專利名稱：一種智能防水透濕膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及功能高分子材料的制備與改性技術領域，特別是涉及一種防水透濕膜，具體地說是一種智能防水透濕膜及其制備方法。
背景技術：
目前，市面上所銷售的性能相對較好的防水透濕材料多以熱塑性聚氨酯為主。而聚氨酯(PU)是一種分子鏈中含有氨酯基團的大分子材料，按其中分子鏈的交聯與否可將其分為熱塑性聚氨酯(TPU)及交聯型聚氨酯(CPU)。一般而言，聚氨酯主要由多元醇、異氰酸酯及小分子擴鏈劑經逐步加成聚合而得。通過控制異氰酸酯與羥基的摩爾配比可獲得兼具優異力學性能及優良彈性、耐磨性的功能高分子材料，此類材料已廣泛應用于汽車零部件、粘接劑、建筑裝潢、合成革、航空航天技術等領域。由聚氨酯的聚合反應機理可知，聚氨酯大分子的生成必然伴隨有多元醇、異氰酸酯及小分子擴鏈劑的使用。而以上三種化學原材料的價格都非常昂貴，特別是其中的異氰酸酯。以4，4’- 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為例，其目前的市場售價均在2.5萬/噸以上，且國內也僅有諸如山東煙臺萬華股份有限公司這樣的少數單位能規模生產該化學品， 其產量完全不能滿足國內巨大的市場需求，仍需要從德國拜爾等公司大量進口。上述原因導致了聚氨酯成品高昂的價格，以聚醚型聚氨酯為例，其市場售價均在4-5萬/噸，嚴重阻礙了其在防水透濕膜等領域的大規模應用。此外，以TPU作為防水透濕膜還存在以下問題
I、純TPU膜的防水效果雖然較好，但其透濕率僅為2000g/(m2)-l (24h)-1，應用領域非常有限。2、防水及透濕功能單一，不能滿足全天候及復雜環境例如高溫、低溫、強剪切力場等條件下的使用要求。3、膜的力學性能差、易破損。4、膜的防水透濕性能不均一。5、防水透濕膜技術多為歐美等國外大公司壟斷，價格昂貴。正是由于意識到了上述缺陷，人們在聚氨酯材料的實際使用過程中往往也通過外加一些諸如碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇等這樣的無機填料來達到降低原材料成本的目的，但遺憾的是此類無機填料的加入量非常有限。且當加入量超過一定值后，聚氨酯材料的力學性能將有明顯的損傷，已不能滿足相關領域的使用要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供兼備優良防水性和透濕性功能且具有生產工藝簡單，產品低格低廉、拉升強度好以及生產效率高的一種智能防水透濕膜及其制備方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種智能防水透濕膜，該防水透濕膜包括基體材料和防水透濕功能材料；所述基體材料為聚酰胺、聚氨酯和聚酯中的其中一種，所述防水透濕功能材料由具有特殊二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子和親水熱塑性載體材料以及加工助劑按比例復合組成；所述基體材料和防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的混合比例在120°C _250°C的條件下利用螺桿擠出機采用吹膜法或流延法制備成具有全天候防水透濕功能的智能高分子膜材料。為優化上述技術方案，采取的措施還包括
上述制備的智能高分子膜材料的成型厚度為10nm-200nm。上述的熱塑性載體材料為聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺12、聚酰胺 610、聚酰胺612、聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚對苯二甲酸聚醚二醇酯和聚對苯二甲酸聚酯二醇酯中的一種或多種。上述的具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子為分子篩、納米A1203、納米 Si02、納米Ti02、納米蒙脫土、單壁碳納米管、多壁碳納米管、硅藻土和沸石中的一種或多種。上述的加工助劑為抗氧劑1010、亞磷酸二苯酯、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、油酸酰胺和硬脂酸酰胺中的一種或多種。上述的吹膜法為上吹風冷式成型和下吹水冷式成型中的至少一種。上述的流延法為熱塑性擠出流延法和溶液濕法流延中的至少一種。本發明還提供了一種智能防水透濕膜的制備方法，該方法包括以下步驟
a)、將基體材料清洗、干燥后備用；
b)、按質量份比100:5-100:0.5-1的比例將熱塑性載體材料、具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子以及加工助劑在常溫條件下依次加入高速攪拌機中均勻攪拌制得功能混合材料；
C)、將上述的功能混合材料在擠出溫度為120°C -250°C的條件下，利用擠出機采用熔融共混的方法擠出造粒制得防水透濕功能材料；
d)、將上述備用的基體材料和上述制得的防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的比例均勻混合后，利用單螺桿擠出機在120°C _250°C的擠出溫度條件下采用吹膜法或流延法制備成本產品。上述的步驟2中高速攪拌機的轉速為1000r/min。上述的步驟3中的熔融共混法為平行雙螺桿擠出、錐形雙螺桿擠出、雙輥開煉或密煉中的至少一種，上述制備成型的本產品的成型厚度在10 μ m-200 μ m。與現有技術相比，本發明將納米技術和熱塑性載體材料自身的防水透濕性結合起來，通過調控納米粒子的尺寸及大分子無定形微區的堆砌狀態，改善防水透濕膜性能，使本產品能在全天候即適宜溫度及濕度范圍內均具有優良防水透濕的功能。該發明能廣泛應用于戶外用品、服裝、鞋材、軍用帳篷等領域，并且其還具有生產工藝簡單、原材料低廉易得以及生產效率高的特點。
圖I是本發明實施例的制備機理示意圖2是本發明TPU基全天候防水透濕膜的防水透濕性能圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細描述。如圖I至2所示，本發明的一種智能防水透濕膜，其特征是該防水透濕膜包括基體材料和防水透濕功能材料；所述基體材料為聚酰胺、聚氨酯和聚酯中的其中一種，所述防水透濕功能材料由具有特殊二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子和親水熱塑性載體材料以及加工助劑按比例復合組成；所述基體材料和防水透濕功能材料按質量份比 100:5-200的混合比例在120°C _250°C的條件下利用螺桿擠出機采用吹膜法或流延法制備成具有全天候防水透濕功能的智能高分子膜材料。納米材料具有較大的表面積，當粒子的尺寸小到一定尺度時將表現出明顯的納米效應，常被用于材料的增強、增韌改性。本發明的基體材料能采用聚酰胺、聚氨酯和聚酯中的任意一種，基體材料通過與納米技術結合，利用調控無機納米粒子及高分子微區的尺寸能有效地改善防水透濕膜的均衡性，提高膜的力學性，使產品達到滿足全天候及復雜環境條件下的使用要求。本發明有著優良的防水透濕功能并且其原材料低廉、易得，具有生產效率高的特點，特別適用于戶外用品、服裝、鞋材、軍用帳篷等領域。為進一步優化產品性能，實施例中，本發明制備的智能高分子膜材料的成型厚度為 10nm-200nm。上述的熱塑性載體材料為聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺12、聚酰胺 610、聚酰胺612、聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚對苯二甲酸聚醚二醇酯和聚對苯二甲酸聚酯二醇酯中的一種或多種。上述的具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子為分子篩、納米A1203、納米 Si02、納米Ti02、納米蒙脫土、單壁碳納米管、多壁碳納米管、硅藻土和沸石中的一種或多種。上述的加工助劑為抗氧劑1010、亞磷酸二苯酯、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、油酸酰胺和硬脂酸酰胺中的一種或多種。上述的吹膜法為上吹風冷式成型和下吹水冷式成型中的至少一種。上述的流延法為熱塑性擠出流延法和溶液濕法流延中的至少一種。本發明還提供了一種智能防水透濕膜的制備方法，該方法包括以下步驟
a、將基體材料清洗、干燥后備用；
b、按質量份比100:5-100:0.5-1的比例將熱塑性載體材料、具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子以及加工助劑在常溫條件下依次加入高速攪拌機中均勻攪拌制得功能混合材料；
C、將上述的功能混合材料在擠出溫度為120°C _250°C的條件下，利用擠出機采用熔融共混的方法擠出造粒制得防水透濕功能材料；
d、將上述備用的基體材料和上述制得的防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的比例均勻混合后，利用單螺桿擠出機在120°C _250°C的擠出溫度條件下采用吹膜法或流延法制備成本產品。上述的步驟b中高速攪拌機的轉速為1000r/min。上述的步驟c中的熔融共混法為平行雙螺桿擠出、錐形雙螺桿擠出、雙輥開煉或密煉中的至少一種，上述制備成型的本產品的成型厚度在10 μ m-200 μ m。實施例一、
首先將基體材料的聚酰胺1010清洗干燥后備用。其次在常溫條件下，在高速攪拌機中依次加入聚醚型聚氨酯100g、分子篩50g、聚乙烯蠟O. 2g、硬脂酸鈣O. lg、0. 05g抗氧劑1010及O. 05g亞磷酸二苯酯，在攪拌機IOOOr/ min條件下攪拌均勻制得功能混合材料后，再采用平行雙螺桿擠出機于180°C擠出溫度的條件下將得到的功能混合材料進行擠出造粒，制得防水透濕功能材料。然后再按質量比100:30將上述干燥后備用的聚酰胺1010及上述制得的防水透濕功能材料投入到上吹式單螺桿擠出機的料筒中，在230°C條件下成型為以聚醚型聚氨酯為防水透濕材料的聚酰胺基防水透濕膜。本發明制得的聚酰胺基防水透濕膜的各項技術指標如下
耐靜水壓大于10000mm H20、水透過率為5024g m-2 24_h、膜拉升強度為42MPa、斷裂伸長率為550%。實施例二、
首先選取聚醚型聚氨酯基體材料清洗干燥后備用。其次在常溫條件下，在高速攪拌機中依次加入聚對苯二甲酸聚醚二醇酯100g、納米Si02 10g、納米A1203 90g、聚乙烯蠟0. 3g、硬脂酸鈣0. 3g、0. Ig抗氧劑1010及0. 05g亞磷酸二苯酯，在攪拌機lOOOr/min條件下攪拌均勻制得功能混合材料后，再采用平行雙螺桿擠出機于210°C條件下將得到的功能混合材料進行擠出造粒，制得防水透濕功能材料。然后再按質量比100:100將上述干燥后備用的聚醚型聚氨酯基體材料及上述制得的防水透濕功能材料投入到上吹式單螺桿擠出機的料筒中，在220°C條件下成型為以聚對苯二甲酸聚醚二醇酯為防水透濕材料的聚氨酯基防水透濕膜。本發明制得的聚氨酯基防水透濕膜的各項技術指標如下
耐靜水壓大于10000mm H20、水透過率為4236g m-2 24_h、膜的拉升強度為46 Mpa、斷裂伸長率為465%。實施例三、
首先選取聚對苯二甲酸聚醚二醇酯基體材料清洗干燥后備用。其次在常溫條件下，在高速攪拌機中依次加入IOOg聚酰胺6、多壁碳納米管3g、2g 納米Ti02、聚乙烯臘0. 3g、硬脂酸|丐0. 2g、0. 2g抗氧劑1010及0. Ig亞磷酸二苯酯,在攪拌機lOOOr/min條件下攪拌均勻制得功能混合材料后，再采用平行雙螺桿擠出機于210°C條件下將得到的功能混合材料進行擠出造粒，制得防水透濕功能材料。然后再按質量比100:200將上述干燥后備用的聚對苯二甲酸聚醚二醇酯及上述制得的防水透濕功能材料投入到上吹式單螺桿擠出機的料筒中，在230V條件下成型為以聚酰胺為防水透濕材料的聚對苯二甲酸聚醚二醇酯基防水透濕膜。該聚對苯二甲酸聚醚二醇酯基防水透濕膜的各項技術指標如下
耐靜水壓大于10000mm H20、水透過率為3292g m-2 24_h，膜的拉升強度為48Mpa、斷裂伸長率為420%。實施例四、
首先選取聚醚型聚氨酯基體材料清洗干燥后備用。
其次在常溫條件下，在高速攪拌機中依次加入聚醚型聚氨酯100g、納米A1203 30g、娃藻土 50g、聚乙烯臘O. 3g、硬脂酸|丐O. 25g、0. 3g抗氧劑1010及O. 15g亞磷酸二苯酯，在攪拌機lOOOr/min條件下攪拌均勻制得功能混合材料后，再采用平行雙螺桿擠出機于180°C條件下將得到的功能混合材料進行擠出造粒，制得防水透濕功能材料。然后再按質量比100:100將上述干燥后備用的聚醚型聚氨酯及上述制得防水透濕功能材料投入到上吹式單螺桿擠出機的料筒中，在190°C條件下成型為以聚醚型聚氨酯為防水透濕材料的聚氨酯基防水透濕膜。本發明制得的聚氨酯基防水透濕膜的各項技術指標如下
耐靜水壓大于10000mm H20，水透過率為6245g m-2 24_h，膜的拉升強度為35Mpa、斷裂伸長率為580%。本發明的特點是以聚酰胺、聚氨酯、聚酯為基體，采用熱塑加工的方法將具有特殊微孔尺寸的無機納米粒子與親水性聚酰胺、聚氨酯或聚酯制得具有防水透濕功能的材料，再采用吹膜或流延法將基體與防水透濕功能材料混合，制得具有全天候防水透濕功能的智能高分子膜。本發明在全天候(即適宜溫度及濕度)范圍內均具有優良的防水透濕功能，具有生產工藝簡單，原材料低廉、易得，生產效率高的優勢，可廣泛用于戶外用品、服裝、 鞋材、軍用帳篷等領域
本發明的最佳實施例已闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發明的范圍。
權利要求
1.一種智能防水透濕膜，其特征是該防水透濕膜包括基體材料和防水透濕功能材料；所述基體材料為聚酰胺、聚氨酯和聚酯中的其中一種，所述防水透濕功能材料由具有特殊二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子和親水熱塑性載體材料以及加工助劑按比例復合組成；所述基體材料和防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的混合比例在 120°C-250°C的條件下利用螺桿擠出機采用吹膜法或流延法制備成具有全天候防水透濕功能的智能高分子膜材料。
2.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述制備的智能高分子膜材料的成型厚度為10nm-200nm。
3.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述的熱塑性載體材料為聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺12、聚酰胺610、聚酰胺612、聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚對苯二甲酸聚醚二醇酯和聚對苯二甲酸聚酯二醇酯中的一種或多種。
4.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述的具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子為分子篩、納米A1203、納米Si02、納米Ti02、納米蒙脫土、單壁碳納米管、多壁碳納米管、硅藻土和沸石中的一種或多種。
5.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述的加工助劑為抗氧劑 1010、亞磷酸二苯酯、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、硬脂酸鈣、油酸酰胺和硬脂酸酰胺中的一種或多種。
6.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述的吹膜法為上吹風冷式成型和下吹水冷式成型中的至少一種。
7.根據權利要求I所述的一種智能防水透濕膜，其特征是所述的流延法為熱塑性擠出流延法和溶液濕法流延中的至少一種。
8.一種實現權利要求I所述的全天候智能防水透濕膜的制備方法，其特征是該方法包括以下步驟a)、將基體材料清洗、干燥后備用；b)、按質量份比100:5-100:0.5-1的比例將熱塑性載體材料、具有二維微孔或三維微孔結構的無機納米粒子以及加工助劑在常溫條件下依次加入高速攪拌機中均勻攪拌制得功能混合材料；C)、將上述的功能混合材料在擠出溫度為120°C -250°C的條件下，利用擠出機采用熔融共混的方法擠出造粒制得防水透濕功能材料；d)、將上述備用的基體材料和上述制得的防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的比例均勻混合后，利用單螺桿擠出機在120°C _250°C的擠出溫度條件下采用吹膜法或流延法制備成本產品。
9.根據權利要求8所述的一種智能防水透濕膜的制備方法，其特征是所述的步驟b 中高速攪拌機的轉速為1000r/min。
10.根據權利要求9所述的一種智能防水透濕膜的制備方法，其特征是所述的步驟c 中的熔融共混法為平行雙螺桿擠出、錐形雙螺桿擠出、雙輥開煉或密煉中的至少一種，上述制備成型的本產品的成型厚度在 ο μ m-200 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種智能防水透濕膜，該防水透濕膜由基體材料和防水透濕功能材料利用螺桿擠出機采用吹膜法或流延法制得。其制備方法包括以下步驟首先將基體材料清洗干燥后備用；其次按一定質量比將熱塑性載體材料、無機納米粒子和加工助劑在一定擠出溫度下，利用擠出機采用熔融共混的方法擠出制得防水透濕功能材料；最后將上述基體材料和制得的防水透濕功能材料按質量份比100:5-200的比例混合后，利在120℃-250℃的擠出溫度條件下采用吹膜法或流延法制備成本產品。本發明在全天候即適宜溫度及濕度范圍內均具有優良的防水透濕功能并具有生產工藝簡單、原材料低廉、生產效率高的特點。
文檔編號C08L77/06GK102604370SQ201210034088
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者張建銀, 楊曉鵬, 楊積位 申請人:寧波市江北成達色母粒有限公司