用海藻酸钠、糖和生物乳胶的三元混合物对棉花进行涂层处理，以制备一种具有可持续防水性能且能透气的水蒸气的纺织品

《Next Materials》：Coating of cotton with ternary blend of Sodium alginate, sugar and bio-latex for a sustainable waterproof textile with moisture vapour permeability

棉织物经天然橡胶latex（NRL）、海藻酸钠（SA）和糖的复合涂层技术处理后，通过硫化及水处理形成微孔结构，实现高防水（90 cm水柱）和透气（1850 g/m2/24h）性能。SA与糖协同分散，经水洗去除后形成微米级孔隙，SEM和AFM证实孔隙分布及表面粗糙度变化。最佳配比为100 PHR NRL、25-50 PHR SA、20-30 PHR糖，同时保持适度力学性能。

　　随着环保意识的不断提升，人们对于纺织品的可持续性和功能性需求日益增长。特别是在防护服、运动服装和户外用品等领域，防水又透气的纺织材料成为研究的热点。传统的防水纺织品通常采用连续的橡胶层或聚合物薄膜，虽然能有效阻止液体水的渗透，但无法实现水蒸气的透过，导致穿着者在运动或长时间户外活动中，体表的汗液无法及时蒸发，从而引发不适感，甚至在寒冷环境中导致体温过低。此外，这些传统材料往往依赖有机溶剂进行表面处理，释放大量挥发性有机化合物，对环境和人体健康造成潜在威胁。因此，寻找一种环保、安全且具有良好性能的新型防水透气涂层材料成为当前研究的重要方向。

本研究聚焦于利用天然来源的材料，如天然橡胶乳液（NRL）、海藻酸钠（SA）和糖，开发一种三元复合涂层体系，用于棉布的表面处理。该方法通过刀-辊涂布技术将涂层均匀地施加在棉布表面，随后进行硫化处理以增强涂层的稳定性。为了进一步提升其透气性能，研究者在涂层中引入糖作为可溶性成分，利用其在水洗过程中的溶解特性，形成微孔结构，从而实现水蒸气的透过，同时保持对液体水的阻隔能力。实验结果表明，当使用100 PHR（每百份橡胶）的天然橡胶乳液、25 PHR-50 PHR的海藻酸钠以及20 PHR-30 PHR的糖时，涂层棉布表现出最佳的防水透气性能，其水蒸气透过率（MVTR）达到1850 g/m2/24 h，且在90 cm水柱测试中表现出良好的防水性能。此外，通过锥形测试，评估了涂层棉布的耐水性，发现其在48小时内能够有效阻挡水分的渗透。

值得注意的是，单独使用海藻酸钠作为涂层材料时，虽然能提高水蒸气透过率，但其增加幅度有限，仅能达到1176 g/m2/24 h。相比之下，糖的加入不仅能够促进海藻酸钠在天然橡胶乳液中的均匀分散，还能通过其水溶性特性，在后续水洗过程中形成微孔结构，从而显著提升水蒸气的透过能力。然而，糖的加入也会带来一些负面影响，例如当其浓度超过一定范围时，会导致涂层结构的破坏，降低其防水性能。因此，在配方设计时，需要在糖和海藻酸钠的浓度之间找到一个平衡点，以确保涂层既能保持良好的防水性能，又能实现高效的透气性。

实验过程中，研究者采用多种表征手段对涂层的微观结构和性能进行了系统分析。扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的结果显示，糖的引入显著改变了涂层表面的结构，使其呈现出更多的微孔，且这些微孔在水洗后进一步连通，从而形成了一个高效的水蒸气传输通道。同时，SEM图像还揭示了糖和海藻酸钠在天然橡胶乳液中的相互作用，表明糖在一定程度上促进了海藻酸钠的分散，减少了其在涂层中的聚集现象。此外，通过孔径分析，研究者发现涂层中微孔的直径在1.21 μm至1.72 μm之间，这一尺寸范围恰好能够满足水蒸气的透过需求，同时有效阻止液体水的渗透。

在评估涂层性能时，研究者还关注了其机械性能的变化。结果表明，使用天然橡胶乳液作为涂层材料能够显著增强棉布的抗拉强度和抗撕裂性能。然而，随着海藻酸钠和糖的加入，涂层的机械性能有所下降，但仍然保持在可接受的范围内。例如，当海藻酸钠的含量增加至50 PHR时，棉布的抗拉强度仍高于未涂层的棉布，而抗撕裂性能的下降幅度也控制在合理范围内。这种性能的下降可能与涂层中形成的微孔结构有关，微孔的出现虽然有助于水蒸气的传输，但也可能在一定程度上削弱了涂层的完整性。因此，在实际应用中，需要根据具体的使用场景和性能需求，合理调整涂层配方，以达到最佳的综合性能。

为了进一步验证涂层的性能，研究者还对涂层棉布进行了水蒸气透过率的测试，包括杯法和干燥剂法。两种方法均显示，当糖和海藻酸钠的含量达到一定水平时，水蒸气的透过率显著提升，这表明微孔结构的形成确实增强了涂层的透气性。同时，水柱测试的结果也证实了涂层在高压力下的防水能力，尤其是在使用30 PHR或更高浓度的糖时，涂层仍然能够抵抗至少40 cm的水柱，这一性能对于大多数防水纺织品而言是基本要求。然而，当糖的含量超过30 PHR时，水蒸气的透过率虽然继续上升，但其防水性能却有所下降，这表明糖的浓度和微孔的连通性之间存在一定的权衡关系。

除了性能测试，研究者还对涂层的环境友好性进行了分析。天然橡胶乳液和海藻酸钠都是可生物降解的天然材料，而糖作为一种常见的食品成分，其水溶性特性使得涂层在使用后能够通过水洗过程实现材料的回收和再利用。这种配方的优势在于，它避免了传统防水涂层中对有机溶剂的依赖，从而减少了挥发性有机化合物的排放，降低了对环境的污染。此外，这种基于天然材料的涂层体系也符合当前可持续发展的趋势，为纺织品的绿色制造提供了新的思路。

本研究的成果表明，通过合理设计涂层配方，可以实现棉布在保持良好防水性能的同时，具备优异的透气性。这种新型涂层材料不仅能够满足日常防护和运动服饰的需求，还可能在医疗、农业和工业等领域找到更广泛的应用。例如，在医疗领域，这种材料可以用于制作透气性良好的伤口敷料，而在农业和工业防护服中，其良好的透气性和防水性能够提高使用者的舒适度和安全性。此外，研究还指出，这种涂层体系在实际应用中具有一定的灵活性，可以根据不同的需求调整糖和海藻酸钠的比例，从而优化其性能。

综上所述，本研究通过将天然橡胶乳液、海藻酸钠和糖三者结合，成功开发出一种环保、高效的防水透气涂层材料。该材料在保持良好的防水性能的同时，能够实现较高的水蒸气透过率，其微观结构的形成和变化也得到了系统的表征和验证。未来，进一步的研究可以探索这种涂层材料在不同环境条件下的稳定性，以及其在实际应用中的耐久性。此外，还可以尝试将其他天然材料引入到涂层体系中，以拓展其功能性和应用范围。