一种疏水吸湿织物涂层及其制备方法与流程

本发明属于功能高分子材料技术领域，涉及一种疏水吸湿织物涂层及其制备方法。

背景技术：

近年来科学技术的发展带动着各行各业的前进，纺织领域中更加舒适化、功能化、智能化的织物成为了人们研究的重点。疏水透湿织物，也称为可呼吸织物，是指在一定状态下不能被水润湿，但人体散发的汗液却能通过织物扩散或传递到外界，不在体表和织物之间集聚冷凝。透湿性能主要与织物材料的吸湿性能及织物材料的结构相关。采用微细合纤长丝进行高密度织造，并进行收缩处理，可达到一定的疏水透湿的效果，如日本帝人公司的“microfitrectax”织物，采用涤纶微细旦纤维织造高密织物并利用组织的浮长线来模拟荷叶表面的凸起结构，同时对坯布进行收缩处理和拒水整理，使其具有良好的疏水吸湿性能。另外，也可采用丙烯酸或聚氨酯做涂层，在织物表面涂覆一层疏水透湿的薄膜，或者将具有疏水透湿功能的薄膜如聚四氟乙烯膜与织物复合，如gore公司的gore-tex产品，将疏水ptfe(聚四氟乙烯)薄膜层压与亲水pu(聚氨酯)涂层结合以实现疏水透湿功能。这些疏水透湿织物通过织物结构间隙、或致密疏水膜存在的微孔，使水汽透过、散发，但并不能进行吸湿。故当疏水性满足要求时，织物的吸湿性能下降，大大降低了织物在穿着时的舒适感。

专利cn201821044727.x公开了一种防水透气弹性春亚纺面料，设置有防水层、基础层、弹性层、透气层和防水层，但此种织物手感厚重，吸湿性较差。高密织物由于不存在致密的薄膜，主要通过织物结构的紧密性达到疏水效果，故其吸湿性能较好，而疏水性能较差；层压法制备的多层面料，或聚氨酯涂层法制备的具有微孔结构薄膜，通过表面存在微孔，使水汽透过、散发，但并不能进行吸湿，当气态水分子较多时，不能迅速被透过，易在表面聚集冷凝，使人体穿着感觉闷热，吸湿性能差引起穿着不适，且由于涂层较厚或层压层数较多，使织物风格和手感较差，其应用范围也相应受到限制。

疏水吸湿，是指涂层织物在具备对液态水疏水性的同时，能对气态水汽有吸收性能。文献(耐水压透气超疏水纺织品的制备[j].印染,2017,43(02):1-5+15.)以正硅酸乙酯、十六烷基三甲氧基硅烷为前驱体，在纤维表面负载疏水性纳米sio2，在涤纶织物表面构筑微纳双阶粗糙结构，结合十六烷基三甲氧基硅烷的疏水化作用，获得具有超疏水和透气性的多功能织物，改性后织物表面的水滴接触角为162°，但由于其中不含亲水性物质，当湿度较大时，织物吸湿性能差，织物表面容易凝聚水滴，降低人体的舒适性。

目前，疏水与吸湿性能之间矛盾问题仍未能很好解决。通过技术改性使织物达到疏水吸湿功能，同时不改变织物原始风格，能够拓宽织物的使用范围，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中的疏水吸湿织物无法同时具有较好的疏水与吸湿性能的问题，提供一种疏水吸湿织物涂层及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，将亲水单体、疏水单体和交联剂混合后，在织物表面引发聚合和交联制得疏水吸湿织物涂层，其中，疏水单体的碳链长度大于亲水单体，且疏水单体的质量占亲水单体、疏水单体和交联剂总质量的百分比为65％～95％(疏水单体的质量占亲水单体、疏水单体和交联剂总质量的百分比过小(小于65％)，会导致交联形成的网络中疏水基团过于稀疏，无法形成有效的疏水层，而疏水单体的质量占亲水单体、疏水单体和交联剂总质量的百分比过大(大于95％)，会导致交联形成的网络中亲水基团过少，使涂层的吸湿性差)。

本发明通过引发亲水单体和疏水单体聚合，在涂层中同时引入了亲水链段(起到吸收气态水汽的作用)和疏水链段(起到排斥液体水滴的作用)，同时通过控制疏水单体的碳链长度大于亲水单体，且疏水单体的质量占亲水单体、疏水单体和交联剂总质量的百分比为65％～95％，使得疏水链段上的疏水基团以适宜的密集程度分布在织物外侧，亲水链段上的亲水基团分布在织物内侧，当涂层接触到液体水滴时，液体水滴先与织物外侧的疏水基团接触，水与织物接触时形成较大的接触角，涂层呈现出疏水特性；当涂层接触到气态水汽时，由于气态水汽体积很小，因此气态水汽能够很容易地经过疏水基团与涂层内部的亲水基团接触，被亲水基团迅速结合、吸收，不在表面聚集冷凝，此时亲水基团发挥主要功能，涂层呈现出吸湿特性；因此涂层后的织物具有优良的疏水吸湿性能。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，引发采用光引发剂和紫外光。当在织物表面引发聚合和交联时，由于采用光引发剂和紫外光引发，与传统的热引发聚合技术相比，其条件更温和，引发能量低，工艺简单、易于控制、便于操作、成本低。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，具体步骤如下：

(1)将亲水单体、疏水单体、交联剂和光引发剂混合得到混合溶液；

(2)用溶剂稀释混合溶液得到涂层溶液；

(3)将织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；

(4)采用紫外光照射织物后干燥。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，步骤(1)中，交联剂与亲水单体的质量比为1～5:1～15，交联剂含量设置在此范围时涂层对织物风格的影响最小，光引发剂的质量为亲水单体和疏水单体总质量的0.5％～5％，光引发剂含量设置在此范围时达到最优引发效率；

亲水单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱中的一种以上；

疏水单体为甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯和丙烯酸十六酯中的一种以上；

交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸、n-羧乙基丙烯酰胺和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯中的一种以上；

光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷、苯偶酰二甲基缩酮、二苯甲酮、米蚩酮和二苯基乙酮中的一种以上。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，亲水单体为甲基丙烯酸，疏水单体为甲基丙烯酸十四酯，交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，光引发剂为1-羟基环己基苯甲酮。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，步骤(2)中，溶剂为丙酮、乙醇和二甲基酰胺中的一种以上，溶剂与混合溶液的体积比为0.5～5:1。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，步骤(3)中，织物为棉织物或涤纶织物，挤压的压力为0.1～1mpa。

如上所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，步骤(4)中，照射的时间为5～60min，干燥的温度为50～150℃，干燥的时间为1～8h。

本发明还提供采用如上任一项所述的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法制得的疏水吸湿织物涂层，为主要由亲水链段、疏水链段和交联剂构成的共聚网状结构，亲水链段含亲水基团，疏水链段含疏水基团，疏水链段起到排斥液体水滴的作用，而亲水链段则起到吸收气态水汽的作用。

作为优选的技术方案：

如上所述的疏水吸湿织物涂层，疏水吸湿织物涂层与水的接触角大于等于112°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为相同规格的涤纶织物的回潮率的3.5倍以上。因为影响回潮率的因素除了涂层外，还有织物自身材料的性能，对于棉等织物，很难说清是涂层的吸湿还是自身的吸湿，因此本发明选用涤纶的回潮率变化表征吸湿性能，本发明回潮率的测试是按照国家标准gb/t6529-2008进行的。

有益效果：

(1)本发明的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，采用一步法制备得到疏水吸湿聚合物涂层，方法简单，无须多次合成聚合物，亦无须多道工序层层组装制备而成；

(2)本发明的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，采用光引发聚合，所需能耗较低，制备过程中污染物形成较少，更环保，成本低；

(3)本发明的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，所制备涂层在对基材改性后不会改变织物风格，不影响织物的应用范围；

(4)采用本发明的一种疏水吸湿织物涂层的制备方法制得的疏水吸湿织物，为主要由亲水链段、疏水链段和交联剂构成的共聚网状结构，亲水性短碳链为织物涂层提供吸湿性，疏水性长碳链为织物涂层提供疏水性，交联剂用于使两种单体进行交联，形成稳定的共聚物网络。

附图说明

图1是本发明实施例1的疏水吸湿织物涂层的疏水效果图；

图2是本发明实施例2的疏水吸湿织物涂层的疏水效果图；

图3是经和未经实施例1的疏水吸湿织物涂层处理的织物的红外表征图；

图4是经和未经实施例2的疏水吸湿织物涂层处理的织物的红外表征图；

图5是不同织物的回潮率图；

图6是本发明的疏水吸湿织物涂层对液体水滴疏水的原理图；

图7是本发明的疏水吸湿织物涂层对气态水滴吸收的原理图；

其中，1-疏水链段，2-亲水链段，3-交联剂。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酸(亲水单体2)、甲基丙烯酸十四酯(疏水单体1)、聚乙二醇二丙烯酸酯(交联剂3)和1-羟基环己基苯甲酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸酯与甲基丙烯酸的质量比为1:1，1-羟基环己基苯甲酮的质量为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸十四酯总质量的1.5％，甲基丙烯酸十四酯的质量占甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为75％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为1.5:1；

(3)将棉织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.2mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为45min，干燥的温度为120℃，干燥的时间为6.5h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角149°，如图1所示；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.24％；该疏水吸湿织物涂层对液体水滴疏水的原理图如图6所示，该疏水吸湿织物涂层对气态水滴吸收的原理图如图7所示。

对经和未经疏水吸湿织物涂层处理的织物进行红外测试，其结果如图3所示，从图可以看出，在2996cm^-1处出现ch3中c-h键的伸缩振动峰，经处理后在1730cm^-1的吸收峰酯羰基的伸缩振动峰有明显的加强，但在1640cm^-1处碳碳双键的吸收峰并没有出现，这表明反应中的单体在引发剂和光照条件下成功发生聚合反应，成功制备出含有碳长链和酯基的共聚物。

对比例1

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，甲基丙烯酸十四酯(疏水单体)的质量占甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为30％，所得涂层呈现亲水性，对水滴无疏水效果，回潮率为1.3％，原因是对比例1中疏水单体含量较少，会导致交联形成的网络中疏水基团过于少，无法形成有效的疏水层。

对比例2

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，甲基丙烯酸十四酯(疏水单体)的质量占甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为98％，所得涂层呈现亲水性差，与水的接触角为142°，回潮率为0.67％，原因是对比例2中疏水单体含量过多，亲水单体含量较少，对气态水分子的吸收能力差，吸湿性能差。

实施例2

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱、丙烯酸十六酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和二苯甲酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸酯与甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱的质量比为1:5，二苯甲酮的质量为甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱和丙烯酸十六酯总质量的1％，且丙烯酸十六酯的质量占甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱、丙烯酸十六酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为70％；

(2)用二甲基酰胺稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，二甲基酰胺与混合溶液的体积比为0.5:1；

(3)将涤纶织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.3mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为25min，干燥的温度为50℃，干燥的时间为8h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角135°，如图2所示；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.42％。

在国家标准gb/t6529-2008条件下，对涂层改性的织物进行回潮率的测试，以表征涂层的吸湿性能，结果如图5所示，原棉织物的回潮率为2.33％，本发明所用原涤纶织物的回潮率为0.29％，经涂层处理过的涤纶织物回潮率达到1.42％，吸湿性能约为原涤纶的5倍，说明该涂层对原涤纶织物的吸湿性有明显提高，这是因为该涂层对水分子有明显吸收效果。

对经和未经疏水吸湿织物涂层处理的织物进行红外测试，其结果如图4所示，从图可以看出，在2996cm^-1处出现ch3中c-h键的伸缩振动峰，经处理后在1730cm^-1的吸收峰酯羰基的伸缩振动峰有明显的加强，但在1640cm^-1处碳碳双键的吸收峰并没有出现，这表明反应中的单体在引发剂和光照条件下成功发生聚合反应，成功制备出含有碳长链和酯基的共聚物。

实施例3

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：、

(1)将丙烯酰胺、丙烯酸十八酯、n-羧乙基丙烯酰胺和2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷混合得到混合溶液；其中，n-羧乙基丙烯酰胺与丙烯酰胺的质量比为1:15，2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷的质量为丙烯酰胺和丙烯酸十八酯总质量的0.5％，丙烯酸十八酯的质量占丙烯酰胺、丙烯酸十八酯和n-羧乙基丙烯酰胺总质量的百分比为70％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为4.5:1；

(3)将棉织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.1mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为45min，干燥的温度为65℃，干燥的时间为7h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角142°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.38％。

实施例4

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酰胺、丙烯酸十六酯、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯和苯偶酰二甲基缩酮混合得到混合溶液；其中，3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯与甲基丙烯酰胺的质量比为3:10，苯偶酰二甲基缩酮的质量为甲基丙烯酰胺和丙烯酸十六酯总质量的4％，丙烯酸十六酯的质量占甲基丙烯酰胺、丙烯酸十六酯和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯总质量的百分比为65％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为5:1；

(3)将棉织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.5mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为40min，干燥的温度为90℃，干燥的时间为5h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角112°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.17％。

实施例5

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将丙烯酸、甲基丙烯酸月桂酯、聚乙二醇二丙烯酸和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸与丙烯酸的质量比为3:8，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量为丙烯酸和甲基丙烯酸月桂酯总质量的3％，甲基丙烯酸月桂酯的质量占丙烯酸、甲基丙烯酸月桂酯和聚乙二醇二丙烯酸总质量的百分比为73％；

(2)用乙醇稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，乙醇与混合溶液的体积比为3:1；

(3)将棉织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.2mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为45min，干燥的温度为120℃，干燥的时间为6.5h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角146°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.32％。

实施例6

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酸、丙烯酸十八酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和米蚩酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸酯与甲基丙烯酸的质量比为5:1，米蚩酮的质量为甲基丙烯酸和丙烯酸十八酯总质量的2.5％，且丙烯酸十八酯的质量占甲基丙烯酸、丙烯酸十八酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为85％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为4:1；

(3)将涤纶织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.6mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为5min，干燥的温度为125℃，干燥的时间为3h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角149°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.02％。

实施例7

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将丙烯酰胺、甲基丙烯酸十四酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和二苯基乙酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸酯与丙烯酰胺的质量比为5:12，二苯基乙酮的质量为丙烯酰胺和甲基丙烯酸十四酯总质量的4.5％，甲基丙烯酸十四酯的质量占丙烯酰胺、甲基丙烯酸十四酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为95％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为3.5:1；

(3)将涤纶织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为1mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为35min，干燥的温度为115℃，干燥的时间为4h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角151°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.13％。

实施例8

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯、聚乙二醇二丙烯酸酯和二苯甲酮混合得到混合溶液；其中，聚乙二醇二丙烯酸酯与甲基丙烯酸的质量比为4:15，二苯甲酮的质量为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸十四酯总质量的5％，甲基丙烯酸十四酯的质量占甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯和聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的百分比为80％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为1:1；

(3)将涤纶织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.7mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为50min，干燥的温度为140℃，干燥的时间为2h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角148°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.21％。

实施例9

一种疏水吸湿织物涂层的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯、n-羧乙基丙烯酰胺和二苯基乙酮混合得到混合溶液；其中，n-羧乙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸的质量比为5:11，二苯基乙酮的质量为甲基丙烯酸和甲基丙烯酸十四酯总质量的3％，甲基丙烯酸十四酯的质量占甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十四酯和n-羧乙基丙烯酰胺总质量的百分比为75％；

(2)用丙酮稀释混合溶液得到涂层溶液；其中，丙酮与混合溶液的体积比为5:1；

(3)将涤纶织物放入涂层溶液中浸涂后放入轧辊机中挤压；其中，挤压的压力为0.4mpa；

(4)采用紫外光照射织物后干燥；其中，照射的时间为60min，干燥的温度为150℃，干燥的时间为1h；

制得的疏水吸湿织物涂层，其与水的接触角140°；含疏水吸湿织物涂层的涤纶织物的回潮率为1.52％。