水性聚氨酯讓紡織塗層技術邁向環保新時代

July 20,2020

衣物是我們日常生活的必需品,滿足我們在各種場合的穿搭需求,並透過衣物的款式與設計來突顯身份地位、生活方式及社會表現。隨著文化潮流孕育的流行走向,美感不再是追求衣著時尚的唯一選擇,兼具功能、舒適及設計感的機能服飾已成為主流,也促使紡織布料朝向科技化發展,研發具有涼感、發熱、快乾、抗菌消臭、防水透濕等功能,透過新科技來擴充傳統紡織業的發展空間,進而提升紡織品的附加價值。
 

(圖片來源:pexels)
 

為了確保穿著時的舒適性,紡織品使用塗層技術,在面料塗佈一層或多層高分子聚合物膠水,讓織物表面形成薄膜,這層薄膜不僅提升織物的親水性、讓汗水快速排除,更能使身體保持乾爽舒適。聚氨酯分子組成中有很多的氫鍵,使得分子間的作用力大,具有較強的附著力,且化學性質穩定,容易成膜,因此被廣泛應用在紡織塗層技術,塗層後的織物表面有薄膜感、手感豐厚、彈性、良好的抗滲透性及耐磨等特性,打破傳統紡織品在花色樣式、風格特徵、使用功能的加工限制,並增加織物的功能性,如防水、抗汙、防風保暖、阻燃及防輻射等機能,提高紡織產品的獨特性及附加價值。

因應全世界人們環保意識的不斷提高和各國環保法規的日趨完善,產業相繼投入應用材料或製程的改良,尤其水性聚氨酯的應用更成為發展的焦點,且被廣泛應用,如建築塗料、接著劑、紡織塗層、乾式水性PU皮、纖維處理劑等。水性聚氨酯備受關注,其主要原因是傳統溶劑型聚氨酯在加工應用時,有機溶劑會大量揮發到大氣中,這些有毒物質對於人體健康的影響可長達數十年之久,對自然環境與生態的破壞更是不容小覷。因此在人體與環境安全的考慮下,大多數的民生工業產品已逐漸改用水性聚氨酯,並大量使用在紡織加工行業當中,取代傳統以溶劑為基礎的紡織塗層工藝,不但保留溶劑型聚氨酯優良性能,如良好的柔韌性、耐低溫性和耐疲勞性等,還具有環保、節能、安全及使用方便等優點,大幅降低對環境的污染,讓紡織品生產過程更加環保且易於處理。

隨著各大成衣品牌對材料的要求提高,塗層織物的加工技術不斷推陳出新,目前常用的加工技術,可區分為以下:

塗佈法

依加工方式可分為三種,分別為直接塗佈、泡沫塗佈與濕式塗佈。

  • 直接塗佈(又稱一般塗佈):常用於紡織加工廠,直接將調製好的乳液以刮刀或輪塗塗佈於織物表面

  • 泡沫塗佈:將乳液經過物理發泡為泡沫狀,再以刮刀塗佈於織物表面,因膠層中含有氣孔,故手感較佳具有豐厚感,但加工前處理較不易,工廠需有大型發泡攪拌機且水壓須低於1000 mm H2O才能進行大量生產

  • 濕式塗佈:將陰離子乳液濕塗於織物,再含浸到加入酸的水槽產生破乳現象而凝固成膜,此製程與溶劑型濕式製程類似,皆會產生廢水處理問題。

貼合法

常用於服裝圖案或商標,可分為離型紙貼合及離型布貼合,通常以乳液塗佈於離型紙或離型布後,再轉貼於織物上。

噴霧法

直接將乳液以噴霧方式噴塗於織物,上膠量極少,若為數位噴塗可客製化不同圖案,用以取代一般傳統印刷製程,節約製版成本。


水性聚氨酯在紡織塗層技術的應用範圍相當廣泛,如運動服、羽絨衣、外套、帳篷、鞋襪、箱包及高級防水透濕功能的登山服、風衣等,以下舉例帳篷布及衝鋒衣的性能要求:

帳篷布

登山露營時常遇到下雨或潮濕氣候,因此帳篷的防水性相當重要,將帳篷布經過防水的塗層處理可有效阻擋雨水。防水塗層加工技術是利用溶劑或水將膠粒調配成流涎狀,使用圓網、刮刀或滾筒等機台將膠料均勻的塗在織物表面,透過烘箱內的溫度進行固化,即形成一層均勻的防水塗層。凡經聚氨酯塗層加工後的織物,皆具有手感豐厚與彈性,且形成的薄膜防水效果較好,即使遇到嚴寒天氣,手感也不會變硬。帳篷的防水功能主要以防水指數作為衡量的標準,乃面料經過塗層上膠後單位面積可承受的最大靜水壓強度,且不會發生滲漏現象。市售帳篷的防水指數可區分為以下:

  • 防水指數達到800-1200mm H2O的帳篷,可防小到中雨,例如公園使用的休閒帳篷。

  • 防水指數達到1500-3000 mm H2O的帳篷,可以防中到大雨,如家庭露營帳篷。

  • 防水指數達到3000 mm H2O以上的帳篷,一般是採取耐高溫/ 耐寒冷等技術處理,可使用在各種環境。

  • 高山帳篷防水指數則在5000 mm H2O以上,為極端氣候專用。

衝鋒衣

衝鋒衣主要用於戶外,須具備遮風擋雨功能,故採用防水透濕的紡織面料製成,在面料中有一層聚氨酯薄膜,能夠阻擋水珠及冷風滲入內層,同時又能讓內層的水氣排除,也讓衝鋒衣具有防刮耐磨損的特性。近年來,人們對於戶外運動及旅遊越來越熱衷,同時也提高對戶外服裝的性能要求。衝鋒衣根據戶外場景需求可區分為Ⅰ級和Ⅱ級:Ⅰ級用於專業戶外活動;Ⅱ級功能性低於Ⅰ級,可滿足日常休閒活動使用;而衡量的指標有三項,分別為靜水壓、表面抗沾溼性和透濕率,各項指標如下表:

測試項目

 

Ⅰ級

Ⅱ級

抗沾濕性/級

洗前

≥4

≥4

洗後

≥3

不考核

靜水壓/kPa

洗前

面料≥50,面料接縫處≥40

面料≥30,面料接縫處≥25

洗後

面料≥40,面料接縫處≥30

面料≥20,面料接縫處≥15

透濕率/
[g/(m2.24h)]

洗前

≥5000

≥3000

洗後

≥4000

≥2000

資料來源:2016/11/11中國制定《戶外運動服裝-衝鋒衣》新標準GB/T 32614-2016


水性聚氨酯經過多年的發展,在技術與製程已逐漸穩定且無汙染問題,為滿足紡織品功能性及流行性的需求,開發多樣化、多功能與高品質的織物塗層產品無疑是今後的研究重點。若要使水性聚氨酯塗層布具有足夠之耐水壓強度,織物表面的膠層成膜性是關鍵,可依以下建議方式進行探討與處理:

  • 上機黏度控制在10000 cps/25℃以上:若塗層黏度不足,塗佈時乳液容易被吸收至織物纖維中,使得表面膠料無法成膜,導致耐水壓強度降低,甚至連織物的手感也會因為吸附過多膠料而變硬。

  • 配膠後必須確實過濾:若盛裝容器中有未溶解雜質或塗料過濾不佳,則容易導致膠層不完整。

  • 減少塗佈時產生的氣泡:氣泡是降低耐水壓強度的元兇,因此配膠時可添加適量的消泡劑,並經過真空脫泡,則可減少氣泡的產生。

  • 減少氣體的產生:聚氨酯在烘箱乾燥時容易產生CO2氣體,因此必須避免一次性大量塗佈,且在烘箱中以低溫進行階段性升溫,減少塗佈與乾燥過程中產生的氣孔痕跡。

  • 織物表面的處理劑或助劑也可能影響塗佈品質,須依實際生產情況加以探討。


(圖片來源:高鼎精密材料)
 

隨著永續環保議題的重視,各大品牌開始將環境永續理念帶入服裝設計,不論製程或產品都要符合生態環保、健康及安全要求。以軟質織物的塗層需求來說,各廠家紛紛改以無氟潑水劑取代有害的全氟化合物(PFCs),卻也造成塗層的密著度大幅下降,高鼎技術領先同業創新開發WD-5009F水性聚氨酯產品,解決無氟潑水劑造成塗層接著不佳的問題,具備高水壓特性,對布種的密著性優異,搓揉不易白化且手感柔軟,更可滿足環境永續的產品製造理念。

科技創新深刻改變了人們的生活方式,當今民眾健康意識的崛起及生活型態的多元化,也帶動了機能性運動服飾的市場需求,其中的防水透濕塗層應用已成為紡織行業熱門發展的議題,為提高水性聚氨酯的塗層技術,高鼎推出親水型無孔薄膜專用之防水透濕底面料產品(WD-5038底料、WD-5038F面料),具備高水壓性能、質地軟韌等特性,材料適用現有溶劑型加工設備,可無縫接軌轉換為水性聚氨酯塗層技術,有效降低VOCs排放,朝向綠色環保產品邁進,實現可持續發展的未來。欲瞭解更多的產品訊息,歡迎【聯繫我們】

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