无氟环保型静电纺防水透湿膜的制备及其性能研究

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随着科学技术的发展,纺织品的应用已不仅仅局限于传统的遮体保暖,一些具有特殊功能的纺织面料由于其性能优异,能更好的满足人们的需求而得到迅猛发展。防水透湿面料就是一种在抵御外界液态水的入侵,保护人体免受其害的同时,还能将汗液蒸气及时扩散到空气中,从而保证穿着舒适性的功能性面料。防水透湿面料的核心功能层为防水透湿膜。目前市场上常见的防水透湿膜多为含氟疏水微孔膜,虽其防水性能优异,但这类化合物对人体健康和生态环境具有潜在危害。因此本文选用无氟的有机硅改性聚氨酯(Si-PU)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料,将静电纺丝技术与加热或紫外光照射相结合,得到性能优异的防水透湿纳米纤维膜。通过改变纤维膜热处理温度,黏合剂的含量以及化学交联剂的含量,可系统调节纤维膜的孔径及表面润湿性能,从而获得耐水压高、透湿性好、力学性能优异的防水透湿膜。本文首先将具有低软化点的聚丙烯醇缩丁醛(PVB)做为黏合剂引入到Si-PU/PMMA纺丝液中,通过加热处理的方式对纤维膜做进一步的优化处理,得到具有物理熔接结构的Si-PU/PMMA/PVB防水透湿膜。系统研究了热处理温度、PVB含量对纤维膜微观形貌及性能的影响,实验结果表明,当热处理温度为80℃,PVB相对含量为40%时,Si-PU/PMMA/PVB防水透湿膜具有最佳的综合性能:耐水压值为65.29 k Pa,透湿量为6677 g m-2 d-1,断裂强度为11.41 MPa,有望应用于特种防护服装、帐篷、包装运输材料等领域。以热处理的方式诱导纤维间发生物理熔接以增强防水透湿性能时,会导致纳米纤维膜的手感变差,且存在处理设备复杂,能耗高等一系列问题。为保持纤维膜的柔软手感,降低生产能耗,本文在Si-PU/PMMA纤维膜研究的基础上,引入十八硫醇(thiol)和四甲基四乙烯基环四硅氧烷(TMTVSi)作为疏水剂和化学交联剂,在紫外灯照射下,十八硫醇和TMTVSi之间发生巯基-烯点击化学反应,在构建疏水表面的同时,还可使纤维间产生化学交联结构,减小纤维膜的最大孔径,提高纳米纤维的防水性能。利用静电纺丝技术结合光引发巯基-烯点击化学反应制备得到的Si-PU/PMMA/TMTVSi-thiol-30纳米纤维膜耐水压值可达到64.43 k Pa,透湿量为7879 g m-2 d-1,断裂强度为10.04 MPa,有望应用于户外运动服装、分离膜、自清洁材料等领域。
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