧烈运动时身体释放的蒸气会藉由 体表挥发至外部而达到降温的效果及维持绝佳的舒适与干爽；「防水性」是指布料具有完 全抵挡水分穿透的能力。这类防水透湿布料通常是在布料表面以Pu、铁氟龙薄膜(PTFE)、 TPU、TPE…等材料涂布或以film贴合加工而成。防水透湿织物表现的方式有三种1.直接涂布(Directcoating) ；2.贴合 (Lamination) ；3.高密度组织结构(High-density weave structure)。无论是直接涂布树 脂或薄膜贴合，其材质特性可分为微多孔型及亲水型(无孔型)两种，微多孔型每平方公分 之树脂或薄膜加工的表面含有数以万计的微孔，这些微孔远比水滴要小，因此即使在压力 之下也能完全阻挡水分的渗透，又能让衣服内的水气排出，保持干爽。而亲水型则系利用亲 水基将汗水吸附再藉由扩散、对流方式将汗水排出。依实际环境需求，有不同的耐水压及透 湿度组合布料。防水和透湿这两个功能一般看来是矛盾的，既要防水又要透湿，从宏观的物理学 判断只要使涂层布的微孔直径控制为0.2 5μ范围即可。因为水蒸汽分子的直径为 0. 0004 μ ；而各种雨雾的直径为雾20 μ，轻雾200 μ，毛雨400 μ，小雨900 μ，大雨3000 4000 μ，暴雨6000 10000 μ。利用微多孔性树脂及膜的类型，无数的皮膜孔隙约为0. 2 10 μ，比雨滴的直径(100 6000 μ) /Jn,比水气的直径(0. 0004 μ )大。外头的雨或水滴无 法渗进透湿防水加工布内层，但是人体散发出的水气，能迅速地排出衣服外，保持身体舒适 (Comfort)。人体在平时即有感觉不出的体热蒸散排泄，运动时发汗使相当多的水份散发出 来，会有明显感觉。出汗时首先会被内衣及衣服中所吸收，再经由透湿性防水加工布料，把 水气蒸散到衣服外部。透湿性具有防止衣服内部温度上升，和防止寒冷时在衣服内部结露 或结冰现象等重要机能，身体的感觉能保持在舒适的状态。近来，人们对穿着舒适性、功能性要求的不断提高，促使我们采用各种新型技术来 改善织物的各项性能，不同工艺、技术的开发是赋予织物新功能的主要手段，自从有防水透 湿产品以来，最初有防水透湿功能的织物是Ventile，它是100%纯棉的紧密织物。直到
3七十年代由R. W. Gore将TEFLON研发转换成TPFE膜(聚四氟乙烯)，取名Goretex的层压 或(复合)织物于1971年问世，是防水透湿织物开发过程中重要的进展。科学技术的发展 推动纺织业不断向前，21世纪的服装将向着穿着舒适化、功能化方向发展。各种智能型、功 能织物受到广泛的关注。感温型防水透湿织物就是其中之一。用现有防水透湿聚氨酯树脂加工而成的纺织面料，虽具有防水透湿之功能，能防 雨防风，又能排汗、透气，穿着舒适。但是在外部环境恶劣情况下，如低温时保暖性差及高温 时透湿度不足。造成在夏季高温状态生活，因为透湿量不足仍会有闷热之感觉；而冬天长期 在山上生活，因为透湿使服装保温性不佳，会有冻死的可能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种感温型防水透湿聚氨酯树脂及其制备方 法，通过本发明特殊配方及工艺制得的感温型防水透湿聚氨酯树脂具有感温功能，环境温 度较高时，其透湿气量增加，排热排汗加快，使人感到凉爽，当环境温度较低时，透湿性能降 低，起到挡风保温保暖作用，透湿性与温度调节同时发挥协调作用，穿着者在环境温度多变 或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适。本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是一种感温型防水透湿聚氨酯 树脂，由有效成分和溶剂组成，所述有效成分为聚氨酯(Pu，Polyurethane)，所述溶剂为甲 苯(TOL, Toluene)、二甲基甲酰胺(DMF，Dimethylformamide)和丁酮(MEK, Methyl ethyl ketone)，以感温型防水透湿聚氨酯树脂总重量百分比计，各组分含量如下聚氨酯29% 31%;甲苯22% 24%;二甲基甲酰胺21% 23% ；丁酮23% 25%。以用于生成所述聚氨酯(PU，Polyurethane)所采用的各反应物和各助剂的总重 量百分比计，各组分含量如下聚酯多元醇18. 5% 19. 5% ；聚醚多元醇34. 0% 35. 0% ；丁二醇7· 0% 8. 0% ；4，4-二异氰酸二苯甲烷(MDI) :26. 5% 29. 0% ；抗氧化剂0· 0. 3% ；抗紫外线吸收剂:0· 0. 3% ；触媒0·05% 0. 10% ；有机硅氧烷0. 8% 1.2% ；消光剂9·5% 10.0% ；其中所述聚酯多元醇、聚醚多元醇、丁二醇和4，4-二异氰酸二苯甲烷(MDI)为用 于反应生成聚氨酯的所述反应物，所述抗氧化剂、抗紫外线吸收剂、触媒、有机硅氧烷和消 光剂为所述助剂。所述聚酯多元醇为己二酸丁二醇酯三醇，使得聚氨酯分子中软段链比较均勻、物 性较强，生产出的感温型防水透湿膜柔软、物性佳及膜感较强。
所述聚醚多元醇为聚乙二醇-2000 (PEG-2000)，藉由聚乙二醇的亲水基提供聚氨酯 具有亲水基团达到透湿之目的，并设计调整聚乙二醇的聚合度和含量，达到高透湿之目的。所述丁二醇为1，4_ 丁二醇(BD0)，为扩链剂。所述触媒为不含有机锡类的金属触媒，催化反应的达成。所述抗氧化剂为酚系抗氧化剂，主要用途为防止高温反应过程中树脂之的热氧化 及聚氨酯加工后氧化分解。所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑衍生物(Benzotriazol-es)，具有高紫外线吸收 能力、良好的抗老化性及加工安定性，可预防及减缓加工过程中因为光及热氧化所造成的 热裂解。所述消光剂为无定型二氧化硅，经特殊有机处理，孔隙率高、容易分散，具有很高 的消光效率，由于其细小的粒径及特殊有机处理，使聚氨酯涂膜具有优秀的表面平滑性能。使用带羟基有机硅氧烷作为聚氨酯改质的反应形流平剂，能增进流平性、耐磨性 及帮助剥离，兼具透气、透湿及防水性。一种感温型防水透湿聚氨酯树脂的制备方法，原料有溶剂、反应物和助剂，所述溶 剂为甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮，所述反应物为聚酯多元醇、聚醚多元醇、丁二醇和4，4_ 二 异氰酸二苯甲烷，所述助剂为抗氧化剂、抗紫外线吸收剂、触媒、有机硅氧烷和消光剂，制备 过程按下述工艺步骤进行将甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮投入反应釜中，得到混合溶剂，并将混合溶剂加热至 35 45°C，将聚酯多元醇、聚醚多元醇、抗氧化剂和触媒加入反应釜中，待上述加入物料完 全溶解后，加入4，4- 二异氰酸二苯甲烷，将反应釜内温度控制在70 80°C进行聚合反应， 反应过程中适时添加若干次4，4-二异氰酸二苯甲烷以增黏，并随时侦测黏度，待黏度上升 至设计黏度(700 800PS/75 80°C )时加入由甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮组成的混合溶 剂，然后再加入丁二醇并保持温度70 80°C持续反应，反应过程中适时添加若干次4，4-二 异氰酸二苯甲烷以增黏，并随时侦测黏度，随着黏度的升高加入由甲苯、二甲基甲酰胺和丁 酮组成的混合溶剂以稀释，待黏度升高到一定程度时加入有机硅氧烷、抗紫外线吸收剂和 消光剂持续反应完全，控制规格为600 1000PS/25°C，制得所述感温型防水透湿聚氨酯树 脂，其固含量为29% 31%。本发明的有益效果是本发明感温型防水透湿聚氨酯树脂用在涂层织物上，与市 场上使用之一般防水透湿聚氨酯树脂比较，增加温度感温功能，藉由特殊原料及特殊的工 艺控制聚氨酯树脂分子排列方式使其对于环境温度具有较强的反应能力，其环境温度较低 时(< Tg)透湿量低于1000g/m2 · 24hr起到低温保暖功能，在较高环境温度下(> Tg)其 透湿度提高到3000g/m2 · 24hr以上达到排汗之功能。这样透湿性受温度调节，使得穿着者 在环境温度多变情况下都会感到舒适，有别于目前市场上之一般型防水透湿聚氨酯树脂。 用本发明感温型防水透湿聚氨酯树脂加工生产的纺织面料主要应用于服装、产业用布等领 域，可用作成衣科技、运动科技、医疗科技、防护科技，以及公安消防、野战军、武警等行业人 员的服装，可在各种环境条件下提高穿着的舒适性。
具体实施例方式本发明实施例的配方参见表1
表1 (单位各组分占原料总重量百分比，％ ) 所述聚酯多元醇为己二酸丁二醇酯三醇，使得聚氨酯分子中软段链比较均勻、物 性较强，生产出的感温型防水透湿膜柔软、物性佳及膜感较强。所述聚醚多元醇为聚乙二醇-2000(PEG_2000)，藉由聚乙二醇的亲水基提供聚氨 酯具有亲水基团达到透湿之目的，并设计调整聚乙二醇的聚合度和含量，达到高透湿之目 的。所述丁二醇为1，4_ 丁二醇(BD0)，为扩链剂。所述触媒为不含有机锡类的金属触媒，催化反应的达成。所述抗氧化剂为酚系抗氧化剂，主要用途为防止高温反应过程中树脂之的热氧化 及聚氨酯加工后氧化分解。所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑衍生物(Benzotriazol-es)，具有高紫外线吸收 能力、良好的抗老化性及加工安定性，可预防及减缓加工过程中因为光及热氧化所造成的 热裂解。
所述消光剂为无定型二氧化硅，经特殊有机处理，孔隙率高、容易分散，具有很高 的消光效率，由于其细小的粒径及特殊有机处理，使聚氨酯涂膜具有优秀的表面平滑性能。使用带羟基有机硅氧烷作为聚氨酯改质的反应形流平剂，能增进流平性、耐磨性 及帮助剥离，兼具透气、透湿及防水性。上述原料中甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮是溶剂，聚酯多元醇、聚醚多元醇、丁二醇 和4，4_ 二异氰酸二苯甲烷是反应物为，抗氧化剂、抗紫外线吸收剂、触媒、有机硅氧烷和消 光剂是助剂。制备过程按下述工艺步骤进行将甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮投入反应釜中，得到 混合溶剂，并将混合溶剂加热至35 45°C，将聚酯多元醇、聚醚多元醇、抗氧化剂和触媒加 入反应釜中，待上述加入物料完全溶解后，加入4，4- 二异氰酸二苯甲烷，将反应釜内温度 控制在70 80°C进行聚合反应，反应过程中适时添加若干次4，4- 二异氰酸二苯甲烷以增 黏，并随时侦测黏度，待黏度上升至设计黏度(700 800PS/75 80°C )时加入由甲苯、二 甲基甲酰胺和丁酮组成的混合溶剂，然后再加入丁二醇并保持温度70 80°C持续反应，反 应过程中适时添加若干次4，4- 二异氰酸二苯甲烷以增黏，并随时侦测黏度，随着黏度的升 高加入由甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮组成的混合溶剂以稀释，待黏度升高到一定程度时加 入有机硅氧烷、抗紫外线吸收剂和消光剂持续反应完全，控制规格为600 1000PS/25°C， 制得所述感温型防水透湿聚氨酯树脂，其固含量为29% 31%。本发明的研制基于下述技术原理感温型防水透湿聚氨酯树脂是一种嵌段共聚线型高分子化合物，该线型高分子化 合物是由柔性链段和刚性链段嵌段而成。柔性链段是由碳_碳链为基础的聚酯聚醚多元醇 组成，赋予聚氨酯树脂柔性、挠曲性等性能；刚性链段是由异氰酸酯和小分子二元醇(扩链 剂)反应生成，它赋予聚氨酯高耐磨性、高机械强度等性能。通过调整聚酯聚醚多元醇、低 分子二元醇的种类以及它们与异氰酸酯之间的比例，最终改变聚氨酯的结构，从而改变聚 氨酯的性能。所以感温型防水透湿用聚氨酯树脂性能的调节实际上是通过调节聚氨酯树脂 的分子结构而实现。为了使感温型防水透湿聚氨酯树脂应用于织物加工后防水透湿性能改善，首先对 聚氨酯树脂进行分子设计。本发明利用聚氨酯树脂的分子结构中含亲水基团或在其主链上 有亲水组分的，经涂布烘干后，形成无孔薄膜。感温型防水透湿用聚氨酯树脂膜的亲水基团 做为水蒸气分子运动的介质，水分子由于氢键和其它分子间力，在高湿度一侧吸附水分子， 通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成"吸附-扩散-解吸"过程，达到透 湿的目的。亲水成分是聚氨酯分子链中的亲水基团。其防水性来自于薄膜自身的连续性和 织物较大的表面张力。利用感温型防水透湿用聚氨酯树脂与织物进行复合赋予织物防水透 湿功能。透过新的合成技术及对聚氨酯树脂的深入了解，我们发现在较高的环境温度下， 聚氨酯分子成结晶态的软段相会由冻结的玻璃态转变为活跃的橡胶态，如果将聚氨酯树脂 的玻璃化温度(Tg)调节到稍高于人体最舒适的环境温度(20°C )附近，可利用它来作为织 物功能性加工，生产对环境温度具有调节作用的感温型防水透湿织物。利用它的透湿气性 可受温度控制，当环境温度较低时(< Tg)，这一种织物具有不透湿或低透湿的防风保温功 能，而在较高的环境温度下(> Tg)时，它能起高透湿的散热作用。来充分改善织物的穿著舒适性。本发明利用一种新的合成加工配方及工艺，选择设计亲水基的聚合度和含量，控 制聚氨酯的玻璃化转变温度(Tg)，将Tg设定在室温(人体感觉舒适的温度范围)。如此， 环境高于Tg时，聚合物发生相变吸热，同时聚合物体积膨胀，亲水基团空间体积增大，热运 动加剧，使透湿气量增加，排热排汗加快，使人感到凉爽。当环境温度低于Tg时，亲水基团 链段结晶，聚合物相变放出热量，同时布朗运动减小，透湿性能降低，起到挡风保温保暖作 用。透湿气性与温度调节同时发挥协调作用，穿着者在环境温度多变或人体发热出汗等情 况下，都会感到舒适。本发明的感温型防水透湿聚氨酯树脂，可用干法加工应用于纺织面料生产，先涂 于离型纸上经烘箱烘干成膜后可得一均勻薄膜，再转贴复合于织物上，可赋于织物防风、防 水之功能特性，因其对于温度的敏感特性，布料作成衣物后可达到低温保暖，高温排汗透气 功能，可提升衣物之美观及价值。该感温型防水透湿聚氨酯树脂应用于织物上，建议加工方式如下1、加工工程布料经染色一泼水(W/R)—压光(Cire)备用；2、加工配方感温型防水透湿聚氨酯树脂色料DMF/MEK为100 6 10 30 40(重量 比)；3、加工黏度3000 6000CpS/常温，刀涂上胶于离型纸上，经烘干成膜后，再上接 着剂转移复合于基布上，放置熟成后即可得到具有功能性要求的复合织物。该织物做成衣 物可提升衣物得价值。用该感温型防水透湿聚氨酯树脂加工生产之纺织面料主要应用于服装、产业用布 等领域，可用作成衣科技(冬季防寒服、雨衣、风衣、滑雪装、帽材、手套材、各式成衣材)、运 动科技(登山装及其设备、航海装、户外运动用帽材及手套材、钓鱼裤、有氧运动服、运动训 练服)、医疗科技(抛弃式防护衣、医疗床垫护套)、防护科技(马衣、赛车服、摩托服、野外 作业服、劳动保护服)，以及公安消防、野战军、武警等行业人员的服装，可在各种环境条件 下提高穿着的舒适性。
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权利要求
一种感温型防水透湿聚氨酯树脂，其特征在于由有效成分和溶剂组成，所述有效成分为聚氨酯，所述溶剂为甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮，以感温型防水透湿聚氨酯树脂总重量百分比计，各组分含量如下聚氨酯29％～31％；甲苯22％～24％；二甲基甲酰胺21％～23％；丁酮23％～25％。
2.如权利要求1所述的感温型防水透湿聚氨酯树脂，其特征在于以用于生成所述聚 氨酯所采用的各反应物和各助剂的总重量百分比计，各组分含量如下聚酯多元醇18. 5% 19.5% ；聚醚多元醇34. 0% 35.0% ；丁二醇7. 0% 8. 0% ；4,4- 二异氰酸二苯甲烷26. 5% 29. 0% ；抗氧化剂0. 0. 3% ；抗紫外线吸收剂0. 0. 3% ；触媒0. 05% 0. 10% ；有机硅氧烷0. 8% 1.2% ；消光剂:9.5% 10.0% ；其中所述聚酯多元醇、聚醚多元醇、丁二醇和4，4_ 二异氰酸二苯甲烷为用于反应生成 聚氨酯的所述反应物，所述抗氧化剂、抗紫外线吸收剂、触媒、有机硅氧烷和消光剂为所述 助剂。
3.如权利要求2所述的感温型防水透湿聚氨酯树脂，其特征在于所述聚酯多元醇为 己二酸丁二醇酯三醇；所述聚醚多元醇为聚乙二醇-2000 ；所述丁二醇为1，4_ 丁二醇。
4.如权利要求2所述的感温型防水透湿聚氨酯树脂，其特征在于所述触媒为不含有 机锡类的金属触媒；所述抗氧化剂为酚系抗氧化剂；所述抗紫外线吸收剂为苯并三唑衍生 物；所述消光剂为无定型二氧化硅。
5.一种感温型防水透湿聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于原料有溶剂、反应物和 助剂，所述溶剂为甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮，所述反应物为聚酯多元醇、聚醚多元醇、丁二 醇和4，4-二异氰酸二苯甲烷，所述助剂为抗氧化剂、抗紫外线吸收剂、触媒、有机硅氧烷和 消光剂，制备过程按下述工艺步骤进行将甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮投入反应釜中，得到混合溶剂，并将混合溶剂加热至 35 45°C，将聚酯多元醇、聚醚多元醇、抗氧化剂和触媒加入反应釜中，待上述加入物料完 全溶解后，加入4，4- 二异氰酸二苯甲烷，将反应釜内温度控制在70 80°C进行聚合反应， 反应过程中适时添加若干次4，4_ 二异氰酸二苯甲烷以增黏，并随时侦测黏度，待黏度上升 至设计黏度时加入由甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮组成的混合溶剂，然后再加入丁二醇并保 持温度70 80°C持续反应，反应过程中适时添加若干次4，4- 二异氰酸二苯甲烷以增黏，并 随时侦测黏度，随着黏度的升高加入由甲苯、二甲基甲酰胺和丁酮组成的混合溶剂以稀释， 待黏度升高到一定程度时加入有机硅氧烷、抗紫外线吸收剂和消光剂持续反应完全，控制 规格为600 1000PS/25°C，制得所述感温型防水透湿聚氨酯树脂。
全文摘要
本发明公开了一种感温型防水透湿聚氨酯树脂及其制备方法，本发明的感温型防水透湿聚氨酯树脂与市场上使用的一般防水透湿聚氨酯树脂比较，增加了感温功能，通过本发明特殊配方及工艺控制聚氨酯树脂分子排列方式使其对于环境温度具有较强的反应能力，环境温度较高时，其透湿气量增加，排热排汗加快，使人感到凉爽，当环境温度较低时，透湿性能降低，起到挡风保温保暖作用，透湿性与温度调节同时发挥协调作用，穿着者在环境温度多变或人体发热出汗等情况下，都会感到舒适。
文档编号D06M15/568GK101914854SQ20091018218
公开日2010年12月15日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者许志明 申请人:高鼎精细化工(昆山)有限公司