论文部分内容阅读
防水透湿织物是一种集防水、透湿和防风性能于一体的功能织物。其在一定水压范围内能阻止水的通过,同时能使人体产生的汗液蒸气透过织物而不在织物和皮肤之间形成一层冷凝液而达到透湿效果,被称为“可呼吸织物”。这类织物能满足极端环境条件下的穿着需要,在日常生活和工业领域中应用十分广泛,比如户外服、滑雪服、消防服、医用防护服、宇航服等服装,此外还有具有防水需求的鞋类、雨衣、帐篷等。商业化的防水透湿织物有三类,分别是高密织物,涂层织物和层压织物。防水透湿膜作为层压型防水透湿织物的功能层起到了至关重要的作用。比如著名的GORE-TEX面料,是以PTFE双向拉伸微孔膜为功能层,设计微孔直径远小于水滴直径（20μm）而大于水蒸气直径（0.0004μm）来达到防水透湿的效果。该面料以其优异的性能在行业内一直处于垄断地位,但其工艺的复杂性,面料的低耐久性,原料的生理毒性,较差的降解性和环保性成为了制约其发展的关键因素。攻克此项“卡脖子”技术已然成为目前功能面料领域亟待解决的问题。静电纺丝技术是制备微纳米纤维膜的一项成熟技术,具有良好的工业化前景。静电纺丝膜具有微纳米孔径,高孔隙率,连通孔道结构和高比表面积的特点,且通过原材料和工艺参数的调整可实现膜结构及性能的灵活调控,是一种具有良好可行性的制备高防护性,舒适性和环境友好型防水透湿膜的方法。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）是一类有具有良好拉伸强度和低温性能的热塑性弹性体,并且具有加工性能优良,耐弱酸、碱,易于回收的优点,主要用于橡胶制品、树脂改性剂、粘合剂和沥青改性剂,但在静电纺丝纤维膜方面鲜有报道。基于其优良的性能和本体疏水的特性,本研究以SBS为原料,通过静电纺丝技术设计和制备了一系列防水透湿织物。首先探讨了SBS纺丝膜的成型工艺,结构和性能。通过调节纺丝液的浓度、推进速度,金属Li+的添加量等几个关键电纺因素,有效调控了SBS纺丝膜的形貌和表面润湿性,成功制备了具有良好防水透湿性及力学性能SBS纺丝膜/涤纶复合织物。结果表明,随着SBS浓度的升高,SBS纺丝膜纤维直径逐渐增大,串珠逐渐减少,串珠尺寸逐渐增大。随着Li Cl浓度的升高,SBS纺丝膜的纤维直径逐渐减小。同时,研究了其力学性能,当SBS浓度为9 wt%,Li Cl含量为0.004 wt%时,纺丝膜具有良好的力学性能,此时的SBS纺丝膜/涤纶复合织物具有良好的防水性能（63.9 k Pa）,透湿性能（4.1 kg/m2/d）和防风性能（5.69 mm/s）。为了提升SBS基纺丝膜的防水性能,本研究通过在纺丝液中添加疏水改性微纳米SiO2粉体,一步法构筑具有串珠结构微凸表面的SBS/SiO2纺丝膜。本文以500 nm SiO2粉体为原料,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷在不同的pH值条件下,对其进行疏水改性。考察了改性pH值和SiO2的添加量对SBS/SiO2纺丝膜形貌和表面润湿性的影响,制备了具有良好防水透湿性SBS/SiO2纺丝膜/涤纶复合织物。结果表明,pH值为5.5时,SBS/SiO2纺丝膜纤维表面微凸机构明显,SiO2的添加量升高,SBS/SiO2纺丝膜纤维中SiO2分布状态增多,纤维表面SiO2形成的突起也逐渐增多。当改性pH值为5.5,SiO2含量为2.0 wt%时,SBS/SiO2电纺纤维膜/涤纶复合织物的耐水压为66.9 k Pa,透湿量为6.50 kg/m2/d,静电纺丝膜的防水透湿性能得到改善。为了进一步提升SBS基纺丝膜/涤纶复合织物的防水透湿性能,本研究设计了两步法后处理工艺,采用多巴胺原位聚合的方法在SBS纺丝膜/涤纶复合织物上形成亲水层,同时利用聚多巴胺（PDA）的超强黏附性将疏水型气相纳米SiO2（7-40 nm）附着在纤维表面,形成仿荷叶表面超疏水结构。本研究得到的SBS/PDA/SiO2纺丝膜的接触角大于150°,为超疏水表面。本研究还考察了多巴胺浓度,SiO2添加量的影响。随着多巴胺浓度的升高,SBS/PDA/SiO2纺丝膜/涤纶复合织物防水性能呈现先增后减的趋势,透湿性能逐渐降低。随着SiO2浓度的提高,SBS/PDA/SiO2纺丝膜/涤纶复合织物的防水性能逐渐增强,透湿性能逐渐降低。当多巴胺浓度为1.0 wt%,SiO2添加量为2.0 wt%时,SBS/PDA/SiO2纺丝膜/涤纶复合织物具有优异的防水性能（96.4 k Pa）和透湿性能（6.12kg/m2/d）。本研究也对比了不同形态纳米粒子对SBS基纺丝膜/涤纶复合织物的影响。将片层纳米蒙拓土（SD-1）与球型SiO2相比,结果表明。片层的蒙拓土（SD-1）没有球形SiO2对SBS基纺丝膜/涤纶复合织物的影响明显。SBS/PDA/SD-1纺丝膜/涤纶复合织物的透湿量为6.27 kg/m2/d,相较于SBS纺丝膜的透湿量提高了52.9%,有明显改善,而静水压为65.7,防水性改善不明显。防水透湿功能织物的市场需求巨大,静电纺丝技术因其操作简单,成本低廉,工业化前景广阔,越来越多的聚合物被开发,通过静电纺丝技术制备防水透湿功能织物将是大势所趋,应用前景十分广阔。