可逆光敏变色功能纳米纤维膜的制备及其防水/防风和透湿性能研究

摘要

防水透湿织物是一种具有优异防水性、透湿性和透气性的功能型织物，其核心功能层是防水透湿膜。这类膜不仅有一个清晰可见的孔洞系统作为相互连接的通道，还有能够区分直径大于100um的水滴大分子和直径小于1nm的气体小分子的疏水表面，使水蒸气从内部向外界传输的同时防止水滴的渗透；广泛应用于防护服的制作、医疗、生物分离、膜蒸馏、建筑物湿度调节、催化剂载体、过滤和制药等方面。 静电纺丝技术可以制备直径在几十纳米到几微米之间的纤维，经连续堆积形成具有三维空间网状结构的纤维膜，其内部孔径小且孔隙率高，由于膜两侧的温度差异，可以达到水滴大分子无法渗透到膜内，而水蒸气可以通过传输通道向外输送的目的。热塑性聚氨酯弹性体(Thermoplastic polyurethanes,TPU)是一种具有高机械强度、高弹性、热稳定性、耐化学性和耐磨性的疏水性/亲水性聚合物，适用于防水透湿膜的制备。然而，静电纺纳米纤维膜由于光的色散通常呈白色。光致变色现象是指在太阳光或紫外光照射下，分子结构发生变化引起吸收光谱变化，最终导致颜色的变化，该过程可逆，且广泛应用于装饰、防护包装材料等领域。因此，考虑到服装纺织品的舒适性、美观和保护性的需要，有必要开发一种既具有优异的防水透湿性，又具备可逆光敏变色功能的新型纳米纤维膜。 x为了实现智能型和多功能化的纳米纤维膜，本课题选用TPU为原料，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，光敏变色微胶囊(PM)为添加剂，利用静电纺丝技术成功制备了具有光敏变色功能的TPU/PM防水透湿纳米纤维膜。测试结果表明：和TPU纳米纤维膜相比，TPU/PM纳米纤维膜不仅具有可逆的光敏变色功能，而且防水、透湿及力学等综合性能优异。其中，表征TPU/PM纳米纤维膜润湿性能的水接触角和牛奶接触角分别为137°和130°；表征透湿性能的日透湿量较高，为1.9278×104g m-2d-1,透气率为962mm s-1；表征防水性能的耐静水压较低，为2.813KPa；断裂拉伸强度为12.08MPa。除此之外，静电纺丝技术的方便性和高效率将使多功能纳米纤维膜的大规模生产成为可能。

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