水性聚氨酯让纺织涂层工艺迈向环保新时代

2020-07-20

衣物是我们日常生活的必需品,满足我们在各种场合的穿搭需求,并透过衣物的款式与设计来突显身份地位、生活方式及社会表现。随着文化潮流孕育的流行走向,美感不再是追求衣着时尚的唯一选择,兼具功能、舒适及设计感的机能服饰已成为主流,也促使纺织布料朝向科技化发展,研发具有凉感、发热、快干、抗菌消臭、防水透湿等功能,透过新科技来扩充传统纺织业的发展空间,进而提升纺织品的附加价值。
 


(图片来源:pexels)


为了确保穿着时的舒适性,纺织品使用涂层工艺,在面料涂布一层或多层高分子聚合物胶水,让织物表面形成薄膜,这层薄膜不仅提升织物的亲水性、让汗水快速排除,更能使身体保持干爽舒适。聚氨酯分子组成中有很多的氢键,使得分子间的作用力大,具有较强的附着力,且化学性质稳定,容易成膜,因此被广泛应用在纺织涂层工艺,涂层后的织物表面有薄膜感、手感丰厚、弹性、良好的抗渗透性及耐磨等特性,打破传统纺织品在花色样式、风格特征、使用功能的加工限制,并增加织物的功能性,如防水、抗污、防风保暖、阻燃及防辐射等机能,提高纺织产品的独特性及附加价值。

因应全世界人们环保意识的不断提高和各国环保法规的日趋完善,产业相继投入应用材料或制程的改良,尤其水性聚氨酯的应用更成为发展的焦点,且被广泛应用,如建筑涂料、接着剂、纺织涂层、干式水性PU皮、纤维处理剂等。水性聚氨酯备受关注,其主要原因是传统溶剂型聚氨酯在加工应用时,有机溶剂会大量挥发到大气中,这些有毒物质对于人体健康的影响可长达数十年之久,对自然环境与生态的破坏更是不容小觑。因此在人体与环境安全的考虑下,大多数的民生工业产品已逐渐改用水性聚氨酯,并大量使用在纺织加工行业当中,取代传统以溶剂为基础的纺织涂层工艺,不但保留溶剂型聚氨酯优良性能,如良好的柔韧性、耐低温性和耐疲劳性等,还具有环保、节能、安全及使用方便等优点,大幅降低对环境的污染,让纺织品生产过程更加环保且易于处理。

随着各大成衣品牌对材料的要求提高,涂层织物的工艺不断推陈出新,目前常用的工艺技术,可区分为以下:

涂布法

依加工方式可分为三种,分别为直接涂布、泡沫涂布与湿式涂布。

  • 直接涂布(又称一般涂布):常用于纺织加工厂,直接将调制好的乳液以刮刀或轮涂涂布于织物表面

  • 泡沫涂布:将乳液经过物理发泡为泡沫状,再以刮刀涂布于织物表面,因胶层中含有气孔,故手感较佳具有丰厚感,但加工前处理较不易,工厂需有大型发泡搅拌机且水压须低于1000 mm H2O才能进行大量生产

  • 湿式涂布:将阴离子乳液湿涂于织物,再含浸到加入酸的水槽产生破乳现象而凝固成膜,此制程与溶剂型湿式制程类似,皆会产生废水处理问题。

贴合法

常用于服装图案或商标,可分为离型纸贴合及离型布贴合,通常以乳液涂布于离型纸或离型布后,再转贴于织物上。

喷雾法

直接将乳液以喷雾方式喷涂于织物,上胶量极少,若为数字喷涂可客制化不同图案,用以取代一般传统印刷制程,节约制版成本。


水性聚氨酯在纺织涂层工艺的应用范围相当广泛,如运动服、羽绒衣、外套、帐篷、鞋袜、箱包及高级防水透湿功能的登山服、风衣等,以下举例帐篷布及冲锋衣的性能要求:

帐篷布

登山露营时常遇到下雨或潮湿气候,因此帐篷的防水性相当重要,将帐篷布经过防水的涂层处理可有效阻挡雨水。防水涂层工艺是利用溶剂或水将胶粒调配成流涎状,使用圆网、刮刀或辊筒等机台将胶料均匀的涂在织物表面,透过烘箱内的温度进行固化,即形成一层均匀的防水涂层。凡经聚氨酯涂层加工后的织物,皆具有手感丰厚与弹性,且形成的薄膜防水效果较好,即使遇到严寒天气,手感也不会变硬。帐篷的防水功能主要以防水指数作为衡量的标准,乃面料经过涂层上胶后单位面积可承受的最大静水压强度,且不会发生渗漏现象。市售帐篷的防水指数可区分为以下:

  • 防水指数达到800-1200mm H2O的帐篷,可防小到中雨,例如公园使用的休闲帐篷。

  • 防水指数达到1500-3000 mm H2O的帐篷,可以防中到大雨,如家庭露营帐篷。

  • 防水指数达到3000 mm H2O以上的帐篷,一般是采取耐高温/ 耐寒冷等工艺处理,可使用在各种环境。

  • 高山帐篷防水指数则在5000 mm H2O以上,为极端气候专用。

冲锋衣

冲锋衣主要用于户外,须具备遮风挡雨功能,故采用防水透湿的纺织面料制成,在面料中有一层聚氨酯薄膜,能够阻挡水珠及冷风渗入内层,同时又能让内层的水气排除,也让冲锋衣具有防刮耐磨损的特性。近年来,人们对于户外运动及旅游越来越热衷,同时也提高对户外服装的性能要求。冲锋衣根据户外场景需求可区分为Ⅰ级和Ⅱ级:Ⅰ级用于专业户外活动;Ⅱ级功能性低于Ⅰ级,可满足日常休闲活动使用;而衡量的指标有三项,分别为静水压、表面抗沾湿性和透湿率,各项指标如下表:

测试项目

 

Ⅰ级

Ⅱ级

抗沾湿性/级

洗前

≥4

≥4

洗后

≥3

不考核

静水压/kPa

洗前

面料≥50,面料接缝处≥40

面料≥30,面料接缝处≥25

洗后

面料≥40,面料接缝处≥30

面料≥20,面料接缝处≥15

透湿率/
[g/(m2.24h)]

洗前

≥5000

≥3000

洗后

≥4000

≥2000

数据源:2016/11/11中国制定《户外运动服装-冲锋衣》新标准GB/T 32614-2016


水性聚氨酯经过多年的发展,在工艺与制程已逐渐稳定且无污染问题,为满足纺织品功能性及流行性的需求,开发多样化、多功能与高质量的织物涂层产品无疑是今后的研究重点。若要使水性聚氨酯涂层布具有足够之耐水压强度,织物表面的胶层成膜性是关键,可依以下建议方式进行探讨与处理:

  • 上机黏度控制在10000 cps/25℃以上:若涂层黏度不足,涂布时乳液容易被吸收至织物纤维中,使得表面胶料无法成膜,导致耐水压强度降低,甚至连织物的手感也会因为吸附过多胶料而变硬。

  • 配胶后必须确实过滤:若盛装容器中有未溶解杂质或涂料过滤不佳,则容易导致胶层不完整。

  • 减少涂布时产生的气泡:气泡是降低耐水压强度的元凶,因此配胶时可添加适量的消泡剂,并经过真空脱泡,则可减少气泡的产生。

  • 减少气体的产生:聚氨酯在烘箱干燥时容易产生CO2气体,因此必须避免一次性大量涂布,且在烘箱中以低温进行阶段性升温,减少涂布与干燥过程中产生的气孔痕迹。

  • 织物表面的处理剂或助剂也可能影响涂布质量,须依实际生产情况加以探讨。​



(图片来源:高鼎精密材料)


随着永续环保议题的重视,各大品牌开始将环境永续理念带入服装设计,不论制程或产品都要符合生态环保、健康及安全要求。以软质织物的涂层需求来说,各厂家纷纷改以无氟泼水剂取代有害的全氟化合物(PFCs),却也造成涂层的密着度大幅下降,高鼎技术领先同业创新开发WD-5009F水性聚氨酯产品,解决无氟泼水剂造成涂层接着不佳的问题,具备高水压特性,对布种的密着性优异,搓揉不易白化且手感柔软,更可满足环境永续的产品制造理念。

科技创新深刻改变了人们的生活方式,当今民众健康意识的崛起及生活型态的多元化,也带动了机能性运动服饰的市场需求,其中的防水透湿涂层应用已成为纺织行业热门发展的议题,为提高水性聚氨酯的涂层工艺,高鼎推出亲水型无孔薄膜专用之防水透湿底面料产品(WD-5038底料、WD-5038F面料),具备高水压性能、质地软韧等特性,材料适用现有溶剂型加工设备,可无缝接轨转换为水性聚氨酯涂层工艺,有效降低VOCs排放,朝向绿色环保产品迈进,实现可持续发展的未来。欲了解更多的产品讯息,欢迎【联系我们】

TOP