亲水性PU无孔薄膜透湿机理

  亲水性高聚物一般由硬链段和软链段分子片段组成，沿着大分子链交替排列，其透湿性能取决于化学结构、交联程度和薄膜两侧的水蒸气压差等。在玻璃化温度以下处于玻璃态的无定形聚合物，分子链的链段运动被冻结，只有测基等次级运动，分子间自由空间较小，小分子通过的阻力大，透过性能差；随温度升高，在玻璃化温度以上时，聚合物处于高弹态，被冻结的链段开始运动，供这些运动的空间就是所谓的“自由体积”。亲水性无孔薄膜的防水性能来源于薄膜自身的连续性及较大的膜表面张力。透湿性主要靠高聚物中的亲水成分。亲水成分可以是分子链中的亲水基团或嵌段共聚物的亲水组分。如果高分子链上有亲水基团且含量和排列合适，则它们可以和水分子作用，借助氢键和其他分子间作用力，在高湿度一侧吸附水分子，通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸，直至薄膜两侧水蒸气浓度不再存在差异。亲水致密防水透湿材料的透视过程是一个“吸附-扩散-解吸”的过程，膜中亲水性基团称为“化学阶梯石”。另外，高分子之间也存在空隙，所有这些空间构成了高分子的“孔”。“孔”随分子链活动性增大而增大，从而小分子的透过性能增加。分子之间的“孔”和链段尺寸处于同一水平，对于不同直径的小分子有选择性，相当于“分子筛”，因此，高分子薄膜一般也具有一定的透气和透湿性能，只是达不到令人满意的效果。亲水基团只对水有选择性，透气性不好的涂层织物，引入亲水基团后，仍能较好地透湿。

  郝新敏的博士论文曾研究了PU和PES亲水性致密膜透湿机理。透湿性能取决于化学结构、交联程度、薄膜厚度和薄膜两侧的水蒸气压差，属非稳态溶解-扩散机理。透湿量随厚度的增加而急剧降低，渗透系数随之增大；温度和湿度影响薄膜两侧的水蒸气压差、渗透系数，因而对透湿影响较大。在相同的绝对湿度下（0.0389kg/m³，前两组测试），温度提高2.2℃，透湿量则提高近11%；在相同温度下（相对湿度分别是为90%和80%），绝对湿度由0.0389kg/m³降至0.0343kg/m³，透湿量下降了14%左右，同时渗透系数也有提高。同一温度下，随湿度增大，透湿量明显增加，透湿系数相应增大。可见，温度和湿度对亲水性致密膜的透湿量有较大的影响。这解释了亲水致密涂层或膜材料低温透湿性下降，会导致衣内结露甚至结冰的现象。

  亲水致密防水透湿材料的透湿不仅受涂层材料影响、厚度等影响，还与使用时环境条件有很大关系。