靜電紡絲/靜電噴涂一步法制備高防水增強(qiáng)透氣復(fù)合納米纖維膜
【方法】
研究提出了一種結(jié)合靜電紡絲和靜電噴涂技術(shù)的“一步法”工藝，用于制備由疏水性熱塑性聚氨酯（TPU）納米纖維和含短氟烷基疏水劑的聚乙烯醇丁醛（PVB）粘結(jié)組成的增強(qiáng)型防水透氣復(fù)合納米纖維WBMs，該方法整合了靜電紡絲的纖維結(jié)構(gòu)控制優(yōu)勢(shì)和靜電噴涂的功能涂層能力，提供了一種簡(jiǎn)潔高效的膜制備策略，適合工業(yè)化生產(chǎn)和多場(chǎng)景應(yīng)用。
【研究亮點(diǎn)】
一步法靜電紡絲/噴涂結(jié)合技術(shù)：整合靜電紡絲與靜電噴涂技術(shù)，利用紡絲制備納米纖維骨架，同時(shí)通過(guò)噴涂形成功能涂層，一步完成復(fù)合膜的制備。該方法簡(jiǎn)單易操作，支持大面積膜生產(chǎn)，適合工業(yè)化推廣。
圖1 (a) TPU-SR/PVB-PT60復(fù)合納米纖維膜的制備過(guò)程示意圖。(b) PVB-PT60涂層前后TPU-SR膜的SEM圖像。(c) WCA為136.8?的TPU-SR/PVB-PT60納米纖維膜照片。(d)大尺寸TPU-SR/PVB-PT60復(fù)合納米纖維膜。(e)展示膜柔韌性和彈性的照片
環(huán)保材料選擇：研究中使用的疏水性熱塑性聚氨酯（TPU）和聚乙烯醇丁醛（PVB）等材料都是環(huán)境友好型的；引入短鏈全氟烷基疏水劑，減少對(duì)環(huán)境有害的長(zhǎng)鏈化學(xué)物質(zhì)的使用，符合當(dāng)前對(duì)環(huán)保和可持續(xù)性材料的需求。
優(yōu)異的綜合性能：制備的納米纖維膜展現(xiàn)出了優(yōu)異的綜合性能，包括高水接觸角（136.8°）和高靜水壓（73.7 kPa）、高水蒸氣透過(guò)率（6.88 kg /m2.d）、高拉伸強(qiáng)度（25.72 MPa）和大斷裂伸長(zhǎng)率（217%）。
圖2 PVB濃度對(duì)TPU-SR/PVB-PT60納米纖維膜的水靜壓和WVT率的影響（PT60濃度固定為1.0%）。(c)靜態(tài)WCA和(d)不同PT60濃度（PVB濃度固定為0.4%）下TPU-SR/PVB納米纖維膜的靜水壓力和WVT速率變化。
圖3 (a)膜的防水透氣性和透氣性機(jī)理。(b)不同PVB濃度制備的TPU-SR/PVB- pt60納米纖維膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(c)不同應(yīng)變比下膜的拉伸試驗(yàn)。(d) 100%應(yīng)變比下膜的循環(huán)拉伸試驗(yàn)。(e)拉伸周期對(duì)膜的拉伸強(qiáng)度和彈性的影響。（PVB和PT60的濃度分別為0.4%和1.0%）。
耐久性和液體排斥性能：納米纖維膜表現(xiàn)出了良好的耐久性，能夠抵抗超聲清洗和磨損，這使得它們適合于長(zhǎng)期使用和惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。同時(shí)膜具有良好的水和油排斥性能，這對(duì)于防水透氣應(yīng)用來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。
圖4 (a)分別在TPU-SR和TPU-SR/PVB-PT60納米纖維膜表面滴入水、咖啡、牛奶和食用油（每滴~10 μL）。(b)水汽透射試驗(yàn)照片。(c) TPU-SR/PVB-PT60納米纖維膜的防水性能演示。膜wca隨超聲波洗滌時(shí)間和磨損周期的變化。
可定制性能：通過(guò)調(diào)整紡絲與噴涂參數(shù)，該工藝可根據(jù)不同需求實(shí)現(xiàn)膜性能的靈活定制。通過(guò)調(diào)整PVB和PT60的濃度，可以控制膜的孔徑、纖維間連接以及疏水性；通過(guò)改變靜電紡絲/噴涂工藝的參數(shù)，例如紡絲液流速、噴涂液量和纖維厚度，可以生產(chǎn)具有不同靜水壓和透氣性能的復(fù)合膜。
圖5 不同PVB濃度(a) 0%, (b) 0.2%, (c) 0.4%, (d) 0.6%, (e) 0.8%的TPU-SR/PVB- pt60納米纖維的SEM圖像，wt/v。(f) TPU-SR/PVB納米纖維膜的孔徑分布。(g) PVB濃度對(duì)膜孔徑（Dmax）和孔隙率的影響。（PT60濃度為1%，wt/v）。
圖6 不同PT60濃度(a) 0%, (b) 1.0%, (c) 2.0%, （d) 3.0%, (e) 4.0%, wt/v）下TPU-SR/PVB-PT60納米纖維的SEM圖像。(f)孔徑分布。(g)相應(yīng)納米纖維膜的Dmax和孔隙率。PVB濃度為0.4% wt/v)
廣泛應(yīng)用潛力：這種復(fù)合膜特別適合個(gè)人防護(hù)材料、過(guò)濾系統(tǒng)以及功能性紡織品等領(lǐng)域，為環(huán)保型高性能膜的設(shè)計(jì)提供了全新思路。
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