機能複合式織物用透濕水性聚氨酯薄膜

 

刊登日期:2018/1/5
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現今消費市場講求衣物的高機能性,期望衣服具有防水透濕的功能,本實驗將水性聚氨酯(PUD)使用在紡織複合品上,是為了增加橡膠的透濕性,利用透濕PUD導入可使乳膠具有透濕性,以開發防水透濕紡織品。乳膠固形份偏高、接近分散臨界狀態,在顆粒如此靠近的狀態下,乳化安定基搭配與混合分散技術就相對變得重要。實驗開發不同的透濕PUD樹脂驗證乳膠與透濕型PUD之混摻相容可行性。需藉由透濕PUD與乳膠互相搭配、流變控制技術、分散技術以及助劑篩選,建立透濕防水複合式薄膜塗佈製程技術,成品最終得到具有防水及透濕兩種特性的薄膜,且可應用於多樣化的高端織物上。

本文將從以下大綱,說明如何針對PUD利用鏈延長方式接上PEO的開發,進行乳膠改善透濕及塗佈配料與物性改質交聯劑篩選、加工條件之探討。
‧前言
‧乳膠配料流變性調控技術
‧乳膠/PUD混合分散
‧提升防水薄膜的透濕度
‧結論

【內文精選】
前言
透濕(Vapor Permeable)防水的織物廣受市場青睞,主要的技術就是靠著貼合一層具有透濕性的薄膜,經由塗佈技術等方式,使織物表面多孔質構造的特性,達到透氣防水透濕之功能性目的。

無孔隙之透濕防水PU樹脂,透濕性是靠PU分子鏈上含有親水成分來做調整,常用的主要成分為PEO(Polyethylene Oxide)。PEO的高親水性造成反應製備不易及水性PU產品安定性不佳,且會使得成膜強度下降、牢度與耐用性差。為了改善PEO在水中造成的高度膨潤性問題,利用聚氨酯結構調整及將PEO當鏈延長劑來進行親水膨潤性調整等方法,進行開發低膨潤之透濕PUD(Polyurethane Dispersion)。

橡膠擁有非常良好的彈性與柔韌舒適性,但是不透氣卻成為織物塗佈應用的致命缺點。導入先前研發透濕PUD樹脂,使橡膠薄膜具有透濕性,透濕水性聚氨酯因橡膠的輔助,提升其耐用性,互補材料物性的不足,形成高物性之透濕防水薄膜。

乳膠配料流變性調控技術
若高分子溶液中分子間沒有網狀糾纏結構而造成聚集,經過強力的剪切力,可使分子間作用力解開,此現象稱為搖變。以不同轉速來看乳膠黏度變化,如圖一可知乳膠在25˚C下,由高轉速100 rpm至低轉速0.3 rpm,黏度介於60 cP~130 cP之間(藍線紅線重疊),黏度變化不大;當乳膠放置多天之後,轉速為5 rpm時,黏度1,000 cP左右,當轉速越慢時,黏度持續直線上升,當轉速為0.3 rpm時,黏度高達15,000 cP。由此可知,當乳膠靜置多天後,乳膠顆粒之間會漸漸產生物理性作用力,使之具有搖變特性。乳膠在常溫下具有搖變性,為了後續加工,建議使用前須攪拌,避免搖變產生,影響塗佈加工。

圖一、乳膠黏度vs.轉速曲線圖
圖一、
乳膠黏度vs.轉速曲線圖

乳膠/PUD混合分散
乳膠與PUD混摻後,利用分布概念,將PUD均勻分散在乳膠當中,由圖三所示,PUD顆粒需散布於乳膠中,水分子因受到薄膜兩側蒸氣壓不同,經由透濕型PU顆粒之親水通道而擴散出去。PUD依照不同的配方組成,乳液比重也會有所高低,通常介於1.05~1.10之間;然而乳膠的比重比水來的小,通常乳液比重大約0.9左右,所以乳膠在配料過程中,需搭配適當配料組成、分散技術等,才可將乳膠及水性PU混合分散。表二是進行乳膠與透濕PUD配料實驗,兩者混合後靜置,比重較重者會沉降至下層…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

表二、乳膠/PUD混合情況
表二、乳膠/PUD混合情況

作者:范舒慈/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」373期,更多資料請見下方附檔。


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