基于聚偏氟乙烯防水透湿功能膜材料的制备与表征

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wx1980_2009
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具有优异防水透湿性能的多功能膜已被广泛应用于高端可穿戴防护、海水淡化和医疗领域。由于其独特的特性,调节透湿性与防水性之间的平衡,实现两者同时优化现已成为制备优异防水透湿膜的重大挑战。但是,目前研究的防水透湿材料对于利用仿生结构构建多级粗糙梯度表面与多级连通孔道来同时优化疏水性与水分传输的研究尚少,因此制备具有良好疏水性与水分传输性能的的多功能复合膜,对于防水透湿功能性材料的开发与广泛应用具有重要意义。本文围绕防水透湿膜材料的制备与表征展开深入研究,以具有优异热稳定性,化学稳定等性能的聚偏氟乙烯(PVDF)为核心材料,碳化锆(ZrC)与疏水型气相二氧化硅(SiO2)等为辅助材料,并结合相转换、涂层法,静电喷雾/纺丝法等制备手段,通过层层优化制备了具有粗糙梯度结构的多功能防水透湿复合膜。首先通过相处理和电喷和静电纺丝结合的方式,制备了均质网状多孔的超疏水透湿复合膜。通过引入氯化钠(Na Cl)形成星状球形表面的微结构,为膜材料提供高效蒸汽渗透通道,ZrC/SiO2作为不同粒径的双组份微纳米粉体,静电喷雾于复合膜表面构建生物启发的超疏水层。同时,各组分之间的协同相互作用可以优选激发出膜的光热转换特性,进一步加快了复合膜水蒸气高效传输,复合膜表现出了良好的透气性(11.9kg m-2d-1),和优异防水性(60.71k Pa),同时复合膜具有稳定的超疏水表面,接触角可达167.3°。此外复合膜材料具有可重复使用的自清洁和光热性能。其优越的性能使其在各个领域均展现出惊人的发展前景。而后结合热后处理制备出一种具有优异耐静水压性能的功能性纳米纤维复合膜,在聚偏氟乙烯(PVDF)中加入低熔点的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)弹性体,PVDF和PVB混合体系加强交联,以改变纤维间附着膜的键合网络结构。通过系统地表征其形态、接触角(WCA)、水蒸气透过率(WVTR)和静水压力,研究PVDF/PVB质量比和热诱导温度对防水透气性的影响。结果表明,所制备的纳米纤维膜能保持较高的静水压(85.15k Pa)和较高的水汽透过率(10.28kg m-2d-1),同时,复合膜还具有较高的断裂强度(13.07MPa)在分离工艺和防护服方面展现了广阔的潜在应用前景。最后,为获得具有优异耐静水压的超疏水透湿多功能复合膜,将静电纺丝与静电喷雾技术结合,使表面上的无机粉体更牢固的贴服于表面,结合热处理得到具有熔接结构的防水透湿膜材料,并通过调节PVDF/PVB的重量比,分析了交联结构与无机粉体对复合膜表面结构、防水透湿、光热转换以及导热性能的提升作用,结果表明:热处理后由于三维网状交联结构存在,复合膜的防水透湿性能明显优于未热处理。且处理后接触角为167.3°,耐静水压为83.9k Pa。同时复合膜具有良好的光热转换以及热传递性能,膜材料表面温度的升高能促进材料中水蒸气的高效传输,湿度梯度的扩大使复合膜的透湿性能明显提升。此外复合膜对不同液体均表现出了优秀的抗水渗透能力,具有优异的自清洁性能。
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