多孔膜和包括该膜的防水和高度透气的织物的制备方法技术

一种多孔膜的制备方法，包括提供成膜聚合物在其溶剂中的溶液，构建该溶液的薄膜，并将包含对该聚合物而言为非溶剂的液体材料与该薄膜接触，使得溶剂从该溶液中浸出并引起该聚合物胶凝从而形成所述膜，其中改进包括胶凝过程中控制所述膜经受的应力，以在所述形成的膜中形成至少一种预选的物理性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多孔聚合物膜，特别是疏水膜的制备方法，本专利技术还涉及这些方法的产品。在一个重要方面，本专利技术涉及包括使用高度疏水塑料作为多孔层并控制膜的物理性能例如孔径、密度和预应力特性(包括柔性)来产生防水和高度透气的织物的制膜方法，以及由此制得的织物。高度透气和防水的织物目前基于“Teflon”聚合物膜作为疏水层，例如在“Gore-Tex”织物中，或者在其它材料例如聚氨酯上。“Teflon”聚合物是可以获得的最疏水的材料，但是没有溶剂可以溶解它，因此其多孔膜结构是通过在加热的同时物理拉伸“Teflon”薄片几次形成纤维状结构，然后将几个这样的薄片重叠以产生多孔膜来制备。其它由“Teflon”薄片产生多孔膜的方法包括控制最大孔径和密度，但是不如“Gore-Tex”膜透气。“Gore-Tex”型膜的制造成本非常高。其它材料例如聚氨酯可以使用溶剂基刮涂(solvent-based knifespreading)和烘烤方法。聚偏二氟乙烯(PVDF)是继“Teflon”聚合物之后最疏水的材料，并且它的确具有有限数量的溶剂。这意味着如Michaels(美国专利3,615,024和6,112,908)所述的传统溶剂/非溶剂方法可用于制备该膜。工业试验探明有许多参数与其有关。非溶剂必需与溶剂高度混溶以减少浸出时间。醇基非溶剂是膜制造商非常普遍使用的。在高温下可以使用水增加其与溶剂的溶混性并因此减少胶凝时间。然而，至今没有注意多孔膜的应力消除。在其制备过程中，PVDF膜受到应力变得易碎，因此在许多折叠作用之后可能破裂，由此使其不适合作为织物的疏水层。其它材料没有可比的疏水特性。PVDF具有非常低的表面张力，仅仅略大于“Teflon”聚合物。“Teflon”聚合物具有18达因/cm的表面张力，PVDF的表面张力是25达因/cm。这些材料远优于任意其它材料(例如聚氨酯)。PVDF膜可以经过构造在薄顶层下具有空泡孔穴(vacuole pocket)结构，这赋予其扩展的表面积使水蒸气通过，使其潜在比Gore膜更透气，而不需要在皮层上具有更大孔径。较小的孔提高防水性。现有技术没有一个公开一种控制通常硬且易碎的、并由此不适合用作透气且防水的织物的疏水层的膜的结构的方法。
技术介绍
使用溶剂/非溶剂法制备的所有多孔膜遵循美国专利3,615,024(Michaels′024)大部分的教导，它描述了(参见该专利的图1)溶剂和非溶剂与固体的关系和多孔膜胶凝要遵循的方法。然而，该专利未提及在胶凝步骤中存在预应力问题，它影响膜的孔结构和柔韧性。在Michaels′024时已经有将醋酸纤维素和硝酸纤维素用于反渗透的具有薄皮的多孔膜。那时的反渗透膜干时硬并且透气，湿时柔软并有弹性，并且可以吸附大量水。具体地说，Michaels′024提及低温热蒸馏海水。不需要处理疏水膜的预应力消除。美国专利3,240,683和3,406,096(Rodgers)涉及使用疏水膜热蒸馏。这些Rodgers专利列举孔径应在1.0-2.0微米的范围内，但是没有教导如何制备该膜。它们提及孔径如果太小的话将阻碍蒸汽流通过量，并且如果太大的话膜表面上的静压将迫使水通过。没有提及膜在胶凝过程中的应力消除。如美国专利4,265,713(Cheng)和4,419,242、4,316,772和4,419,187(Cheng等人)中所述，本申请发现了疏水膜应被亲水薄层覆盖，从而防止海水渗透到疏水孔中。覆盖孔的开口的该亲水层还防止被油和其它可湿性试剂污染(这些液体会透过疏水孔)。在这些现有专利中未提及膜预应力消除。美国专利6,112,908(Michaels′908)涉及前述美国专利4,419,242和4,419,187的复合层结构。Michaels′908中记录的许多参考文献涉及热蒸馏海水的复合膜结构。美国专利3,962,153和4,187,390(Gore)涉及拉伸的“Teflon”(四氟乙烯聚合物)多孔膜，同时使用一亲水层，使用Hyper-A胶层作为亲水材料。有关液体过滤的美国专利6,146,747(Wang等人)使用PVDF膜作为基质。这是由于PVDF可以防止大量化学物质侵袭该材料或者溶解它。然而，由于PVDF的疏水性，过滤器首先需要湿润剂例如醇来渗透这些孔，然后使待过滤的液体通过它。这限制了PVDF作为微型过滤器的应用。Wang等人的专利描述将少量(低于2％)的亲水聚合物例如PVP加入到DMAC作为溶剂的PVDF溶液中，然后经过Michaels的溶剂/非溶剂胶凝过程，获得具有亲水性的PVDF基膜，不用湿润剂就可以开始液体过滤。没有提及多孔膜应力消除。美国专利6,126,826(Pacheco等人)描述了一种使用溶剂和少量助溶剂(然后用溶剂/非溶剂混合物代替)制备膜的控制方法。该专利描述了膜的孔径可以通过溶液的温度来控制，并且还描述了孔结构较简单，这意味着相对于相同的流体流速压降较小。在所述方法和产品中也没有提及预应力消除。该专利还描述了由于压降太小，使得流动不能由压差控制，而只能由相对湿度和膜的多孔密度来控制，由此低的压降与热蒸汽通过量无关。这是覆盖所有孔的亲水材料的薄涂层不显著改变蒸汽流速的原因。美国专利4,863,788(George L.Bellairs、Chris E.Nowak和Mahner Parekh)描述了一种复杂的多层膜。它没有包括通过调整非溶剂浴的表面张力来控制柔韧性和孔径和分布的教导。
技术实现思路
概括地说，本专利技术的一个目的是提供新的和改进的多孔膜，特别是疏水膜的制备方法，其中通过控制的溶剂/非溶剂法呈现所需的膜性能例如孔特性和柔韧性。另一目的是提供一种防水织物，其包括在薄的多孔疏水膜并优选PVDF膜上的纺织或无纺背衬，该膜对防水性而言具有控制的孔径分布并且对舒适性而言具有高的蒸汽通过量。另一目的是提供这种柔软且手感好的织物，它是在其形成过程中通过控制多孔结构的预应力消除实现的。其它目的是制备一种疏水多孔膜，它至少耐渗水至与60MPH暴风雨打击帽子、衣服夹克、鞋子等相当的水压，而不穿透织物；制备一种疏水多孔膜，它在典型人体和室温下可以以与具有织物和亲水涂层的“Teflon”ePTFE相似或更好的速度通过水蒸气，即一种在这些条件下水蒸气可以以4000g/m2/日-10,000g/m2/日的范围内速度通过的膜；提供一种疏水多孔膜，它足够柔软，可以提供如布一样的舒适，即特征在于在服装业使用的术语“手感”好；并提供这样一种多孔膜，它是由疏水性仅次于“Teflon”聚合物的疏水材料制得的。另一目的是可以将这种膜涂布到纺织或无纺织物上，而不用胶层或者该胶层的需要最小。其它目的是提供这样一种膜，它具有涂布在其孔上的非常薄的亲水层，而不阻碍材料的透气性，由此提高防水性，使得该膜可以经受风速为60-100mph的雨；提供这样一种膜，其中亲水层与松散网状材料相连从而防止膜表面的机械摩擦；和提供这样一种膜，其中孔的直径是50-3000纳米。另一目的是在成膜的胶凝过程中通过预加应力来控制膜的柔软度。这可以通过选择如下不同的PVDF产品来实现Kynar均聚物460、1000系列、700系列和370；Kynar共聚物2500系列、2750/2950本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：程达毓，
申请(专利权)人：程达毓，
类型：发明
国别省市：