环境友好型防水透湿膜材料研究取得重要进展

发布时间:2018-01-22访问量:1330

近期,我院丁彬研究员、王先锋研究员带领的“功能纤维与纺织品”研究团队在环境友好型防水透湿膜材料研究领域取得了新突破,相关研究成果以“Environmental friendly and breathable fluorinated polyurethane fibrous membranes exhibiting robust waterproof performance”为题发表在界面材料研究领域权威杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 29302-29310.)。论文的第一作者为纺织学院博士生赵景。

  

aC6FPU的化学结构式;图b:防水透湿膜的制备过程及其性能展示示意图

防水透湿膜不仅能够阻止液态水的渗透,同时还能有效传递水蒸汽,在户外服装、医疗卫生、精密电子、建筑材料等领域有着广泛的应用前景。目前市场上的防水透湿膜主要包括聚四氟乙烯(PTFE)疏水微孔膜和热塑性聚氨酯(TPU)亲水无孔膜。PTFE疏水微孔膜虽具有较好的防水透湿性能,但其难以自然降解、生产工艺复杂、且技术被外国公司垄断、价格昂贵。TPU亲水膜因其无孔结构而具有较高的耐水压、但其透气性较差、遇水易沾湿,且低温下透湿性较差。因此,如何通过简便快捷的技术制备出高性能、环境友好型防水透湿膜是目前亟待解决的难题。

为此,研究者设计并自主合成了全氟己基链双封端的聚氨酯(C6FPU),其降解产物不含全氟辛酸铵(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS),无明显持久性和生物累积性,可随生物体的新陈代谢排出体外。将其引入到聚氨酯(PU)的静电纺丝过程中,一步制备出了环境友好型防水透湿膜。同时,二价无机盐(MgCl2)的加入极大地降低了纤维膜的最大孔径,大幅度提高了其防水性能。最终制备的防水透湿膜耐水压可达104kPa,透湿量为11.5kg m-2 d-1,拉伸强度为12.4MPa,伸长率为234%。在具有良好防水与透湿性能的同时该膜对多种液体(水、牛奶、咖啡、油)都具有较好的疏液性能。此外,利用扩大的静电纺丝设备,可以实现防水透湿膜的大规模制备。该研究的最大意义在于,通过一步静电纺丝即可得到高性能、环境友好型防水透湿膜,且易于批量化生产,有利于实现其在多个领域的广泛应用。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委、上海市教委、国家重点研发项目和中央高校基础研究基金的大力资助。

 

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