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吸湿快干功能面料与人体的“湿热舒适”和“接触舒适”密切相关,其性能的优化和技术的开发对解决人们日常穿用过程中出现的汗液湿身带来的贴肤面潮湿感和大量汗液难以及时排出引发的热湿不适感等问题具有重要意义。传统的吸湿快干功能性面料具有一定的排汗能力,但其双向导湿所引发的贴肤面不适感以及较低的水分蒸发速率仍然限制了其实际应用。单向导湿材料因其具备驱动水分定向传导的作用缓解了排汗问题。但是,目前研究的单向导湿快干材料大都集中在构筑表面能梯度方面,采用多级连通孔道来优化水分传递与蒸发方面的研究尚少。而自然界中的导管植物因其叶片脉络组成的多级连通孔道结构(树状分叉网络结构)遵循Murray定律(多级孔结构中通过仿心血管系统的树状分叉网络结构可以使得介质传输阻力最小)而具备良好的水分运输的优化功能。因此,制备出具有单向导湿及水分快速蒸发性能的仿生树状分叉微纳米纤维膜,对于吸湿快干功能性纺织品的开发有着重要意义。
本论文以此为出发点,结合大孔纺粘无纺布,运用静电纺丝技术制备微纳米纤维膜,并结合浸渍法制备具有多级孔道结构的树状分叉网络微纳米纤维膜,实现单向导湿和快速蒸发,采用静电喷雾技术制备具有表面能梯度的树状分叉网络微纳米纤维膜,实现贴肤面的干燥和单向导湿性能的优化。
首先,以醋酸纤维素(CA)为聚合物原料,采用静电纺丝技术制备 CA 纤维膜,通过亲水剂( TF-629 )浸渍法制备超亲水聚乳酸(PLA-TF)、超亲水醋酸纤维素(CA-TF)纤维膜。经过对纤维膜微观结构、润湿性、水分传递的表征,确定浓度为18%的CA纳米纤维直径小且分布均匀;与大孔PLA-TF(平均孔径58μm)纤维膜相比,定量水在微米孔 CA-TF(平均孔径 1.87μm)纤维膜中的铺展面积更大,芯吸效应明显更强,表明水分在膜中传递的过程中,毛细管的孔径发挥着关键作用。
其次,为了获得具备单向导湿和水分快速蒸发性能的纤维膜,结合上述规律,运用TF-629型亲水剂与微纤化纤维素(MFC)的均匀分散液(TF/MFC)浸渍PLA/CA微纳米纤维膜制备具有树状分叉网络结构的微纳米纤维膜(Murray 膜)。通过调节 MFC 浓度,探讨了树状分叉网络结构对水分定向自驱动和蒸发性能的提升作用,结果表明:MFC浓度为0.05wt%时所构筑的Murray膜由大孔(58μm)-微米孔(1.87μm)-亚微米孔(0.65μm)的多级连通孔道结构使得纤维膜在厚度方向具备差动毛细效应,协同树状分叉网络结构所具备的高比表面积共同驱动水分定向传导和快速蒸发,得到的Murray膜的液态水单向传递指数(R)高达 1117%,动态传递综合指数(OMMC)高达0.94;水分蒸发速率高达0.67g/h,是商业化Coolmax面料的2.1倍。但是,Murray膜在使用过程中的贴肤面(PLA-TF)仍会残留有少许水分,其带来的潮湿感可能引发人体不适,需进一步优化。
针对上述问题,本文利用静电喷雾技术在Murray膜贴肤面构筑一层低表面能物质——六碳含氟聚氨酯(C6FPU,环境友好型疏水剂)来制备具有表面能梯度的树状分叉网络结构微纳米纤维膜(梯度Murray 膜)。通过调节 C6FPU 加载量,分析了表面能梯度的构筑对纤维膜单向导湿性能的优化提升作用,结果表明:C6FPU 加载量为0.6g/m2的梯度Murray膜的贴肤面含水量为0%,改善了潮湿感问题;且所构筑的表面能梯度进一步提升了梯度Murray膜的单向导湿性能:R值与OMMC值可分别达到1245%与0.94。
本论文以此为出发点,结合大孔纺粘无纺布,运用静电纺丝技术制备微纳米纤维膜,并结合浸渍法制备具有多级孔道结构的树状分叉网络微纳米纤维膜,实现单向导湿和快速蒸发,采用静电喷雾技术制备具有表面能梯度的树状分叉网络微纳米纤维膜,实现贴肤面的干燥和单向导湿性能的优化。
首先,以醋酸纤维素(CA)为聚合物原料,采用静电纺丝技术制备 CA 纤维膜,通过亲水剂( TF-629 )浸渍法制备超亲水聚乳酸(PLA-TF)、超亲水醋酸纤维素(CA-TF)纤维膜。经过对纤维膜微观结构、润湿性、水分传递的表征,确定浓度为18%的CA纳米纤维直径小且分布均匀;与大孔PLA-TF(平均孔径58μm)纤维膜相比,定量水在微米孔 CA-TF(平均孔径 1.87μm)纤维膜中的铺展面积更大,芯吸效应明显更强,表明水分在膜中传递的过程中,毛细管的孔径发挥着关键作用。
其次,为了获得具备单向导湿和水分快速蒸发性能的纤维膜,结合上述规律,运用TF-629型亲水剂与微纤化纤维素(MFC)的均匀分散液(TF/MFC)浸渍PLA/CA微纳米纤维膜制备具有树状分叉网络结构的微纳米纤维膜(Murray 膜)。通过调节 MFC 浓度,探讨了树状分叉网络结构对水分定向自驱动和蒸发性能的提升作用,结果表明:MFC浓度为0.05wt%时所构筑的Murray膜由大孔(58μm)-微米孔(1.87μm)-亚微米孔(0.65μm)的多级连通孔道结构使得纤维膜在厚度方向具备差动毛细效应,协同树状分叉网络结构所具备的高比表面积共同驱动水分定向传导和快速蒸发,得到的Murray膜的液态水单向传递指数(R)高达 1117%,动态传递综合指数(OMMC)高达0.94;水分蒸发速率高达0.67g/h,是商业化Coolmax面料的2.1倍。但是,Murray膜在使用过程中的贴肤面(PLA-TF)仍会残留有少许水分,其带来的潮湿感可能引发人体不适,需进一步优化。
针对上述问题,本文利用静电喷雾技术在Murray膜贴肤面构筑一层低表面能物质——六碳含氟聚氨酯(C6FPU,环境友好型疏水剂)来制备具有表面能梯度的树状分叉网络结构微纳米纤维膜(梯度Murray 膜)。通过调节 C6FPU 加载量,分析了表面能梯度的构筑对纤维膜单向导湿性能的优化提升作用,结果表明:C6FPU 加载量为0.6g/m2的梯度Murray膜的贴肤面含水量为0%,改善了潮湿感问题;且所构筑的表面能梯度进一步提升了梯度Murray膜的单向导湿性能:R值与OMMC值可分别达到1245%与0.94。