一种无氟防水透湿纳米纤维膜及其制备方法与流程

本发明属于静电纺纳米纤维膜，具体涉及一种无氟防水透湿纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术：

1、防水透湿膜是一种集优异的防水、透湿和透气功能于一体的高性能薄膜。按照透湿机理，防水透湿膜可分为无孔膜和微孔膜。亲水无孔膜的防水透湿机理为无孔扩散机制，较为常见的是热塑性聚氨酯(tpu)膜，无孔膜价格低廉，但透气性极差。微孔膜则通过孔径筛分效应实现对水滴/水分子的选择性透过，常见的微孔型薄膜包括聚四氟乙烯(ptfe)膜、纳米纤维膜等。ptfe微孔型薄膜制备技术成熟，市场占有率高，但薄膜弹性差，且ptfe不易降解，具有远距离迁徙的特点，对人体和环境都会造成不利影响。静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有孔径小、孔径率高和比表面积大等优点，其本身原材料选材灵活，便于赋予膜功能性，易于构建多元的表面结构，近几年被逐渐应用于服用型防水透湿膜。然而，纳米纤维膜存在纤维易滑动、防水性一般的缺陷，常见的解决办法是添加含氟化合物来提高膜材疏水性和防水性，但同时也带来了不环保的问题。因此，开发出一种新型环境友好型防水透湿膜尤为重要。

2、专利cn 110438659 a公开了一种防水透湿纳米纤维复合膜的制备方法，以聚丙烯腈为主要原料，添加聚偏氟乙烯和聚氨酯，通过溶液共混纺丝制得疏水型的防水透湿膜，聚丙烯赋予膜材高孔隙率、细纤维直径、小孔径的特点，聚偏氟乙烯和聚氨酯的疏水基团赋予膜材一定的疏水性，但其耐静水压普遍较低。

3、专利cn 104562444 a提供了一种静电喷射纳米蛛网防水透湿膜制备方法，静电喷射中，以反向气流在平行于聚合物乳液液滴的喷射方向对液滴进行喷吹，促使液滴在电场中飞行时受力变形形成液膜，进而相分离形成具有稳定六边形网孔结构的二维网状材料。该纳米蛛网防水透湿膜蛛网覆盖面积为100％、结构完整性好、平均孔径10～200nm、孔隙率≥80％。该方法生产效率低，纤维强力差，易分层破裂。

4、专利cn 117587577 a提供了一种防水透湿膜及其制备方法和应用，以纳米纤维膜作为基材，利用封闭型溶剂性异氰酸酯交联剂解封后与防水剂中的活性基团发生交联反应，将疏水链段稳定包覆在纤维表面，提高了防水剂涂层的耐久性。经过50次磨损循环后其接触角没有明显变化，水洗30次后耐静水压和透湿通量基本保持不变，但交联剂的使用大大增加了生产成本。

5、为了满足生产及实际应用的需求，提供一种成本低廉、防水透湿性能良好的无氟防水透湿膜成为当下的研究热点。

技术实现思路

1、现有技术制备的纳米纤维膜存在生产成本高、效率低、耐静水压低等问题，针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本低廉、防水透湿性能良好的无氟防水透湿纳米纤维膜及其制备方法。

2、本发明所提供的无氟防水透湿纳米纤维膜的制备方法包括如下步骤：

3、1)以n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和四氢呋喃(thf)作为溶剂，热塑性聚氨酯(tpu)作为溶质，磁力搅拌得到溶液a；

4、2)以thf作为溶剂，聚二甲基硅氧烷(pdms)(主剂和固化剂比例为10:1)作为溶质，超声分散得到溶液b；

5、3)将上述溶液a和溶液b混合，加入dmf和thf，磁力搅拌得到纺丝液c；

6、4)将上述纺丝液c放入针管中，高压静电纺丝得到纳米纤维膜d，通过在纳米纤维膜中引入三维立体互通孔隙结构形成疏水微珠，构建wenzel模型；

7、5)将上述纳米纤维膜d热压处理，得到纳米纤维膜e。

8、上述方法步骤1)中，dmf与thf的质量比为7:3～3:7，具体可为7:3、6:4、5:5、4:6和3:7等，所述溶液a中，tpu的质量浓度可为10wt％～50wt％，磁力搅拌时间可为6～8h，具体可为6h、8h。

9、步骤2)中，pdms的质量浓度可为30wt％～60wt％；

10、上述方法步骤3)中，纺丝液c中，tpu与pdms的总质量浓度为15wt％～25wt％(具体可为20％、16％、24％等)，其中tpu与pdms的质量比为2:3～3:2；dmf与thf的质量比可为7:3～3:7；

11、上述方法步骤4)中，所述静电纺丝的电压为16～20kv，针头距接收装置的距离为10～20cm，推进速度为0.5～1.5ml/h；所述静电纺丝的时间为1～3h。

12、上述方法步骤5)中，所述热压处理的温度为60～90℃，时间为0.5～1.5min。

13、由上述方法制备得到的无氟防水透湿纳米纤维膜也属于本发明的保护范围。

14、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

15、(1)本发明在纳米纤维膜的三维立体互通孔隙结构中引入适量疏水微珠，构建wenzel模型，有效提高了薄膜疏水性。

16、(2)本发明采用一步成型法同时纺出纳米纤维和微珠，实现了纳米纤维和微珠的实时、均匀混合，工艺简单，生产效率较高，使用范围广泛。

17、(3)本发明提供的纳米纤维膜无氟环保，防水透湿性能优异，热压处理显著提高了薄膜的耐静水压。

技术特征：

1.一种制备无氟防水透湿纳米纤维膜的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，dmf与thf的质量比为7:3～3:7；所述溶液a中，tpu的质量浓度为10wt％～50wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述溶液b中，pdms的质量浓度为30wt％～60wt％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，纺丝液c中，tpu和pdms的总质量浓度为15wt％～25wt％，其中pdms与tpu的质量比为2:3～3:2。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述静电纺丝的电压为16～20kv，针头距接收装置的距离为10～20cm，推进速度为0.5～1.5ml/h；所述静电纺丝的时间为1～3h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中，所述热压处理的温度为60～90℃，时间为0.5～1.5min。

7.由权利要求1～6中任一项所述方法制备的无氟防水透湿纳米纤维膜。

技术总结
本发明公开了一种无氟防水透湿纳米纤维膜及其制备方法。本发明在纳米纤维膜的三维立体互通孔隙结构中引入适量疏水微珠，构建Wenzel模型，有效提高了薄膜疏水性。本发明采用一步成型法同时制备纳米纤维和微珠，实现了纳米纤维和微珠的实时、均匀混合，工艺简单，生产效率较高，使用范围广泛。本发明提供的纳米纤维膜无氟环保，防水透湿性能优异，热压处理显著提高了薄膜的耐静水压。

技术研发人员：戚灵云,刘婧,葛邓腾,许梦星,李留磊
受保护的技术使用者：新兴际华（上海）工程科技研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4