择要：论述了通过使用真空、温度、电场、磁场等条件对不夹杂学质料进行真空聚合形成的疏水膜层的技术特性和应用，并对膜层特性、面料防水性能等进行了实验，对实验效果进行了描述和分析。使用水滴接触角测量仪，扫描电镜（SEM）,对制备的纳米级厚度的聚合物珍爱膜进行了检测和分析。效果注解镀膜对面料及纸张的纤维包裹性优秀，厚度均匀，疏水性能优秀。同时并未影响材料原有的特征。

关键词： 真空纳米镀膜 聚合物 水接触角

Application of Vacuum Nano-Coating Technology on Textile Fabric hydrophobicity
Zheng Liang Sun Jian Ming
Beijing Jia Run Power Tech., Ltd. (JRP)
Abstract: The technical characteristics and application of hydrophobic film layer which polymerized under conditions of vacuum, temperature, electric field, magenetic field, and different chemical raw material are discussed. And the experiments of film layer characteristics, textile fabric hydrophobicity performance are carried out. Meanwhile the experimental results are described and analyzed. By using Water Contact Angle Measuring Instrument and SEM, the prepared nano-scale polymerized protective film is detected and analyzed. The results show that the coating on the textile fabric and paper fiber wrapped well, and with uniform thickness and good hydrophobic performance. At the same time the original characteristics of the material are not affected.
Key Words: Vacuum Nano Coating Polymer Water Contact Angle Measuring Instrument
1、 弁言
      人类大约在公元前5000年埃及开始用麻织布，公元前3000年印度开始使用棉花，近代发明化纤面料，服装材料的发展与纺织工业的发展是紧密联系在一路的。纺织品从手工生产到机械生产的提高和材料技术的发展都使服装材料赓续的更新换代。随着科学技术的发展，陆续赋予了纺织品防水，防蛀、防缩、防污和阻燃等性能，从而为服装增加了很多新功能。随着时代的发展和科学的提高，消耗者审美意识与知识结构的改变，消耗者对服装的各种需求也赓续发生着转变。人们盼望服装面料既能够防水、防油、防污及其他脏物，同时又保持原有的使用和舒适特征。

       目前国际上有一些技术能做到使服装面料在部分保持原有的面料特征的同时，又能够防水、防油、防污及其他脏物，这些技术大致可以分为以下三种：一、通过纤维遇水膨胀来实现防水。最早的防水织物是闻名的文泰尔(Ventile)织物。当织物干燥时，经纬纱线间的间隙较大，大约10微米，能提供高度透湿的结构；当雨或水淋织物时，棉纱膨胀，使得纱线间的间隙减至3～4微米，这一闭孔机制同特别的拒水整理相结合，保证织物不被雨水进一步渗透。目前该类面料早已被其它防水透湿面料所庖代。杜邦、日本东丽等国际大公司研究的通过纤维内部制造出孔道的方式实现将汗水排出体外，也就是市场上的吸湿排汗面料，叫Coolmax类面料。该类纤维生产技术集中在这类国际大公司手上，但是存在面料透气性降落、柔软性变差、 舒适性变差、价格相对较高，难以成为市场的主流。

 

二、通过涂层来实现防水。采用涂层工艺技术，将各种各样具有防水功能的涂层剂涂敷在织物的外观上，使织物外观孔隙被涂层剂封闭或减小到肯定程度，从而得到防水性。涂层面料的价格低，而被广泛使用。但是因为其防水透湿性能较差，遇高温会变硬，时间久了会老化，紧张污垢无法彻底洗净，涂层容易在洗涤过程中产生开裂，手感也不能令人写意，市场占据率正在渐渐的削减。

 

三、通过层压防水膜来实现防水。美国GORE公司行使聚四氟乙烯(PTFE)成为第一家生产出该膜的公司，与织物进行复合层压后取商品名为GORE-TEX。但是因为PTFE具有特别很是强的化学惰性，几乎没有什么材料可以将它与其它织物很好地层压在一路，第一代面料牢度特别很是差。后来，经过赓续的努力，通过与其它亲水薄膜层压在一路成为复合薄膜，并在膜上进行特别处理，牢度才进步。虽然PTFE面料防水透湿性能较其它面料出色，但是，也因为其自己的化学惰性，薄膜难以被天然界降解，燃烧温度高达405℃，大规模的应用使得GORE-TEX逐步成为环境的杀手。当今低碳绿色环保已成为国际社会的共识，GORE-TEX的环保题目将是其发展的瓶颈，但其水洗牢度仍需进步，假如没有与亲水性薄膜复合，水洗牢度一样平常只能5次左右。同时通过层压后，面料的悬垂性、透气性、柔软性、贴身性和轻巧性有肯定的损失。 鉴于以上的这些情况，各国的科研工作者和业内人士都在谋求透气性更好、穿着更舒适、生产工艺更简便的防水面料技术。北京嘉润通力科技有限公司（JRP）多年来一向致力于真空镀膜技术的探索和研究，基于对真空镀膜技术以及材料科学的理解和掌握，公司做了大量针对性的实验，成功研发出了在棉，麻，毛等面料上的纳米级镀膜。实现了对面料单个纤维的包裹从而使面料具有防水防污的特征。经过JRP真空纳米镀膜技术处理不但可以让织物具备极佳的防水疏水功能，同时可很好地保持织物原有的特征（保暖性，透气性，舒适性，轻巧性，等）。因为是纳米级镀膜，所以材料用量很少而且可以采用廉价的材料，因此具有低成本的上风。更紧张的是整个处理过程不会有不良副产物的产生，是绿色环保的，而且膜层自己也具有稳固不易分解的特征。 

 

2.JRP 真空纳米镀膜 2.1 JRP 真空纳米镀膜介绍

      JRP ® 纳米镀膜技术是在真空环境下，以适当的真空度、温度、电场和磁场等各种条件催化下，将单种或多种工艺气体部分分解成自由基和原子并带电，然后聚合在目标材料上，从而在材料上生长出一层或者多层纳米级超薄聚合物的技术。

      我们知道，在真空环境下气体分子密度比较小，在成膜时分子沉积后排列比较致密、厚度薄、对目标材料的渗透性好。在真空、电场、磁场、温度等环境下，工艺气体材料会离子化，产生定向活动，当我们把面料置于离子活动的路径上，并在面料四周设定聚合条件，气体离子就会沉积在面料上，并且沉积的速度快。根据不同功能的膜层必要，可以通过调整工艺气体材料、温度、电场、磁场等条件，形成不同功能的膜。

图1

图2镀膜设备包含一个真空仓体，低压由真空泵来实现，仓体中有适用于卷料的卷轴及电极、磁极、温度控制器、气体分布管路等。气体分布管路保证工艺气体在真空仓体里的均匀分布，气体入口连接N个工艺气体罐。当我们要给面料镀膜时，首先把卷料放进仓体内的卷轴上，关闭仓门，然后打开真空泵，将仓体内压力降到要求的压力值，然后通入必要的工艺气体，工艺气体离子化后，在真空、电场、温度、磁场等条件的催化下，在面料上镀上一层或多层特别功能的纳米镀膜。

 

图2 2.2 JRP 真空纳米镀膜的测试实验

 

JRP真空纳米镀膜为低温镀膜（最低至20℃），所以可以应用到纺织品行业。我公司给一块纯棉的T恤面料镀了SiOx：Cy：Hz纳米疏（憎）水镀膜，并对该面料进行了一系列的实验。

 

图3面料左侧为未经过任何处理的原始面料，右侧照片为我公司进行过疏水镀膜的面料。图中可见左侧没有镀膜的面料水已经完全渗入面料；而右边的水珠没有渗入疏水镀膜面料，而是以水珠情势在面料外观停顿或者滚动。 

图3 

2.2.1 接触角 材料的外观能是一个能用水接触角（WCA）来定义的物理性能，这个有明确的定义当WCA＜90°,外观能高或外观亲水，即液体较易润湿固体，其角越小，透露表现润湿性越好；当WCA＞90°,外观能低或外观疏水，即液体不容易润湿固体，容易在外观上移动；当WCA＞150°,是超疏水。天然界中超疏水的典型就是荷叶，调查表现，外观的纹理对获得超疏水特别很是紧张。荷叶的纹理是自然的微米和纳米级特征，能保留空气来获得超疏水。 

图4

接触角现有测试方法通常有两种:其一为形状图像分析方法;其二为称重法。后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪。但目前应用最广泛,测值最直接与正确的照旧形状图像分析方法。 形状图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品外观,通过显微镜头与相机获得液滴的形状图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来。 接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。若θ>90°，则固体外观是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在外观上移动。

图5为我公司所做布料经过接触角测量仪检测，WCA达150度以上，为超疏水级。

 

图5

2.2.2 SEM 图像 扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接行使样品外观材料的物质性能进行微观成像，从而对材料外观的微观结构和样貌进行分析了解。

 

为了更好地了解膜层的性能，我们通过一些列的扫描电镜分析，对疏水膜层的微观结构和样貌进行分析。

 

                                                                                                                                                                图6                                                                                                          图7

从图6电镜照片可以看出，镀膜的厚度很均匀，同时对材料有肯定的渗透，从而使镀膜的牢固度更好。另外，镀膜的厚度可以控制。

 

图7电镜照片为40000倍放大照片，从照片中可以看出，镀膜特别很是的致密，均匀。

 

                                                                                                                                                                           图8                                                                                                图9

 

电镜照片图8和图9为纤维成品（宣纸）镀膜前后的照片，从照片上可以看出纤维宏观尺寸没有转变；纤维之间的孔洞也未见堵塞，说明镀膜比较均匀；纤维的存在状况（纤维的交叉关系）也没有宏观转变。

 

2.2.3 透气性 防水面料的透气性特别很是紧张，透气性可使面料结构内部水汽敏捷排出，避免结构孳生霉菌，同时人体散发的汗液却能以水蒸汽的情势通过面料传导到外界，从而避免汗液蕴蓄冷凝在体表与面料之间，并保持人体始终干爽，使穿着特别很是舒适。我公司也对所镀膜面料进行了透气性测试，从图10数据可以看到镀膜对面料的透气性影响很小，几乎可以忽略。

透

图10

 

                                                                                                                                                                       图11                                                                                                   图12

 

电镜照片图11和图12为布料镀膜前后的照片对比，从照片中为看到：1.纤维尺寸没有宏观转变；2.纤维之间的孔隙没有宏观转变，没有被镀膜堵塞、堆积，说明对布料的透气性不会有宏观影响；3.说明镀膜对纤维的存在状况（位置关系等）没有宏观转变，纤维没有粘连，所以对面料的柔软度没有影响。

 

2.2.4 水洗稳固性

因为纳米疏（憎）水镀膜的外观能很低，水和污物不易附着，所以用镀膜的布料做的衣服很好清洗，水里漂洗一下就能干净如新，同时由于疏水，也几乎不用甩干和晒干，因此对镀膜的磨损性很小。

 

2.2.5 疏水面料镀膜前后的重量转变
我们对三块10cm×10cm不同布料在镀膜前后进行了称重，详细见下表。从表1可以看出，镀膜重量仅增长5%左右，对布料的物理性能（如柔软度，垂度，密度等）没有宏观影响。
表1 镀膜前后重量转变
 

2.3 批量生产的可行性 作为服装的原材料，是社会的消费品，消费量特别很是大，目前均为大规模生产线生产，因此疏水镀膜技术和设备必要可得、可靠、成熟，并能大批量生产。JRP ® 纳米镀膜技术已成功应用于JRP公司自立研发的卷对卷镀膜生产线和单体镀膜设备上. 2.3.1卷对卷设备可应用于绝大多数卷类服装面料，通过此生产线可以批量生产出经过JRP ® 纳米镀膜技术处理过的高科技的防水面料。

 

 

 JRP卷对卷设备能处理宽度1500mm，卷外径700mm的卷料。 在达到疏水要求的同时，处理费用也特别很是紧张，疏水镀膜消费的材料特别很是少，因此费用很低，经过我们计算，每平米布料镀膜消费的材料成本还不到0.2元。

2.3.2在某些情况下，处理最终产品比较好，这时候单体设备就有了用武之地，鞋、帽、口罩、滤芯等均可以在此设备里进行镀膜处理以达到疏水要求。图15是我公司的单体设备，能处理长300mm X 宽200mm X 高200mm以内的单个物品。

 

图15

3.应用
JRP ® 纳米镀膜技术处理过的面料具有防水、防污的功能，同时未影响面料原有特征。所以它用途广泛适用于各种服装面料和薄膜，无原材料的限定，棉麻等都行，包括：一、军用服装、鞋帽、帐篷、睡袋及邮政包；军队田野作战的环境特别很是恶劣，军用产品假如具有防水防污功能，将大大进步战斗力。二、民用户外活动服、鞋帽、口罩、箱包、及雨披；目前防水服装给人们的生活带来了极大的便利，适合各种运动穿着，无论是旅游、远足、攀山、钓鱼、打高尔夫、滑雪等均适宜。三、各种滤芯，无纺布，海绵，和滤清器：目前滤芯的防水处理重要通过湿法化学工艺，给环境造成了污染。假如采用干式清洁的JRP ® 纳米镀膜技术处理，防水、防污能力得到进步的同时，还确保生产过程环保。成本的节约也是另一大上风，由于能源和化学品的消费相对于湿法化学法较少。 

 

 

4.结论

通过以上的原理描述和实验检测，证实JRP ® 纳米镀膜技术处理过的面料具有织物纤维外观疏水的特征,大大降低了布料的外观能和滑动角，同时对面料的透气性和柔软度也没有影响，完全可以应用在服装面料行业，以适应当代社会对服装面料的疏水要求。尽管如今市面上有不少防水面料，但没有任何一款产品的防水结果，透气性，耐用性，和轻巧性能和JRP公司发明的这种面料相媲美。同时又具备大批量大规模生产的可行性，有着广阔的应用前途和市场前景。

 

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